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1、电力系统继电保护基本原理、任务和作用分析 摘 要 电力系统由许多设备组成，在电力系统运行过程中，由于各种因素的影响，如恶劣自然条件、雷击、外力破坏、产品质量、运行维护不到位及人为误操作等，均有可能出现各种形式的故障或异样运行状态。当发生异样状态时，继电爱护装置就须能通过发信号让值班人员能刚好进行处理，从而可起到预防故障进一步扩大的作用；而一旦发生故障，继电爱护装置通过快速跳闸等，又可以起到把故障影响限制在最小范围的作用。 关键词 电力系统；继电爱护；异样运行；短路故障 中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6738103-0063-03 电力系统中的输变电设备和电力线路，都需装设
2、能反应故障和不正常运行状态的装置，即继电爱护装置。电力系统的继电爱护装置，必需具备区分被爱护设备正常运行、发生故障或异样运行状态的实力，并能够依据上述三种不同状态下被爱护设备参数的不同来实现相应地功能。 1 继电爱护的基本工作原理 继电爱护工作的基本原理就是爱护装置通过正确的区分被爱护设备是处于正常运行状态还是处于异样的运行状态，从而进行相应的动作。如，电力线路发生短路故障时，明显特征之一就是电流剧增，爱护装置依据电流参数的显著改变来区分设备的工作状态，因而称为电流爱护。短路故障的另一特征是电压剧减，因此，相应的还有低电压爱护。再则，还可以同时反应故障时电压降低和电流增加的特征，由于故障时所测
3、得的阻抗是变小的，故而在输电线路中，由爱护安装处所测得的阻抗的大小反应了故障点与爱护安装处的距离远近，因此输电线路的阻抗爱护常称为距离爱护。同理，假如同时反应电压与电流之间相位角的改变，则可以推断故障点的方向是处于爱护安装处的正方向还是反方向，这就是实现方向爱护的原理。为了更准确地区分设备的正常运行与故障或异样状态，还可以利用正常运行时没有或很小的电气量，而故障时却很大的电气量，如电压、电流的某一对称重量或谐波重量来构成爱护。另外，还可以利用其他物理量，如气体、温度等非电量来构成爱护。总之，无论是反应哪种物理量而构成的爱护，当其测量值达到肯定数值时继电爱护就能够按设定的程序精确地切除故障或显示
4、电气设备的实时运行状况。 2 继电爱护装置是如何分类的 1）按继电爱护所爱护的对象分为：发电机的爱护、变压器的爱护、输配电线路的爱护以及母线爱护、电动机、电容器的爱护等； 2）按动作的结果不同分类：动作于断路器跳闸的短路故障爱护和动作于发信号的异样运行爱护两大类。其中，短路爱护的种类有以下几种： 按反应故障类型的不同，有相间短路爱护、接地短路爱护及匝间短路爱护等； 按其功能的不同，有主保護、后备爱护及协助爱护，且后备爱护又有远后备爱护与近后备爱护之分； 按爱护基本工作原理不同分类，有反应稳态量的常规爱护和反应暂态量的新原理爱护两大类。依据所反应的参数不同，常规继电爱护装置有反映过电流的爱护、反
5、映低电压的爱护、反映短路电流不同方向的方向电流爱护、能反映系统接地现象的零序电流爱护以及阻抗爱护、差动爱护、高频爱护和反映变压器内部气体改变的爱护等，另外体现新的爱护原理的还有工频改变量爱护和行波爱护等； 按爱护装置动作原理不同分类，主要有电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型及微机型爱护等，目前运用的基本上是微机型继电爱护装置； 按爱护装置通过反应参数增大或减小而动作归类，有过量爱护和欠量爱护。 3）依据爱护装置所起的作用不同，继电爱护可分为主爱护、后备爱护和协助性爱护。 主爱护 主爱护指的是能以最短的时限，灵敏的、选择性地切除被爱护设备和线路故障的爱护。它既能满意系统稳定运行及设备平安要求，
