浅析电力系统继电保护

摘要：继电设施的正常运转,技术运用与发展对电力系统的运行影响重大。如何确保继电保护设施和技术的可靠性和有效性,是电力系统应该着重关注的,也是社会各界所关注的问题。 关键词：继电保护供电系统

中图分类号： TM774 文献标识码： A

一、引言

目前，继电保护向计算机化、网络化方向发展，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化对继电保护提出了艰巨的任务，也开辟了研究开发的新天地。随着改革开放的不断深入、国民经济的快速发展，电力系统继电保护技术将为我国经济的大发展做出贡献。20世纪60-80年代是晶体管继电保护技术蓬勃发展和广泛应用的时期。70年代中期起，基于集成运算放大器的集成电路保护投入研究，到8O年代末集成电路保护技术已形成完整系列，并逐渐取代晶体管保护技术，集成电路保护技术的研制、生产、应用的主导地位持续到90年代初。与此同时，我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用，相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。

二．电力系统中继电保护的配置

1．继电保护装置的任务

继电保护主要利用电力系统中原件发生短路或异常情况时电气量(电流、电压、功率等)的变化来构成继电保护动作。继电保护装置的任务在于：在供电系统运行正常时．安全地、完整地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行依据：供电系统发生故障时，自动地、迅速地、并有选择地切除故障部分，保证非故障部分继续运行：当供电系统中出现异常运行工作状况时，它应能及时、准确地发出信号或警报，通知值班人员尽快做出处理。

2．继电保护装置的基本要求

(a)选择性。当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能选择性地将故障部分切除 首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其他非故障部分能继续正常运行。

(b)灵敏性。保护装置灵敏与否一般用灵敏系数来衡量。在继电保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作；但在保护区外发生故障时，又不应该产生错误动作

(c)速动性。是指保护装置应尽可能快地切除短路故障。缩短切除故障的时间以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。

(d)可靠性。保护装置如不能满足可靠性的要求，反而会成为扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，必须确保保护装置的设计原理、整定计算、安装调试正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量可靠、运行维护得当、系统简化有效，以提高保护的可靠性。

三 智能继电保护配置的主要内容

1智能继电保护配置的元件保护

1.1主设备保护

继电保护装备的主设备保护应该注意保护发电机和变压器：要防止发电机内部短路，要特别注意匝与匝之间的绝缘，深入精确化校对电压器灵敏度，整定计算等；发电机接地保护要可靠；后备保护中的反应限过流等要与发电机的承受力相统一；变压器保护的重点仍然是识别励磁涌流，研究和发现变压器故障计算新原理仍是保护研究的重心。

1.2线路保护

智能继电保护的线路保护分为交流线路保护和直流线路保护两方面：在远距离保护下，交流线路易受到高电阻接地影响，回避负荷能力差，在系统震荡时发生短路，同时在同杆架设双回线中，因为电气量范围限制、零序互感和跨线故障等原因，交流线路故障测距误差大甚至是选相失败；在直流线路中，主保护行波保护仍受行波信号不确定影响线路端口非线性元件的采样率、过度电阻、动态时延的限制。这些问题都需要进一步的研究和改善。

2.2智能继电保护配置的广域保护

以数字化信息技术为基础，借鉴于广域式信息交互技术的广域电网保护，在智能继电保护配置中大放光彩。广域电网保护是指在智能变电站一级配置数字化和二级配置网络化的前提下，把整个电力网络看做一个整体，利用全球定位、网络通信、实施监测、分析判断等技术，选择最适合的方法控制或隔离发生故障的设备。

2.2.1 广域电网保护的内涵

广域保护融汇电力系统多点、多角度信息，运用微型处理器对信息进行精确判断分析，对故障做出快速、可靠和精确的隔离或切除保护。同时广域保护还具有自愈能力，能分析判断切除障碍对整个电路系统安全稳定运行的影响，并采取相应的控制措施，这样同时具有继电保护和实现自动控制功能的系统叫做广域保护。

2.2.2广域电网保护的特点

通过上述广域保护的定义得出广域保护系统的特点如下：实时可靠地采集电力系统多点信息。全球定位系统技术、数字化信息技术的发展，为电力系统的广域测试提供技术支持，基于相量测试单元的广域测试系统为电力系统实现实时可靠测试提供了可能，满足智能电网大空间和同时间要求。支持多种电源接入电网，广域保护将电力系统看做一个统一的整体，可以实时保护接入的多种电源，并依据程序准确判断调整以期适应多电源接入电网。

自我控制能力。广域保护具有自我控制能力，可以在故障出现并隔离后，系统依据现实做出自我调整以期实现电力系统安全稳定运行。广域保护自我控制能力是为了防止大范围连锁故障出现。

