南京遠(yuǎn)能電力工程有限公司 馬 迎 裴有慧

為確保電力系統(tǒng)長時間穩(wěn)定在正常運(yùn)行狀態(tài)下，必須對電力系統(tǒng)實施繼電保護(hù)。在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升背景下，推動繼電保護(hù)自動化、智能化是必然趨勢，即要積極在電力系統(tǒng)內(nèi)引入繼電保護(hù)自動化策略及技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)實情況展開持續(xù)性的優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)與時俱進(jìn)。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動化技術(shù)主要內(nèi)容

1.1 電力系統(tǒng)自動化繼電保護(hù)裝置應(yīng)用原理

應(yīng)用于電力系統(tǒng)內(nèi)的繼電保護(hù)裝置可細(xì)化為邏輯模塊、測量模塊及執(zhí)行模塊三部分，在實際運(yùn)行中輸入信號傳遞至測量模塊內(nèi)，結(jié)合整定值形成“是”、“非”、“大于”等邏輯信號，由此確定出是否需對保護(hù)裝置進(jìn)行啟動；信號傳遞至邏輯模塊，形成“或”、“與”、“否”、“延時啟動”等邏輯回路，由此判斷出是否要進(jìn)行斷路器跳閘或發(fā)出信號；信號傳遞至執(zhí)行模塊后能根據(jù)之前形成的指令做出行動，并向電力系統(tǒng)其他功能單元發(fā)出控制指令。實踐中，一旦電力系統(tǒng)中發(fā)生故障所有異常物理量會轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒘?，如果異常物理量超出允許范圍，繼電保護(hù)裝置動作，迅速對故障元件、故障線路實施隔離，防止對電力系統(tǒng)中其他正常運(yùn)行的元件或線路產(chǎn)生負(fù)面影響。

1.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動化技術(shù)應(yīng)用要求

為確保繼電保護(hù)自動化技術(shù)的作用可在電力系統(tǒng)中得到最大程度發(fā)揮，需重點(diǎn)控制繼電保護(hù)裝置安裝質(zhì)量，為繼電保護(hù)自動化技術(shù)的作用發(fā)揮創(chuàng)造良好條件。在選定繼電保護(hù)裝置時應(yīng)著重關(guān)注兩項性能：速動性。所選用的繼電保護(hù)裝置可在故障問題發(fā)生后第一時間做出反應(yīng)，迅速、準(zhǔn)確定位故障線路或元件并落實切斷合理處理，促使故障問題被控制在較小范圍內(nèi)，避免對電力系統(tǒng)引發(fā)更大負(fù)面影響。通常要確保繼電保護(hù)裝置一般快速保護(hù)時間在60～120毫秒的范圍內(nèi)，最快保護(hù)時間可達(dá)到1～40毫秒；選擇性。所使用的繼電保護(hù)裝置僅能對故障線路、元件做出切斷與隔離處理，而不會對正常運(yùn)行的線路與元件進(jìn)行干預(yù)，有效避免故障問題大范圍擴(kuò)展的同時維護(hù)電力系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動化技術(shù)應(yīng)用價值

為自適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展提供支持。通過在電力系統(tǒng)中引入繼電保護(hù)自動化技術(shù)，能達(dá)到優(yōu)化電力系統(tǒng)工作狀態(tài)與流程的效果，促使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長的同時推動自適應(yīng)技術(shù)的創(chuàng)新。此時電力系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生的故障問題能得到更為迅速、精準(zhǔn)的處理，促使電力系統(tǒng)長時間保持在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下；推動網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展空間的拓展。對繼電保護(hù)自動化技術(shù)而言，其基礎(chǔ)為信息技術(shù)，因此將繼電保護(hù)自動化技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中可達(dá)到促進(jìn)電力系統(tǒng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的效果，促進(jìn)對電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能升級，也賦予電力控制系統(tǒng)以更多可能性；實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展。結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，自動化、智能化是電力系統(tǒng)甚至整個電力行業(yè)的主流發(fā)展趨勢。通過在電力系統(tǒng)中引入繼電保護(hù)自動化技術(shù)，就能達(dá)到促進(jìn)電力系統(tǒng)向著智能化與自動化方向發(fā)展的效果，自動完成電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的提取、分析，準(zhǔn)確、迅速定位風(fēng)險問題及故障，并實施第一時間的報警、保護(hù)與處理，保證電力系統(tǒng)能長時間保持在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動化技術(shù)具體應(yīng)用探究