6、也能保证系统中其他非故障部分的接着运行，如阶段式电流爱护的I段和II段、距离爱护的I段和II段、高频爱护、差动爱护等。 后备爱护 继电爱护的后备爱护装置指的就是当主爱护或断路设备拒绝动作时，能够在设定的时限内切除故障的装置，如电流爱护的第段、距离爱护的第段等。后备爱护不仅可以对本爱护范围的线路或设备的主爱护起后备作用，而且对相邻线路也可以起后备作用。因此，后备爱护又可分为远后备和近后备两种方式。 协助性爱护 协助爱护，为补充主爱护和后备爱护的不足而增设的简洁爱护，通常电流速断就可以作为这类性质的爱护。 3 继电爱护的组成及作用 继电爱护的种类虽然许多，但就其基本动作原理而言，基本上由测量部分、
7、逻辑部分和执行部分三个部分组成，把爱护各组成部分之间的作用串接在一起，就是一套爱护装置的工作过程。 1）测量部分的作用是指通过测量被爱护的输变电设备、线路的实时运行参数； 2）逻辑部分是继电爱护装置重要的组成部分，它能依据测量部分测量得到的结果，然后与爱护装置内部已设定的各种参数进行系统的分析、比较，从而推断被爱护的设备、线路是否处于正常的运行状态，以确定爱护装置是否应动作； 3）执行部分的作用就是依据逻辑部分分析推断后的结果，使爱护装置执行精确的动作。 4 继电爱护装置的基本任务 4.1电力系统出现异样运行状态时 电力系统的正常运行状态遭到破坏但还未形成故障时，一般可接着运行一段时间而不必马
8、上进行跳闸，称为异样运行状态。常见的有过负荷、中性点非干脆接地系统的单相接地、发电机突然甩负荷引起的过电压、电力系统振荡等。电力系统处于异样运行状态时将影响电能质量，长时间的过负荷运行将引起设备过热，加速绝缘老化，影响电气设备的正常运用，轻者降低设备运用寿命，严峻时导致绝缘击穿引发短路，损坏设备。当电力系统处于异样运行状态时，要求继电爱护装置能自动、刚好、有选择性地发出信号，让值班人员知晓后刚好进行相应的处理。 4.2电力系统出现故障时 电力系统最常见及最危急的故障是各种类型的短路故障，短路故障分为三相短路、两相短路、两相接地短路、中性点干脆接地系统的单相接地短路以及电机、变压器绕组的匝间短路
9、等几种。其中三相短路、两相短路又称相间短路，两相接地短路、单相接地短路又称接地短路，并以三相短路最为危急，以单相接地短路最为常见。当设备或线路发生短路故障时，将由电源向故障点供应比正常运行时大得多的短路电流，对电力系统可能造成以下后果： 1）故障点的电弧将故障设备烧坏； 2）短路电流的热效应和电动力效应使故障回路的设备受到损伤，降低运用壽命； 3）系统电压损失增大使设备工作电压下降，离故障点越近，所受影响越大，用户的正常工作条件遭到破坏； 4）破坏电力系统运行的稳定性，严峻时引起系统振荡，甚至使整个电力系统瓦解，导致大面积停电。 当电气设备出现故障时，对继电爱护装置的要求是能自动快速的、灵敏的
10、、有选择性牢靠地通过断路器跳闸，将发生故障的设备从系统中刚好切除，防止故障设备接着遭到破坏，确保系统其余非故障的部分还能接着正常运行。因此，继电爱护对保证系统平安运行和确保电能质量、防止故障扩大和事故发生，起着极其重要的作用，是电力系统必不行少的组成部分。 5对继电爱护的基本要求 为了保证继电爱护能的确完成其在电力系统中所担当的任务及作用，对动作于跳闸的继电爱护装置，应具备以下四个基本要求。 5.1选择性 选拌性要求的内容是：在电力系统发生故障时，对爱护装置的动作必需有肯定的选择。首先由发生故障的设备、线路的爱护进行故障的切除，只有当其爱护或断路器拒动时，才允许由其他的爱护或装置切除故障。也就
11、是说，爱护装置的动作应只切除已发生故障的部分，或尽量使故障的影响限制在最小的范围。 5.2速动性 速动性要求是指爱护装置应尽可能地快速切除短路故障，应留意以下两个问题： l）切除故障的时间为继电爱护的动作时间和断路器的跳闸时间之和。因此，要缩短故障切除时间，不仅要求爱护动作速度要快，而且与之配套运用的断路器跳闸时间也应尽可能短； 2）爱护的速动性要求是相对的，不同电压等级的电网要求不同。如，同样的爱护动作时间0.5s，在110kV及以下电压等级电网中被以为是快速的，而在220kV及以上电压等级电网中则被认为是不够快速的。 继电爱护的速动性应依据被爱护设备和系统运行的要求确定，并非越快越好，否则
