電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)及其配置應(yīng)用解析

1.前言

近年來，隨著電子及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的快速發(fā)展為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，同時(shí)也給繼電保護(hù)技術(shù)不斷的提出了新的要求。作為繼電保護(hù)技術(shù)如何才能有效的遏制故障，使電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率及運(yùn)行質(zhì)量得到有效的保障，是繼電保護(hù)工作技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

2.繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)60-80年代是晶體管繼電保護(hù)技術(shù)蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時(shí)期。70年代中期起，基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)投入研究，到8O年代末集成電路保護(hù)技術(shù)已形成完整系列，并逐漸取代晶體管保護(hù)技術(shù)，集成電路保護(hù)技術(shù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用的主導(dǎo)地位持續(xù)到90年代初。與此同時(shí)，我國從70年代末即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用，相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，關(guān)于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)---變壓器組保護(hù)、微機(jī)線路保護(hù)裝置、微機(jī)相電壓補(bǔ)償方式高頻保護(hù)、正序故障分量方向高頻保護(hù)等也相繼通過鑒定，至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路保護(hù)裝置為電力系統(tǒng)提供了新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，此時(shí)，我國繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。
目前，繼電保護(hù)向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化對繼電保護(hù)提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了研究開發(fā)的新天地。隨著改革開放的不斷深入、國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)將為我國經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3.電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的配置

3.1.繼電保護(hù)裝置的任務(wù)

繼電保護(hù)主要利用電力系統(tǒng)中原件發(fā)生短路或異常情況時(shí)電氣量(電流、電壓、功率等)的變化來構(gòu)成繼電保護(hù)動作。繼電保護(hù)裝置的任務(wù)在于：在供電系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí).安全地、完整地監(jiān)視各種設(shè)備的運(yùn)行狀況，為值班人員提供可靠的運(yùn)行依據(jù)：供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動地、迅速地、并有選擇地切除故障部分，保證非故障部分繼續(xù)運(yùn)行：當(dāng)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運(yùn)行工作狀況時(shí)，它應(yīng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)出信號或警報(bào)，通知值班人員盡快做出處理。

3.2.繼電保護(hù)裝置的基本要求

(a)選擇性。當(dāng)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能選擇性地將故障部分切除 首先斷開距離故障點(diǎn)最近的斷路器，以保證系統(tǒng)中其他非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行。

(b)靈敏性。保護(hù)裝置靈敏與否一般用靈敏系數(shù)來衡量。在繼電保護(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，不管短路點(diǎn)的位置如何、不論短路的性質(zhì)怎樣，保護(hù)裝置均不應(yīng)產(chǎn)生拒絕動作;但在保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，又不應(yīng)該產(chǎn)生錯(cuò)誤動作

(c)速動性。是指保護(hù)裝置應(yīng)盡可能快地切除短路故障。縮短切除故障的時(shí)間以減輕短路電流對電氣設(shè)備的損壞程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，從而為電氣設(shè)備的自啟動創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)還提高了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。

(d)可靠性。保護(hù)裝置如不能滿足可靠性的要求，反而會成為擴(kuò)大事故或直接造成故障的根源。為確保保護(hù)裝置動作的可靠性，必須確保保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原理、整定計(jì)算、安裝調(diào)試正確無誤;同時(shí)要求組成保護(hù)裝置的各元件的質(zhì)量可靠、運(yùn)行維護(hù)得當(dāng)、系統(tǒng)簡化有效，以提高保護(hù)的可靠性。

4.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)發(fā)展趨勢

繼電保護(hù)技術(shù)向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)的要求也在不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其他保護(hù)，控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)，信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等，使微機(jī)保護(hù)裝置具備一臺PC的功能。為保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，各個(gè)保護(hù)單元與重合裝置必須協(xié)調(diào)工作，因此，必須實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化，這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可行的。在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上是一臺高性能，為了測量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜投資大，且使得二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。

5.繼電保護(hù)裝置簡介、維護(hù)及實(shí)際應(yīng)用

5.1.繼電保護(hù)裝置的簡介

(1)WSTJ-1微機(jī)式繼電保護(hù)數(shù)字通訊接口裝置

這是近幾年興起的一種較為先進(jìn)的繼電保護(hù)裝置，這套裝置采用傳統(tǒng)數(shù)字通信5群中的64kbi/s數(shù)據(jù)接口，但是卻利用了最先進(jìn)的專業(yè)光纜通道傳輸多路繼電保護(hù)的開關(guān)量信號。

