繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的重要性

隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模日益壯大，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更顯復(fù)雜，提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平尤為重要。繼電保護(hù)是確保電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要裝置，保護(hù)裝置動(dòng)作的正確性將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生，只有 對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期檢驗(yàn)和維護(hù)，按時(shí)檢巡其運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并做好處理，才能保證系統(tǒng)*設(shè)備正常運(yùn)行，提高供電可靠性。 繼電保護(hù)裝置是關(guān)系到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備,是電力系統(tǒng)*的重要組成部分,是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第三道防線。

一、什么是繼電保護(hù)

研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼 電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等) ，使之免遭損害，所以也稱繼電保護(hù)。基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工 況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。

二、基本原理

繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護(hù)裝置要實(shí)現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。

電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：

(1) 電流增大。短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流。

(2) 電壓降低。當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。

(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓 間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為 20°，三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為 60°～85°，而在保護(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相 位角則是 180°+(60°～85°)。

(4) 測(cè)量阻抗發(fā)生變化。測(cè)量阻抗即測(cè)量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電 壓與電流之比值。正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗;金屬性短 路時(shí)，測(cè)量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測(cè)量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

不對(duì)稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量;單相接地時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。

利用短路故障時(shí)電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。

此外，除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)外，還有反應(yīng)非工頻電氣量的保護(hù)。

三、繼電保護(hù)重要性的體現(xiàn)

1、對(duì)繼電保護(hù)的基本要求、繼電保護(hù)裝置必須具備以下 5 項(xiàng)基 本性能: (1)、安全性.在不該動(dòng)作時(shí),不發(fā)生誤動(dòng)作. (2)、可靠性.在該動(dòng)作時(shí),不發(fā)生拒動(dòng)作. (3)、快速性.能以最短時(shí)限將故障或異常消除. (4)、選擇性.在可能的最小區(qū)間切除故障,保證最大限度地向 *部分繼續(xù)供電. (5)、靈敏性.反映故障的能力,通常以靈敏系數(shù)表示.選擇繼電 保護(hù)方案時(shí),除設(shè)置需滿足以上 5 項(xiàng)基本性能外,還應(yīng)注意其經(jīng)濟(jì)性. 即不僅考慮保護(hù)裝置的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi),還必須考慮因裝置不完善 而發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活造成的損失.

2、隨著電力系統(tǒng)容量日益增大,范圍越來越廣,僅設(shè)置系統(tǒng)各元 件的繼電保護(hù)裝置,遠(yuǎn)不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長(zhǎng)期大面積停電的嚴(yán) 重事故.為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā),研究故障元件被相應(yīng)繼電保 護(hù)裝置的動(dòng)作切除后,系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況,系統(tǒng)失去穩(wěn)定時(shí)將出現(xiàn) 何種特征,如何盡快恢復(fù)其正常運(yùn)行等.系統(tǒng)保護(hù)的任務(wù)就是當(dāng)大電 力系統(tǒng)正常運(yùn)行被破壞時(shí),盡可能將其影響范圍限制到最小,負(fù)荷停 電時(shí)間減到最短.此外,機(jī)、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全 生產(chǎn),特別是大機(jī)組和大電力系統(tǒng)的相互影響和協(xié)調(diào)正成為電能安全 生產(chǎn)的重大課題.因此,系統(tǒng)的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的配置方案 應(yīng)考慮機(jī)、爐等設(shè)備的承變能力,機(jī)、爐設(shè)備的設(shè)計(jì)制造也應(yīng)充分考慮電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)際需要.為了巨型發(fā)電機(jī)組的安全,不 僅應(yīng)有完善的繼電保護(hù),還應(yīng)研究、推廣故障預(yù)測(cè)技術(shù).