2.1 常見應(yīng)用方式

接地保護(hù)技術(shù)。在電力系統(tǒng)實際運(yùn)行過程中發(fā)生接地故障問題相對常見，通過引入繼電保護(hù)自動化技術(shù)，能參考不同接地故障類型實施針對性處理與保護(hù)的效果。如，在電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常情況且產(chǎn)生零電壓背景下極易引發(fā)大面積斷電問題。而通過應(yīng)用繼電保護(hù)自動化技術(shù)就能實現(xiàn)零序電壓的預(yù)警保護(hù)，即便發(fā)生上述故障也能讓電力系統(tǒng)在短時間內(nèi)保持在穩(wěn)定運(yùn)行下，同時完成故障區(qū)域的迅速定位、故障區(qū)及其附近區(qū)域的電壓檢測，第一時間向管理人員、控制中心發(fā)送故障信息及警報，為迅速形成有效的故障處理方案提供支持，以此達(dá)到維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定水平的效果。

差動保護(hù)。主要參考“電路中流入節(jié)點(diǎn)電流的總和等于零”原理形成，將受到保護(hù)的設(shè)備元件視為一個節(jié)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下，流入被保護(hù)設(shè)備元件中的電流及流出的電流始終穩(wěn)定在相等水平，此時差動電流為零；而一旦被保護(hù)設(shè)備元件發(fā)生故障或出現(xiàn)運(yùn)行異常情況，則流入被保護(hù)設(shè)備元件中的電流及流出電流間存在差異，此時差動電流高于零。一旦差動電流的大小超出差動保護(hù)裝置的整定值時，上位機(jī)會立即發(fā)出動作信號，控制被保護(hù)設(shè)備元件的配套斷路器斷開，達(dá)到切斷隔離故障設(shè)備元件的效果。此時能將故障問題穩(wěn)定在較小范圍內(nèi)，避免對電力系統(tǒng)造成更大負(fù)面影響。對于差動保護(hù)來說，其電路結(jié)構(gòu)相對簡單且具有更強(qiáng)的靈敏性、選擇性，實現(xiàn)更為精準(zhǔn)的故障切斷隔離，整個保護(hù)啟動過程的獨(dú)立性也相對較更高，確保相關(guān)工作人員可在故障問題大范圍傳播擴(kuò)散前完成有效、針對性處理。

熔斷器保護(hù)。通過在電力系統(tǒng)中加設(shè)熔斷器，能在電流超出預(yù)設(shè)規(guī)定條件下產(chǎn)生大量熱量促使熔體熔斷，以此達(dá)到斷開相應(yīng)故障電路的效果，完成對電力系統(tǒng)的保護(hù)。在當(dāng)前電路系統(tǒng)中，常用熔斷器類型包括插入式熔斷器、螺旋式熔斷器及封閉式熔斷器等，根據(jù)電流與電壓等級的不同所應(yīng)用的熔斷器類型也存在較大差異：對380V及以下電壓等級的線路末端，在進(jìn)行配電支線或電氣設(shè)備短路保護(hù)中更適合選用插入式熔斷器，方便后續(xù)維護(hù)以及更換；對電壓等級500V及其以下、電流等級200A以下的電路，在進(jìn)行短路保護(hù)過程中更加適合選用封閉式熔斷器，以此獲取更大的分?jǐn)嚯娏?；對電壓等?00V以下、電流等級600A以下的電力網(wǎng)或配電設(shè)備，不需更高分?jǐn)嗄芰Γm用于使用無填料封閉式熔斷器；對電壓等級500V以下、電流等級1kA以下的電路，需較高分?jǐn)嗄芰?，更適用于使用有填料封閉式熔斷器。