裝置中的繼電保護(hù)接口可與相間距離和零序方向保護(hù)配合，實(shí)現(xiàn)閉鎖式或允許式保護(hù)邏輯，構(gòu)成方向比較縱聯(lián)保護(hù)。該裝置可與微機(jī)線路保護(hù)配合，構(gòu)成各種閉鎖式和允許式保護(hù)。

(2)繼電保護(hù)裝置的維護(hù)

(a)對新投運(yùn)好和運(yùn)作中的繼電保護(hù)裝置應(yīng)按照《繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗(yàn)條例》要求的項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn);一般對10kV～35kV用戶的繼電保護(hù)裝置，應(yīng)該每兩年進(jìn)行一次檢驗(yàn)，對供電可靠性較高的35kV及以上用戶每年進(jìn)行一次檢驗(yàn)。(b)在交接班時(shí)應(yīng)檢查中央信號裝置、閃光裝置的完好情況，并檢查直流系統(tǒng)的絕緣情況、電容儲能裝置的能量情況等。(c)對操作電源進(jìn)行定期維護(hù)。(d)對繼電器、端子排以及二次線將進(jìn)行定期清掃、檢查，此工作可以帶電進(jìn)行，也可以停電進(jìn)行，但必須有兩人在場，其中一人工作，一人監(jiān)護(hù);必須嚴(yán)格遵守《電業(yè)安全工作規(guī)程》中的有關(guān)要求，所用的工具應(yīng)具備可靠絕緣手柄;清掃二次線上的塵土?xí)r，應(yīng)由盤上部往下部進(jìn)行;遇有活動的線頭，應(yīng)將其擰緊，以防止造成電流互感器二次回路、開路，而危及人身安全。

(3)全數(shù)字繼電保護(hù)測試裝置

全數(shù)字繼電保護(hù)測試裝置具有數(shù)字化、模塊化、小型化、嵌入式人機(jī)界面等功能，主要技術(shù)特點(diǎn)為高壓保護(hù)、測量裝置等，滿足IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量信號的情況下，從硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)覺得保護(hù)裝置的全數(shù)字操作目標(biāo)。

整機(jī)采用兩套DSP+CPLD分別作為信號發(fā)生和人機(jī)監(jiān)控模塊，其中主控DSP系統(tǒng)采用以太網(wǎng)模塊和自定義的內(nèi)部通信協(xié)議，通過模塊間內(nèi)部CAN通訊接口傳輸測試數(shù)據(jù)，而監(jiān)控DSP系統(tǒng)賦予了整機(jī)人機(jī)交互和保護(hù)自檢功能。該裝置能夠滿足新型微機(jī)保護(hù)裝置研發(fā)中對數(shù)字量繼電保護(hù)測試數(shù)據(jù)的需要。

5.2.繼電保護(hù)裝置的實(shí)際運(yùn)用

近年來，由于電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)均已達(dá)到先進(jìn)水平，在經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，相信該系統(tǒng)在電網(wǎng)安全運(yùn)行方面將發(fā)揮重要作用。

電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息處理系統(tǒng)主要由網(wǎng)、省、地級電力調(diào)度中心或集控站的主站，各級電廠、變電站端的子站及錄波裝置通過電力信息傳輸網(wǎng)絡(luò)共同組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是能夠切實(shí)提高電網(wǎng)的信息化和智能化，并具有高安全性和高可靠性，要優(yōu)先采用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，保障故障錄波數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)上傳。因此系統(tǒng)必須具有分層、分布、開放、易擴(kuò)展的特性。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了事故推畫面、故事匯總、網(wǎng)絡(luò)探測和跨安全區(qū)應(yīng)用的技術(shù)創(chuàng)新，至投入使用以來，經(jīng)歷了夏季高溫用電高峰、暴風(fēng)雨，冬季冰雪等突發(fā)事件的檢驗(yàn)，結(jié)果表明繼電保護(hù)裝置能夠較好的保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

6.結(jié)語

總之，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中，只有對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，按時(shí)巡檢其運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并做好處理，保證系統(tǒng)無故障設(shè)備正常運(yùn)行，才能提高供電的可靠性。

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