电力系统中智能继电器的应用探究

摘要：电力系统投入运行之后难免会遇到各种异常状况，此时如何快速且准确地切断故障部分的线路便成了业内人士关注的焦点。而传统继电器由于自身局限性越来越无法满足实际使用要求，在此背景下，智能继电器应运而生，并获得了良好的应用。本文围绕电力系统中智能继电器的应用进行探究，介绍了电力系统继电保护，讨论了MMP-1系列智能继电器，并分析了某电厂配电室系统中MMP-1系列智能继电器的应用。

关键词：电力系统；MMP-1系列智能继电器；应用

中图分类号：F407文献标识码： A

随着社会经济水平的不断提高，人们对电力的实际需求与日俱增，电力供应日渐紧张，部分地方为应对供电紧张问题甚至采用限电和停电等不得已措施[1]。在此背景下，更需要重视和做好电力系统的安全保护工作。下文将围绕电力系统中智能继电器的应用进行深入探讨。

一、电力系统继电保护

所谓电力系统继电保护指的是，在电力系统异常情况下能够及时有效切断故障（如发出跳闸指令等）的那一类自动化技术和设备。近些年，电力系统对继电保护装置提出了严格要求：1）安全性，在不该动作的情况下，不发生误动；2）可靠性，在该动作的情况下，不发生拒动；3）速动性，能够在尽可能短时间内实现对异常的隔离；4）选择性，在规定范围内执行动作，不越级跳闸；5）灵敏性，即反映故障的能力[2]。

在电力系统中，传统继电保护一般涉及多种继电器的应用，包括电流继电器、时间继电器以及差动继电器等，其弊端在于需要设置大量继电保护屏，占用了较大空间，精确度也不尽人意，另外，维护任务繁重。所以，有必要发展和应用智能继电器以规避传统继电器的诸多缺陷。自上世纪九十年代开始，人工智能技术（如神经网络等）开始在电力系统的诸多领域获得广泛且理想的应用。对于电力系统而言，为了有效规避传统继电器的各种缺陷，其继电保护工作已经进入到人工智能时代。以人工神经网络技术为例，基于该项技术的智能继电器其具有诸多优点，不仅能够分布式存储信息，而且能够并行处理，同时还能够自组织以及自学习，因而其研究以及应用表现出了很大的潜力。现阶段，人工神经网络技术的研究重点集中在人工智能、信息处理以及自动控制等方面。充分利用人工智能技术，避免传统继电器工作中相关不确定因素带来的负面影响，保证诊断结果的准确性，这是基于人工神经网络技术的智能继电器的主要研发方向。

二、MMP-1系列智能继电器

本文以MMP-1系列智能继电器为例对当前电力系统智能继电器进行说明，MMP-1系列智能继电器具有诸多优点，不仅体积小巧、功能强大、灵敏系数高，而且支持单台或者联网运行，因而在电力系统中表现出理想的应用价值。

（一）装置特点

MMP-1系列智能继电器的特点如下：1）能够结合主设备的实际需要提供不同组合方式的保护方案，其配置具有简单、快捷、准确等诸多优点；2）测量精度高，可以对开关柜电量进行实时且准确地测量；3）通过大屏幕汉化液晶屏予以显示，为人机交互提供了极大便利；4）使用键盘开展整定工作，既便捷，又准确；5）测量结果以一次值形式显示，可以很好地适用不同变比的互感器；6）具有强大的通信功能，支持远程实时监控和本地实时监控，表现出优异的综合自动化性能。

（二）通用功能

MMP-1系列智能继电器的通用功能如下：1）线路保护，主要包括速断、过流以及零序低周减载等；2）测量功能，主要包括有功功率的测量、无功功率的测量以及功率因数的测量等；3）报警功能（PT断线报警），即显示有电流而二次电压突变为0的条件下发出PT断线报警，与此同时，执行低电压闭锁动作；4）控制功能，既可实现对本地及远程的跳合闸控制，又可实现对通信的跳合闸控制；5）通信功能，端口采用RS422标准接口，继电器内部设置有相应的通信程序，能够接入多种类型的变电站综合自动化系统，且表现出稳定的遥控功能、遥测功能以及遥信功能[3]。

