电力系统继电保护现状及发展趋势分析

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　　摘要：电力系统继电保护技术作为当今国内外研究的一个前沿方向和热点课题，随着计算机网络通信技术以及电子技术的不断发展，继电保护技术将会不断得到进步和发展，其应用也将会更为广泛，这势必会更好地促进电力系统继电保护技术的新发展和新变革。本文根据笔者工作实践，对电力系统继电保护的原理、要求、发展趋势进行了探讨。
　　关键词：电力系统 继电保护发展趋势
　　中图分类号：F470.6 文献标识码：A 文章编号：
　　正文：
　　一、电力系统继电保护概述
　　1.电力系统继电保护的基本原理 
　　电力系统的继电保护装置就是指电力系统运行过程中电气元件在发生故障时能及时发出信号，并使断路器跳闸产生动作的一种自动装置。为了完成对电力系统相关装置的安全保护任务，电力系统的继电保护装置通过借助正确区分的保护元件来检测被保护的装置是否处于正常的工作状态。也就是说，继电保护装置一般是根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来对被保护的装置进行保护的。其中，用于继电保护状态判别的故障量随所处电力系统的周围条件而异，也随被保护对象的不同而不同。当前应用最为广泛的故障量是工频电气量。工频电气量指的是通过电力元件的电流和所在母线的电压以及由这些量演绎出来的其他量，如功率、相序量、阻抗等，从而构成电流保护、电压保护、阻抗保护、频率保护等。
　　2.电力系统继电保护装置的作用
　　电力系统的日常运行中较常见的故障主要有断线、短路、接地、负荷过载以及振荡等。上述故障如果处理不及时或处理不当往往会引发大范围的电力系统事故，从而导致电力系统的全部或部分的正常运行状态遭到破坏，导致电能质量破坏和设备损坏，损失非常巨大。一般对上述故障的有效处理措施就是采取相关有效措施迅速地将正常运行的系统与故障部分隔离，从而将故障造成的影响和损失尽量减少。为保证电力系统的安全稳定运行，有效避免事故的扩大。通常，依靠人的判断和处理是来不及的，在系统发生故障时务须由相关的继电保护装置完成电力系统故障的安全保护。3.电力系统继电保护装置的任务一般而言，电力系统继电保护装置的任务有：一是值班管理人员可以通过继电保护装置及时掌握处于不正常运行状态的电气元件的反应，以便能够及时处理，从而有效避免相关电气设备的损坏以及安全事故的发生；二是继电保护装置自身能够迅速地将电力系统中的故障元件有选择地进行切除，从而确保其他无故障原件的正常运行。
　　二、继电保护的基本要求
　　继电保护是电力系统的一个重要组成部分，担负着监督系统运行状况和及时处理系统故障的重要职责，是保证电力系统安全运行的重要设备。选择性、可靠性、速动性、灵敏性是对它的四项基本要求。
　　选择性是指当电力系统中线路或设备发生短路故障时，负责本段线路的继电保护装置会动作，此时其他线路的继电保护装置不动作，而当其拒动时，相邻设备或线路的保护装置会作为后背保护将故障切除。
　　速动性是指电力系统发生故障时，继电保护装置应能够快速地将故障切除，将故障可能对人和设备造成的损害降低到最小程度，提高系统并列运行的稳定性。
　　灵敏性是指当电力系统中线路或设备发生短路故障时，继电保护装置的及时反应动作能力。在规定范围内发生故障时，不论故障点的故障的类型和位置如何，以及故障点是否存有过渡电阻，能够满足灵敏性的要求的继电保护都能够正确反应并动作，即要求不仅在系统的最大运行方式下三相线路短路时能够可靠动作。可靠性是指继电保护设备能够安全稳定的工作动作，不发生在故障时拒动或无故障时误动的情况。
　　三、继电保护的发展趋势
　　在未来智能电网中，电网的自愈特征将会对继电保护的选择性、可靠性、速动性、灵敏性提出更高的要求，对常规继电保护的配置方法提出新的要求，常规保护在这几个方面根据实际情况的不同会有所侧重。如在特高压电网的建设、电网规模的扩大等因素,将导致短路电流增大很多,因此,短路电流增大造成的定值可靠性降低。然而，挑战往往是与机遇并存的，智能电网的发展从另一个角度也将给继电保护的发展带来新的契机。根据智能电网发展的特点与趋势，可以预计它将会在以下几方面推动继电保护技术的发展：
　　3.1 信息数字化信息的数字化