三、继电保护

（一）继电保护的特点与要求

继电保护装置是目前人们采用的最普遍的装置，自继电保护装置应用开始，短时间内就得到广泛利用，主要是由其特点决定的。继电保护的特点是可靠性高、

实用性强，并且能够实现远程监控。继电保护应用的装置是配置合理并且科学技术含量高的继电保护装置。继电保护的信息管理技术采用方法库与数据库，整个信息管理系统由传统的分散式传输转变为集中式运输。各种新技术与新系统的使用使继电保护的可靠性增强。继电保护信息系统的应用，使供电系统中出现的实际问题，能够通过系统有效的对各个部分中的各类数据及时使用和共享，更方便工作人员的操作，因此继电保护的实用性也得到增强。随着电子技术与信息化技术在各个领域的推广与应用，供电系统也及时的根据实际情况采用了新的信息化技术。通过电子信息技术的应用，能够对供电系统的电力变压器的运行状态，进行二十四小时无人监控。最先进的是通过运行状态分析，能够发现电力变压器的隐形故障，及时的在大的故障产生前把隐形故障排除，保障了供电系统的安全平稳运行，减少了经济损失。

现代的继电保护虽然有着非常好的优势，但是对装置的要求更高，没有好的继电保护装置，继电保护的特点与性能就不能完全发挥。继电保护装置最基本的要求就是灵敏性与可靠性。供电系统一般要求继电保护装置的设计原理、整定计算、安装调试等全部要正确无误，还要求组成继电保护装置的各元件的质量可靠。继电保护装置也需要定期的进行运行维护检查与保养，尽量提高供电系统变压器继电保护的可靠性。

（二）继电保护措施

1.瓦斯保护

瓦斯保护是供电系统电力变压器油箱的主要保护措施，能够在变压器油箱发生内部故障的时候自动启动。变压器油箱内部发生故障一般会引起油面降低，瓦斯继电器的能够平衡锤的力矩会发生变化而降落，从而接通上下触点，自动发出报警信号。供电系统的电力变压器发生突发性的严重事故的时候，也会有相应应对措施。变压器的最严重故障为油箱漏油，油箱漏油会使变压器发生爆炸，导致整个供电系统瘫痪。漏油使电力变压器的液面会发生较大的变化，继电器的上下触点也能够接触，初步实现自动报警。随着漏油的继续，油位降低到一定数值，继电器能够自动跳闸保护整个供电系统，避免大的损失产生。供电系统的电力变压器大多在0.8MVA以上，都应该配备瓦斯保护装置。

2.差动保护

供电系统的变压器内部引出线短路，绝缘套管相间短路故障发生时，变压器内的匝间出现问题时，继电系统都会及时启动电流速断保护。电流速断保护的主要优势是能够准确的定位故障发生的位置，及时分析出发生故障的类型，然后马上调用内部已经编订好的程序，根据故障的情况发出相应的预警措施。如果故障程度比较轻，差动保护可以预警后并延长故障继续发生的时间，为专业人员的维修提供一定的时间差，同时差动保护还可以利用已经编好的程序，对小型故障进行自动的排除等。如果故障程度比较严重，差动保护会直接报警并且断电，避免短路后经济损失情况的发生。由于差动保护具有以上的优势，目前供电系统广泛采用该技术，它将成为未来继电保护的一种趋势。

3. 过电流保护

过电流保护是作为瓦斯保护和差动保护后备保护，可以准确反应出变压器短路所导致的过电流。过电流保护装置一般是装在电力变压器的电源侧，并且根据变压器的要求装配不同的保护装置。升降压变压器处可以装配复合电压起动的过电流保护，大接地电流系统中，可以在变压器外部装配零序电流保护，作为主变压器保护的后备保护。过电流保护的具体启动方式应该根据相配备的变电器的相应数据进行合理选择，没有统一的标准，可以根据供电系统的不同需求装配不同的 过电流保护装置。

4.过励磁保护

现代供电系统由与工作电压过高，电力变压器的额定磁密接近饱和。频率降低时与电压升高时，变压器都很容易出现过励磁，导致铁心的温度上升影响绝缘性能。安装励磁保护装置，可将变压器的过励磁引起的过电流反映出来，从而可防止变压器绝缘老化，提高变压器的使用效能。

5.过负荷保护

过负荷保护能够反应变压器正常运行时所出现的过负荷情况。过负荷装置仅在变压器有可能过负荷的情况下才装设，通常能够检测出过负荷的信号。它的基本工作原理为：一相上进行一个电流继电器的装设，并经过一定时间延长动作于信号来进行过负荷保护

近年来，由于电网继电保护技术均已达到先进水平，在经过实际应用，相信该系统在电网安全运行方面将发挥重要作用。电网继电保护及故障信息处理系统主要由网、省、地级电力调度中心或集控站的主站，各级电厂、变电站端的子站及录波装置通过电力信息传输网络共同组成。系统设计目的是能够切实提高电网的信息化和智能化，并具有高安全性和高可靠性，要优先采用电力调度数据网络，保障故障录波数据能实时上传。因此系统必须具有分层、分布、开放、易扩展的特性。该系统实现了事故推画面、故事汇总、网络探测和跨安全区应用的技术创新，至投入使用以来，经历了夏季高温用电高峰、暴风雨，冬季冰雪等突发事件的检验，结果表明继电保护装置能够较好的保证电网的安全运行。