浅谈电力系统继电保护技术

1 继电保护组成及工作原理

1.1 继电器分类

(1) 继电器按在继电保护中的作用, 可分为测量继电器和辅助继电器两大类。测量继电器能直接反映电气量的变化, 按所反应电气量的不同, 又可分为电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、正序负序零序继电器、阻抗继电器、频率继电器以及差动继电器等:辅助继电器可用来改进和完善保护的功能, 按其作用的不同, 可分为中间继电器、事件继电器以及信号继电器等。

(2) 继电器按结构型式分类, 目前主要有电磁型、感应型、整流型以及静态型。

1.2 继电器组成及原理

继电保护的种类很多, 但其组成一般都是由测量模块、逻辑模块、执行模块组成。输入信号指来自电力传输系统保护对象的信号, 测量模块采集来自被保护对象相关运行的特征信号, 获得的测量信号需要与给定的整定值对比, 将比较结果送至逻辑模块。逻辑模块根据测量模块输出比较值的大小、性质及产生的次序或上述多种参数的组合, 进行逻辑运算, 得到的逻辑值是决定是否动作的主要依据。当逻辑值为真, 即为1时, 激励动作信号至执行模块, 此刻, 由执行模块立即响应或在规定的延时时刻执行掉电或者警报命令。

2 几种典型差动继电器

在电力系统及电力传输系统的继电保护中, 母线保护尤为重要, 量度继电器中的电流差动继电器是母线保护的一种最基本的继电器类型。通过电流基本定律—基尔霍夫电流定律可深刻理解该继电器的工作原理。如电流大于母线保护的动作电流时, 母线保护开始作用, 使联结在母线上的故障点有效的断路器跳开。因为电流差动继电器独立工作, 所以能够正确区分近点和远点故障, 因此它是一种可及时作用并且非常可靠的母线系统保护装置。其中FB-1型和BCD-2型电流差动继电器曾在电力系统中广泛地应用。

3 继电保护常见故障影响及排除研究

3.1 电流互感饱和对配电系统的影响

电流互感器饱和对变电设备和配电保护的影响非常大, 随着配电系统设备终端负荷的不断增容, 系统如果发生短路, 其短路电流很大, 当系统靠近终端设备区发生短路时, 电流固然大, 可以达到或接近电流互感器单次额定电流的百倍量级。在常态短路情形下, 越大, 电流互感器误差随着一次短路电流倍数增大而增大, 当电流速断保护使灵敏度低时就可能阻止动作。在线路短路时, 由于电流互感器电流饱和, 再次感应的二次电流小或接近于零, 也会导致定时限过流保护装置无法动作。当在配电系统的出口线过流保护拒动作导致配电所进口线保护动作了, 则使整个配电系统断电。

3.2 开关保护设备选择不当造成影响

开关保护设备的选择也很重要, 现在, 多数配电都采用了在高负荷密集区建立开关站, 即采用变电站——开关站 (环网柜) ——配电变压器的供电输电方式。在未实现继电保护自动化的开关站 (环网柜) 内, 广泛采用负荷开关或与其组合的继电器设备系统作为开关保护设备。通常来说, 对开关站入口线路采用负荷开关实现日常分合负载电流不设保护;对直接带配电变压设备的出口线路选用负荷开关组合电器;通常为负荷开关与熔断器组合的电器, 因此在造成配电所出口故障时, 容易造成变电站开关越级跳闸。

3.3 继电保护系统故障信息的排除

故障信息处理模块主要实现以下功能: (1) 与不同厂家、不同型号的厂站端子系统进行通信, 获取各种实时信息并进行处理、显示和存储; (2) 对主站、子站历史数据进行查询、管理和统计分析:全面分析和定位故障, 对录波文件进行波形分析, 利用故障线路两端的记录数据, 采用双端测距, 完成各种复杂的计算, 达到对故障点的精确定位, 根据故障分析结果, 自动判断相关装置的动作行为是否正确。

3.4 继电保护中常见隐形故障的排除

经过调查, 现在用电系统上有3/4以上的停电事故都是由于电力系统保护系统的造成的, 继电保护存在很多隐形故障, 当前已经成为电力配电系统工程技术人员研究解决的热点问题之一, 大多文章中都强调对继电保护隐形故障的分析。对于重要的输电线路, 在跳闸元件故障情况下所有的本地的和远地的跳闸指令有效。所有的这些设计需要有一个更可靠的继电保护系统。完成这样的设计才能使一个配电系统在正常操作运行时具有足够的安全系数。

4 继电保护装置可靠性提高方法

通过以上分析可知, 继电保护系统是关系到电网安全稳定运行的关键设备, 是组成电力及电力传输系统重要设备。可以通过加强二次回路维修检护, 进行实时状态检修, 整理统计故障点及故障缘由, 加快规范管理操作规程, 加强设备冗余设计等措施来提高继电保护装置的可靠性。

5 继电保护的发展展望

(1) 信息化。随着计算机等现代通讯技术的迅猛发展, 基于CPU核实现的硬件保护也在不断发展。自动化芯片控制的电路保护硬件已经历了的发展阶段为:从16位单CPU结构的微机保护发展到32位多CPU结构, 后又发展到总线结构, 性能和响应速度大大提高, 目前已得到广泛应用。

(2) 网络化。计算机网络在信息处理和数据通信过程中已成为当今国家能源和国民经济建设作用, 网络化带来的便利, 近年来也逐渐开始应用到电力系统中来。全球卫星定位系统 (GPS) 和光纤通信技术对网络化的微机保护实现同步相量测量技术提供了条件。GPS在各领域中已得到广泛应用, 在电力系统中主要用于同步相量测量。光纤通信系统将各变电站的测量量收集汇总处理后, 即可得到各变电站之间动态相量的变化, 并据此实施相量控制。

(3) 智能化。近年来, 人工智能技术如神经网络、遗传算法、模糊算法和自适应算法等在电力系统自动化相关领域都得到了广泛应用, 在继电保护领域应用的研究和应用也逐渐兴起。在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下, 使保护、控制、测量、数据通信一体化, 并逐渐实现继电保护的智能化, 是当今乃至今后电力系统继电保护技术发展的主要方向。

摘要：本文介绍了电力系统继电保护的基本组成和工作原理, 给出了几种典型差动继电器比较, 分析了最佳动作区域及相关特性;详细讨论了继电保护常见故障及其影响因素和排除方法;阐述了提高电力系统继电保护可靠性的措施, 并展望了未来继电保护技术的发展趋势。

关键词：电力系统,继电保护,继电器,可靠性