2.2 電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況

變壓器繼電自動保護(hù)。在繼電保護(hù)自動化技術(shù)的支持下，電力系統(tǒng)中的變壓器能得到更為理想、全面的保護(hù)，并實現(xiàn)變壓器保護(hù)的自動化。在電力系統(tǒng)實際運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)自動化技術(shù)的應(yīng)用對變壓器的保護(hù)作用主要體現(xiàn)：變壓器接地保護(hù)。通過在電力系統(tǒng)中應(yīng)用繼電保護(hù)自動化技術(shù)可完成對短路故障的實時性監(jiān)測，并結(jié)合對變壓器兩側(cè)電流與電壓數(shù)據(jù)的實時獲取及分析，達(dá)到落實零序電壓接地保護(hù)的效果；變壓器線路的短路保護(hù)。充分發(fā)揮出阻抗元件的保護(hù)功能實現(xiàn)自動斷電，或是在變壓器配套時間元件、電流保護(hù)裝置的支持下推動變壓器的正常運(yùn)行時間長度增加，同時實現(xiàn)自動化斷電，有效規(guī)避短路故障時電流過高問題所帶來的負(fù)面影響；變壓器油箱的故障監(jiān)控。繼電自動化保護(hù)裝置可對變壓器運(yùn)行過程中油箱中的油、絕緣材質(zhì)分解后所生成的氣體成分實施分析，在此基礎(chǔ)上確定出變壓器油箱是否存在異?，F(xiàn)象。一旦發(fā)現(xiàn)故障問題或是運(yùn)行異常情況，則能立即落實線路的自動化切斷，防止故障影響擴(kuò)大。

發(fā)電機(jī)自動化保護(hù)。對于發(fā)電機(jī)來說，一旦其發(fā)生故障，所產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象更加明顯，也會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，容易發(fā)生電量輸出平衡穩(wěn)定性大幅下降問題。基于這樣的情況，必須重點(diǎn)落實對發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)，特別是要對發(fā)電機(jī)中的定子組匝實施保護(hù)。實踐中需將繼電自動化保護(hù)裝置加設(shè)于定子繞組內(nèi)，也可在電動機(jī)單相接地的條件下結(jié)合電流與相位的中心點(diǎn)完成對發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)操作。在繼電保護(hù)自動化技術(shù)的支持下，對發(fā)電機(jī)的動態(tài)性、遠(yuǎn)程實時性監(jiān)測成為現(xiàn)實，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)在實際運(yùn)行過程中發(fā)生溫度異常變化等問題時能第一時間展開異?，F(xiàn)象的分析及診斷，在判定發(fā)電機(jī)存在短路故障后繼電自動化保護(hù)裝置可迅速完成跳閘，防止由于發(fā)電機(jī)溫度持續(xù)上升而引發(fā)的更大負(fù)面影響，降低絕緣層被破壞的問題發(fā)生概率，由此達(dá)到保護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性的效果。

網(wǎng)絡(luò)母線保護(hù)。基于繼電保護(hù)自動化技術(shù)的母線保護(hù)可細(xì)化為兩種保護(hù)形式，即差動保護(hù)與相位比較保護(hù)。其中差動保護(hù)在前文已有說明不再贅述。對于相位比較保護(hù)，其主要利用母聯(lián)開關(guān)流過的電流與差動回路中的總差電流進(jìn)行比較，將所有支路的二次電流回路固定連接在一起，這一總的電流與母聯(lián)的二次電流方向進(jìn)行比較，也就是差動回路的電流是反應(yīng)母線故障（Ⅰ或Ⅱ）的總電流，如果存在Ⅰ母故障則通過母聯(lián)電流方向是由Ⅱ母流向Ⅰ母；如果存在Ⅱ母故障則通過母聯(lián)電流方向是由Ⅰ母流向Ⅱ母，相位變化180°，而差動回路中的電流相位不變，因此可選擇出故障母線[1]。