三、某电厂配电室系统中MMP-1系列智能继电器的应用

（一）概况介绍

该配电室系统采用单母线运行方式，进线电压设计为6KV，电缆为YJV-6KV，3×240mm²，顺沿新建电缆沟进行敷设。该配电室在改扩建工作中引入了11台型号为KYN18C的高压柜，全部采用MMP-1系列智能继电器进行保护[4]。

（二）继电器参数计算

1.电流速断保护

（1）带时限电流速断原理

在电动机起动阶段，监测A、C相电流所对应的基波最大值，如果某相电流超过事先设定的K倍整定值时，那么定时器将会即时起动；如果电流在整定要求的时限内回归到正常水平，那么计时器将会执行终止动作；如果超过整定时限，且保护出口正处于投入状态，那么执行出口动作。K指的是整定的起动系数。

（2）电流速断保护计算

Idzj=Kk×Kjx×KqIed/n1=1.6×1×5.28×39/(50/5)=32.9(A)（可取速断33A，K=1）[5]。

上式中：Idzj指的是继电器的动作电流；Kk指的是可靠系数；Kjx指的是接线系数；Kq指的是电动机起动电流倍数，5.28；Led指的是电动机额定电流39A；n1指的是电流互感器变比50/5。

Idz=Idzj×n1/Kjx=33×10/1=330（A）

上式中：Idz指的是继电器一次动作电流。

Km=3.69＞2灵敏度满足要求。

2.低电压保护

电动机常规运转时，若因为短路等故障导致电动机母线电压降低，该情况下电动机本身转矩将会以成倍的方式下降，导致电动机发生严重过载，从而导致电流增加不大。一般情形下，如果母线电压下降到原来的60%时，电动机将难以甚至无法执行自起动动作，因此，有必要对电动机采取欠电压保护。对于315kW电动机而言，其欠压整定值一般取60V，10s。

3.接地保护

取零序电流的最大值，如果该电流超过整定值，那么定时器执行起动动作；如果电流在整定时限内回归到正常水平，那么计时器执行终止动作；如果超过整定时限，且保护出口正处于投入状态，那么执行出口动作。对于315kW电动机而言，取0.03A，整定时限取10s。

4.过热保护

该继电器基于热积分原理以实现过热保护，综合且深入地考量了发热以及散热所对应的动态过程。如果发热超过散热，则进入热量积累状态；如果发热低于散热，则进入热量散失状态。就在转子中的热效应而言，负序电流高于正序电流，等于2倍系统频率条件下转子交流阻抗和直流阻抗之比。对于大部分电动机，生产厂家建议取K2=6。参考电动机运行规程（冷态条件下允许连续3次起动，热态条件下允许连续2次起动），保守起见按连续2次起动考虑。若散热环境理想，同时电动机容量不大，厂家建议选用K’=4，经相关论证，本工程选用K’=3。

过热报警：若电动机实际运行电流超过其额定电流时，电动机便会发热，热量逐渐积累且超过跳闸热量的30%时，继电器便会发出过热报警。

5.MMP-1系列智能继电器的定值

以315W电动机带引风机为研究对象，继电器在其起动时的输入数据如下：1）额定电流取3.9A；2）速断33A，取K=1；3）欠压60V，要求10s之后发出信号动作；4）零序0.03A，要求10s之后发出信号动作；5）过热时间常数，τ=800；6）起动时间设置为15s；7）散热系数取3；8）过热负序系数，取K2=6。

将上述定值输入继电器，经实践检验，完全能够满足设备运行的实际要求，不管是参数整定，还是操作方式，又或者是控制效果，均符合设计标准。

结语：综上所述，在电力系统中，继电保护器属于不可或缺的组成部分，发挥着十分重要的作用，所以，有必要对智能化继电器进行深入研究，并应用到实践中去，从而提高和保证电力系统的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]黄真合. 基于C8051F单片机的电力系统智能测控装置的设计[J]. 工业控制计算机,2010,07.

[2]邢迪. 电力系统智能电网建设分析[J]. 电子测试,2014,06.

[3]张宏斌,黄颖祺,张蕾,王鹏,崔波. 电力系统智能报警的二次回路信号建模与应用[J]. 华东电力,2014,03.

[4]税一秦,吕林,刘友波. 电力系统智能预警的数据融合应用[J]. 华东电力,2013,03.