3、電力規(guī)程規(guī)定：任何電力設(shè)備(線路、母線、變壓器等)都不 允許在無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行。所有運(yùn)行設(shè)備都必須有兩套交、直 流輸入和輸出回路相互獨(dú)立， 并分別控制不同斷路器的繼電保護(hù)裝置 進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)任一套繼電保護(hù)裝置或任一組斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，能有 另一套繼電保護(hù)裝置操作另一組斷路器切除故障。在所有情況下，要 求這兩套繼電保護(hù)裝置和斷路器所取的直流電源都有不同的熔斷器 供電。可見，雖然繼電保護(hù)不是電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，但在保證一次 設(shè)備安全運(yùn)行方面擔(dān)負(fù)著*的重要角色。

4、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分。對(duì)保證電力 系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,防止事故發(fā)生和擴(kuò)大起到關(guān)鍵性的決定作用。 由于電力系統(tǒng)的特殊性,電氣故障的發(fā)生是不可避免的。一旦發(fā)生局 部電網(wǎng)和設(shè)備事故,而得不到有效控制,就會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的破壞 和大面積停電事故。現(xiàn)代化大電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的依賴性更強(qiáng),對(duì)其動(dòng) 作正確率的要求更高

5、提高繼電保護(hù)可靠性的措施應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)、 保護(hù)裝置在制造過程中要把好質(zhì)量關(guān),提高裝置整體質(zhì)量水 平,選用故障率低、壽命長(zhǎng)的元器件,不讓不合格的劣質(zhì)元件混進(jìn)其 中。同時(shí)在設(shè)備選型時(shí)要盡可能的選擇質(zhì)量好,售后服務(wù)好的廠家。

(2)、 晶體管保護(hù)裝置設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮安裝在與高壓室隔離的房?jī)?nèi), 免遭高壓大電流、斷路故障以及切合閘操作電弧的影響。同時(shí)要防止

環(huán)境對(duì)晶體管造成的污染,有條件的情況下要裝設(shè)空調(diào)。電磁型、機(jī) 電型繼電器外殼與底座間要加膠墊密封,防止灰塵和有害氣體侵入。

(3)、繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)人員在整定計(jì)算中要增強(qiáng)責(zé)任心。計(jì)算 時(shí)要從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通盤考慮,認(rèn)真分析,使各級(jí)保護(hù)整定值準(zhǔn)確,上下級(jí) 保護(hù)整定值匹配合理。

(4)、加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)與故障處理能力并進(jìn)行定期檢 驗(yàn),制定出反事故措施,提高保護(hù)裝置的可靠性。

(5)、 從保證電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性方面考慮,要求繼電保護(hù)系統(tǒng)具 備快速切除故障的能力。 為此重要的輸電線路或設(shè)備的主保護(hù)采用多 重化設(shè)施,需要有兩套主保護(hù)并列運(yùn)行。

(6)、 為了使保護(hù)裝置在發(fā)生故障時(shí)有選擇性動(dòng)作,避免無選擇性 動(dòng)作,在保護(hù)裝置設(shè)計(jì)、整定計(jì)算方面應(yīng)考慮周全、元器件配合合理、 才能提高保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。

6、 鑒于繼電保護(hù)的重要性,對(duì)其定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)是*必要 的,決不能只是在出現(xiàn)不正確動(dòng)作后再去分析和修復(fù)。繼電保護(hù)定期 檢修的根本目的應(yīng)是 “確保整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)處在完好狀態(tài),能夠 保證動(dòng)作的安全性和可靠性”。因此,原則上定檢項(xiàng)目應(yīng)與新安裝項(xiàng) 目有明顯區(qū)別,只進(jìn)行少量針對(duì)性試驗(yàn)即可。應(yīng)將注意力集中在對(duì)保 護(hù)動(dòng)作的安全性和可靠性有重大影響的項(xiàng)目上,避免為檢修而檢修, 以獲取保護(hù)定期檢驗(yàn)投資效益的最大回報(bào)。

繼電保護(hù)發(fā)展至今,經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段: 傳統(tǒng)的繼電器式繼電 保護(hù); 半導(dǎo)體晶體管式繼電保護(hù); 集成電路繼電保護(hù); 微機(jī)保護(hù)。

通過繼電保護(hù)的發(fā)展過程可以看出，繼電保護(hù)隨著時(shí)代的變遷、 科技的進(jìn)步一同在發(fā)展。 隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電 保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。 國內(nèi)外繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì) 是計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智 能化，這對(duì)繼電保護(hù)工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了活動(dòng)的廣闊 天地。