继电保护可靠运行和发展趋势研究
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[摘 要] 电力系统继电保护是保证电力系统安全运行、提高经济效益的有效技术。文章介绍了继电保护技术的功能和当前的发展趋势，再针对电力变压器和电力电容器这两大关键电力设备的继保问题进行了研究。
[关键词] 电力系统 继电保护 发展
1.电力继电保护的功能
继电保护的正确工作不仅有力地提高电力系统运行的安全可靠性，并且正确使用继电保护技术和装置， 还可能在满足系统技术条件的前提下降低一次设备的投资。 继电保护主要有以下几个基本功能：
1）安全性：继电保护装置应在不该动作时可靠地不动作，即不应发生误动作现象。
2）可靠性：继电保护装置应在该动作时可靠地动作，即不应发生拒动作现象。
3）快速性：继电保护装置应能以可能的最短时限将故障部分或异常工况从系统中切除或消除。
4）选择性：继电保护装置应在可能的最小区间将故障部分从系统中切除，以保证最大限度地向无故障部分继续供电。
5） 灵敏性：表示继电保护装置反映故障的能力。
2.电气设备继保技术
2.1电力变压器
电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。 考虑到变压器在电力系统中的重要地位及其故障和不正常工作状态可能造成的严重后果，必须根据电力变压器容量和重要程度装设相应的继电保护装置。变压器的不正常工作状态主要有过负荷、外部短路引起的过电流、外部接地短路引起的中性点过电压、油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高等。 此外，大容量变压器，由于其额定工作磁通密度较高，工作磁密与电压频率比成正比例，过电压或低频率下运行时，可能引起变压器的过励磁故障等。变压器继电保护的任务就是反应上述故障或异常运行状态， 并通过断路器切除故障变压器，或发出信号告知运行人员采取措施消除异常运行状态。同时，变压器保护还应能用作相邻电器元件的后备保护。变压器作为电力系统中的重要电气设备，设计、制造及运行各环节都应注意其安全性。其动、热稳定性的设计应充分考虑变压器是否并列运行，并列运行的台数，电网中性点接地方式等要求。为了确保变压器运行中承受故障的热稳定性，制造厂应提供变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线，类似于发电机允许承受负序的A值要求。
变压器保护的配置与整定时，应根据制造厂提供的变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线配置与之相适应的保护。变压器差动保护的范围应包括低压侧开关，使低压侧开关与TA间的故障不对变压器的热稳定构成威胁。变压器保护应尽可能实现微机化，可以有较多的过流保护段，使各侧的过流保护能有相对较快的延时段跳变压器各侧开关,特别是中、低压侧保护跳变压器各侧开关的保护段有利于变压器尽快脱离故障点。
2.2电力电容器
电力电容器主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗；串联于工频高压输、配电线路中，用以补偿线路的分布感抗，提高系统的静、动态稳定性，改善线路的电压质量，加长送电距离和增大输送能力；耦合电容器。主要用于高压电力线路的高频通信、测量、 控制、保护以及在抽取电能的装置中作部件用。密集型并联电容器的保护配置有过电压保护、低电压保护、 过电流保护、差压保护共四种保护方式。过电压保护主要用于防止电容器基波过负荷和防止系统内部出现的其它过电压。在电压从低电压恢复时和在无负荷且只有电容器投入情况下避免发生功率因数超前过多及母线电压升高时，应采用低电压保护。另外，在电压从低电压恢复时，同时投空载变压器SBK-750VA带铁壳和电容器，为了限制变压器励磁涌流大量涌入电容器回路造成过电压，这时也应采用低电压保护。过电流保护主要用于检出电容器内部短路极间击穿、接地故障和当系统其它设备投切或短路侵入的涌流以及高次谐波过负荷情况下产生的过电流。差压保护用于避免单相电容器个别元件因短路、击穿、断线等故障退出运行后的事故扩大。电容器的继电保护需注意以下几方面：3～10kV并联补偿电容器组的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：
1）电容器组和断路器之间连接线短路。
2）电容器内部故障及其引出线短路。
3）电容器组中某一故障电容器切除后所引起的过电压。
对电容器组和断路器之间连接线的短路，可装设带有短时限的电流速断和过电流保护，动作于跳闸。 速断保护的动作电流。按最小运行方式下，电容器端部引线发生两相短路时，有足够灵敏系数整定；过电流保护装置的动作电流，按电容器组长期允许的最大工作电流整定。对电容器内部故障及其引出线的短路， 宜对每台电容器分别装设专用的熔断器。熔体的额定电流可为电容器额定电流的1.5～2.0倍。当电容器组中故障电容器切除到一定数量，引起电容器端电压超过110%额定电压时，保护应将整组电容器断开。
3.电气主设备保护的发展趋势
3.1保护装置的一体化发展
1)充分的资源共享，一个装置包含了被保护元件所有的模拟量，保护逻辑的判据可以充分利用所有电气量， 使保护更加完善、可靠，判据更加灵活实用。
2)主后一体化装置，给故障录波、后台分析带来了便利。 任何一个故障启动或动作保护装置就可以录下整个单元所有模拟量，使得现场故障的综合分析、定性及事故处理更加方便，而分体式保护只能录下部分信息。
3)主后一体化装置便于保护双重化的实现。主后共用一组TA，TA断线概率大大下降;装置数量少，误动概率降低。
3.2 新型光电流互感器、光电压互感器的应用
新型光电流互感器(OTA)、光电压互感器(OTV)相对于电磁TA具有明显的技术优势：不存在饱和问题， 频率响应宽，动态范围大，在很大的电流变化区间内保持线性变换关系；实现了强电和弱电的完全绝缘隔离，具有很强的抗电磁干扰能力；不存在二次开路的问题，二次输出值较小，适合与保护直接接口。因此其将成为主设备微机保护的发展趋势。
3.3信息网络化
变电站监控和发电厂电气监控系统的发展，要求主设备保护具有强大的通信功能，以便通过监控系统实现保护动作报文管理、故障数据处理、定值远方整定、事故追忆等功能，实现了电气智能设备运行的深层次管理。在采用高速度、大容量的微处理器及高速总线设计后，保护装置将具有更完善的数据处理功能和通信功能，可以更好地实现保护信息化、网络化设计。主设备保护除了动作后经通信网络上传故障报文、 数据到监控系统以外，还可以为系统动态提供保护装置的运行状态和信息，并可根据系统运行方式的变化通过数据交换，提供修改保护判据和定值的依据，保证全系统的安全稳定运行。
继电保护是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以一直以来都沿称继电保护。“九五”、“十五” 期间， 国家电网和南方电网公司坚持 “管电必管网，管网必须管好继电保护”，把继电保护工作作为电网安全运行的重要工作来抓。举全系统之力， 在政策上、资金上、人员上给予支持，不断提升继电保护的装备水平、技术水平。加强全过程、全方位管理，提高了继电保护运行的安全可靠性，增强了电网抵御事故和防御自然灾害的能力。迈进 “十二五” 之后，随着我国国民经济的飞速发展，电力行业突飞猛进，整个电力系统呈现出往超高电压等级、单机容量增大、大联网系统方向发展的趋势，这就对电力设备继电保护的可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了更高的要求。
4.结束语
随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，进行电气设备继电保护的相关研究。继电保护是保障电网安全稳定运行的第一道防线，继电保护在电网的快速发展中发挥着越来越重要的作用。此外，继电保护的专业特点表现为技术含量高、涉及环节多、管理要求细。而随着继电保护的日益发展，重视和加强继电保护队伍建设显得尤为重要。
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