電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)。輸變電電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其運(yùn)行安全穩(wěn)定性直接關(guān)系著電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定水平，因此須對其落實重點(diǎn)保護(hù)。實踐中，通過在輸變電電網(wǎng)構(gòu)建及運(yùn)行中應(yīng)用繼電保護(hù)自動化技術(shù)，能達(dá)到規(guī)避電氣故障產(chǎn)生的效果，促使電網(wǎng)、整個電力系統(tǒng)長時間維持在穩(wěn)定運(yùn)行水平下。在選用繼電自動化保護(hù)裝置過程中，須重點(diǎn)參考電網(wǎng)所在區(qū)域的現(xiàn)實條件、氣候條件、電磁干擾情況等，確保繼電保護(hù)自動化技術(shù)的優(yōu)勢得到最大程度發(fā)揮。

3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動化的優(yōu)化策略分析

3.1 測量、保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)信息的一體化

出于對提升繼電保護(hù)自動化技術(shù)應(yīng)用成效的考量，應(yīng)積極融合計算機(jī)技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)的支持下推動測量、保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)信息在電力系統(tǒng)內(nèi)集成，由此轉(zhuǎn)入一體化的狀態(tài)，促使電力系統(tǒng)內(nèi)所有信息與裝置均保持統(tǒng)一。依托測量、保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)信息一體化的實現(xiàn)，電力系統(tǒng)中所有保護(hù)裝置的保護(hù)功能可得到進(jìn)一步完善，由此賦予電力系統(tǒng)更多樣的性能。實踐中，須及時完成對電力系統(tǒng)運(yùn)行中各種測量數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、保護(hù)數(shù)據(jù)、控制參數(shù)等的提取與分析，保證在發(fā)生故障后實現(xiàn)第一時間的故障識別、分析以及定位，提升繼電保護(hù)的展開速度。同時，通過融合計算機(jī)技術(shù)與繼電保護(hù)自動化技術(shù)，不僅所有電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)能得到統(tǒng)一性管理，故障識別與分析處理過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息也能直接保存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，為后續(xù)繼電保護(hù)動作的展開提供參考。

3.2 持續(xù)優(yōu)化電力系統(tǒng)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化模式的搭建

為更好滿足用電需求，電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模呈現(xiàn)不斷增長趨勢，線路、設(shè)備的配置數(shù)量及種類增加，原有繼電保護(hù)裝置配置已無法滿足電力系統(tǒng)現(xiàn)實需求，難以保證對電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的維護(hù)達(dá)到理想水平。基于此需在電力系統(tǒng)中配置多個繼電保護(hù)裝置，并持續(xù)強(qiáng)化各個保護(hù)裝置間的數(shù)據(jù)交換及聯(lián)系，而這需網(wǎng)絡(luò)的支持。換言之，要搭建起電力系統(tǒng)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，促使電力系統(tǒng)中所配置的所有繼電保護(hù)設(shè)備構(gòu)成一個整體，共同完成對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的維護(hù)[2]。

同時，網(wǎng)絡(luò)化連接也是構(gòu)建自動化繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要內(nèi)容，促使本地電站中的保護(hù)客戶機(jī)與遠(yuǎn)端主站實現(xiàn)連接。在網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的支持下信息共享成為現(xiàn)實，能在整個繼電保護(hù)系統(tǒng)中分享電站、線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)。此時即使一臺機(jī)電保護(hù)裝置發(fā)生故障或無法應(yīng)用，繼電保護(hù)系統(tǒng)中的其他裝置也能達(dá)到替代故障繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的效果，及時切斷隔離電力系統(tǒng)中發(fā)生故障或運(yùn)行異常的元件、線路，提升了繼電保護(hù)功能的可靠性。