12、，势必带来爱护装置其他性能的降低，或者增加爱护的困难性，而且经济上也不合理。 3）灵敏性 灵敏性的要求是指爱护装置对于其所爱护的范围内发生的各种故障，应具有足够灵敏的反应实力。爱护装置的灵敏性要求与选择性要求的关系亲密，在电力系统故障时，故障设备的爱护必需先能够灵敏地反应故障，才可能有选择性地切除故障，因此能有选择切除故障的爱护，必需同时具备灵敏性。 4）牢靠性 爱护装置的误动或拒动是电力系统发生事故的根源之一，因此，爱护装置应在良好的工作状态下，在爱护装置不该动作时应牢靠地不动作，而在爱护装置该动作时应牢靠地动作。 以上继电爱护的四个基本要求，它们应同时满意，但是这种满意只是相对的，因为在这
13、四个基本要求之间，既有相互紧密联系的一面，也有相冲突的一面。例如：为保证选择性，有时就要求爱护动作带上延时；为保证灵敏性，有时就允许爱护非选择性动作，再由自动重合闸装置来订正，而为保证速动性和选择性，有时需采采纳较困难的爱护装置，因而降低了牢靠性。因此，在确定继电爱护方案时，必需从电力系统的实际状况动身，分清主次，以求得最优状况下的统一。 6 电力系统继电爱护技术的发展前景 当前，电子技术、计算机技术和通信技术已经在日新月异的向前发展，电力系统智能化电网也在高速发展中，传统的电磁型、晶体管等型式的爱护装置正在渐渐退出电力系统爱护装置的历史舞台。如今，新建的发、变、配电站已基本上采纳微机型继电爱
14、护装置，随着国内外电力系统新兴技术的蓬勃发展，继电爱护技术也不断地朝着微型计算机化，网络信息化，爱护、测量、限制和数据通信一体化，人工智能化的方向发展。 6.1继电爱护的微型计算机化 微机型继电爱护装置从上世纪90年头起先探讨，现在已经取得了比较成熟的应用阅历，微机爱护装置具有运行敏捷、便利，动作正确率高，牢靠性高，易于获得各种附加功能，以及能够简化定期校验等功能，它相当于一台功能强大、性能优良的微型计算机，具有很好的优越性，使电力系统的运行稳定性能得到了较大的提高。 6.2继电爱护网络化、信息化 当前，电子技术、计算机技术正不断地飞速发展，网络技术作为信息和数据通信工具已成为当今时代的主要潮
15、流，随作电力系统智能化电网的不断发展，对继电爱护的要求也越来越高，当前，继电爱护除了必需按时精确切除电力系统的已发生故障的元件和限制事故影响的范围，更重要的是还要确保整个系统最大限度地平安稳定地运行。如今，通过将系统中输变电设备的各种爱护装置用网络连接起来，形成一个继电爱护网络系统，使得继电爱护实现了具备有大容量故障信息和数据的长期存放空间，具有了快速的数据处理和强大的通信功能，以及能与其他爱护、测控、自动扮装置共享系统数据、信息和网络资源的实力，当发生故障时爱护装置能自动进行系统的数据整理比对，使相关爱护和自动扮装置能协调动作，从而提高了系统运行的稳定性和牢靠性。 6.3保、测、控以及数据通
16、信一体化 当前，微机爱护已经把以往运行中须要多台装置来完成的各种功能合在了一起，实现了爱护、测量、限制、数据通信一体化的功能，它相当于融合了一台高性能、多功能的微型计算机的相关功能，它作为电力系统计算机网络上的一个智能终端，可以从网络上获得电力系统运行和故障的各种信息，也可将自身所获得的爱护设备的相关信息传送给网络限制中心或任一终端，同时也实现了远方的监控等功能。 6.4继电爱护智能化 近年来，随着电力系统微机继电爱护技术的不断成熟，继电爱护探讨领域内的不少工作正逐步向人工智能技术方面发展。当前，代表着先进科研领域的人工神经网络、专家系统、人工智能等新技术正逐步应用于电力系统继电爱护中，为继电
17、爱护技术的将来发展注入了新的活力。可以预见，随着电力系统技术的不断发展，人工智能技术在继电爱护领域也必将会得到更加深化的应用，继电爱护智能化将是今后发展的必定趋势。 参考文献 1电力系统继电爱护.中国电力出版社，2022. 2电力系统综合自动化系统的前沿技术.华东科技，2022. 3黎彬，罗绍亮.继电爱护智能化测试系统在电力系统中的应用和展望J.电气开关，2022. 4伍红文，梁锦洪，刘荣洲，覃俏云.防止双侧电源单回链110kV变电站失压的技术改造J.广西电力，2022. 5孙洁，翟红侠.继电爱护系统运行的牢靠性分析J. 科技创新导报，2022. 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页