　　包括两个方面，一是测量手段的数字化，新型的继电保护装置将广泛采用电子式互感器和数字接口；二是信息传输方式的数字化，传统继电保护设备采用的模拟量电缆传输和状态量电缆传输方式将被淘汰，取而代之的是以光纤为媒介的网络数字传输方式。随着智能电网的建设及智能化设备的广泛使用，传统的互感器将逐步退出运行。而且电子式互感器采用网络接口，通过网络保护装置和智能断路器连接，大大简化了二次回路接线，使之易于维护。
　　3.2 通信网络化
　　电力系统继电保护与计算机网络相结合是现代电力系统实现稳定安全可靠运行的重要的保证。通信网络化使每个保护单元都能够实现共享全部故障信息与系统运行的数据，并且使各个保护单元之间与自动重合闸装置能够在分析这些数据信息的基础之上做出协调的动作。这样就在各个保护单元之间形成了一个互联网，增加了保护单元之间的联系，最终实现微机继电保护装置的网络化。
　　3.3 动作智能化
　　智能电网要求继电保护装置能够利用全网信息准确、实时地判断运行方式并且调整定值，实现真正意义上的在线整定。近年来人工智能技术在电力系统的各个领域都得到了广泛的应用，使得电力系统继电保护技术的研究迈进了更高层次,逐渐向着微机化的趋势不断发展。例如利用神经网络的方法,经过大量的故障样本训练,只要充分考虑了现场各种情况,则发生任何的故障时都能够作出确判别，最终做出正确动作。
　　3.4 综合自动化
　　计算机技术、通信技术和网络技术高速发展，使得微机继电保护装置具有了可以从网上获得电力系统运行状态与各种故障的数据信息的能力，并且微机继电保护装置也可以将它从网上获得的电力系统被保护元件的数据与信息传送给网络控制中心和其他的保护单元，及时在继电保护系统中完成继电保护的各项功能，如监视、测量、控制、保护、数据通信等。从而实现了测量、控制、保护、数据通信等各方面的综合自动化。
　　3.4.数字化技术的应用
　　随着社会经济的不断发展和科学技术的革新，数字化技术在电力系统继电保护领域的应用越来越广，数字化变电站的建设已经成为电网建设的主流。数字化变电站是指变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化。数字化继电保护装置原理是利用电子互感器采集数据，数据在互感器内通过光纤利用光数字信号将数据传到低压端，在MU（合并单元）处理后得出符合标准的数字量输出。其涵盖了变电站的全部范围，比如一次设备的互感器、断路器、变压器，二次设备中的保护、控制、通信，以及软件开发、系统建模、数据应用等。数字化技术的应用：一是智能化继电保护测试仪。随着智能化变电站的投入和普及，数字化测试设备在电力用户和制造厂中的需求呈上升趋势。二是全数字化变电站的动态仿真系统。智能电网推广的重要举措就是建设具有数字化、信息化、自动化、互动化特点的数字化变电站，然而目前大多数变电站无法有效检测继电保护二次设备的性能，只有全数字化变电站才能实现设备检查和监测功能。
　　3.5继电保护输电技术的突破
　　随着电力电子技术的发展、直流输电技术日益成熟，多种新的发电方式所产生的电能都要以直流方式输送，比如磁流体发电、电气体发电、燃料电池和太阳能电池等，直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。另外，超高压输电可以增加输送容量和传输距离，降低单位功率电力传输的工程造价，减少线路损耗，节省线路走廊占地面积，具有显著的综合经济效益和社会效益。
　　4 结束语
　　继电保护的技术微机化化绝不仅仅只有这几个方面，很多都要随着智能电网的发展才会慢慢体现出来。智能电网的建设是电力系统的一次重要变革，是电网未来的发展方向。目前，智能电网的建设已经初显成效，建设过程中新技术和新设备的应用已经给继电保护专业领域带来了革命性的变化，例如我国 220kV 以上的输电线路已经全部实现了继电保护技术的微机化。随着智能电网建设的推进，相关研究的深入，继电保护专业一定会适应电网需求向智能化方向发展，跟进电网建设步伐，为智能电网建设提供技术支持。
　　参考文献
　　[1]王梅义.高压电网继电保护技术[M].北京：电力工业出版社，1981.
　　[2]葛耀中.数字计算机在继电保护中的应用[J].继电器，1978.
　　[3]杨奇逊.微型机继电保护基础[M].北京：水利电力出版社，1988.
　　[4]张宇辉.电力系统微型计算机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2000.
　　[5]吴斌，刘沛，陈德树.继电保护中的人工智能及其应用[J].电力系统自动化，1995（4）.

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