3.3 繼電保護(hù)策略的優(yōu)化改進(jìn)

為確保電力系統(tǒng)繼電保護(hù)自動化性能得到最大程度發(fā)揮，降低繼電保護(hù)故障問題發(fā)生概率，須對繼電保護(hù)策略實施著重的優(yōu)化改進(jìn)，維護(hù)繼電保護(hù)設(shè)備的可靠性、靈敏性、速動性以及選擇性。

對現(xiàn)行繼電保護(hù)原理進(jìn)行改進(jìn)與完善，重點(diǎn)提升其保護(hù)性能及適應(yīng)能力。針對差動保護(hù)可使用“制動量優(yōu)化+高阻故障精準(zhǔn)選相”方式完成優(yōu)化改進(jìn)，針對距離保護(hù)可使用控制過負(fù)荷誤動發(fā)生概率的方式完成優(yōu)化改進(jìn)，針對啟動速度可通過設(shè)置“一點(diǎn)啟動”功能模塊達(dá)到優(yōu)化改進(jìn)的效果：差動保護(hù)制動量化。在調(diào)整制動電流過程中，參考線路兩側(cè)電流增幅關(guān)系實現(xiàn)自適應(yīng)的、自動化的調(diào)節(jié)，推動短路電流識別能力的最小值由原有1000安培提升至300安培，促使在短路電流受限條件下線路保護(hù)的故障識別能力呈現(xiàn)出增強(qiáng)趨勢；線路單向高阻故障精準(zhǔn)選相方法。充分發(fā)揮負(fù)荷序差動電流幅值作用，結(jié)合相位特征達(dá)到迅速使被單向接地故障相的效果，促使故障相的識別準(zhǔn)確率提升至100%。此時故障隔離時長由原有5個周波縮減至2個周波，有效降低了因單向故障而引發(fā)的線路三相跳閘問題發(fā)生概率；故障一點(diǎn)啟動算法。對現(xiàn)有一相多點(diǎn)啟動算法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，充分應(yīng)用三相電流所具備的對稱性特征，依托三相同一時刻電流采樣值達(dá)到提取故障突變量特征的提取，實現(xiàn)在發(fā)生故障后第一點(diǎn)采樣值保護(hù)迅速進(jìn)入啟動狀態(tài)，促使故障后的一點(diǎn)啟動成為現(xiàn)實。

積極展開原理及技術(shù)的創(chuàng)新研究，逐步形成全新的、性能優(yōu)良的保護(hù)算法：基于電壓平面的距離保護(hù)應(yīng)對過負(fù)荷的技術(shù)。在電壓余弦分量的支持下達(dá)到對過負(fù)荷、相間故障準(zhǔn)確識別的效果，結(jié)合相-序補(bǔ)償電壓相位關(guān)系對過負(fù)荷、相間故障進(jìn)行準(zhǔn)確的識別，通過這樣的方式能更為精準(zhǔn)的區(qū)別過負(fù)荷與線路故障問題，有效解決距離保護(hù)誤動問題；基于線路固有參數(shù)交流的線路低容抗保護(hù)。低容抗保護(hù)的動作性能穩(wěn)定性更強(qiáng)，可精準(zhǔn)識別1000歐姆的過渡電阻，能準(zhǔn)確完成故障相的識別。金屬性故障動作時間穩(wěn)定在1.67毫秒，相比與現(xiàn)有輸電線路保護(hù)的不低于10毫秒有著更明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

綜上，在當(dāng)前的電力系統(tǒng)運(yùn)行及保護(hù)工作中，推動繼電保護(hù)自動化、智能化是必然趨勢，要積極在電力系統(tǒng)內(nèi)引入繼電保護(hù)自動化策略及技術(shù)。通過在發(fā)電機(jī)、變壓器、母線等的保護(hù)中應(yīng)用接地保護(hù)技術(shù)、差動保護(hù)、熔斷器保護(hù)等繼電自動化保護(hù)技術(shù)，提升了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。