关于继电保护技术的应用探讨

时间：2024-05-17

张雪峥

（上海永大电设备有限公司贵州分公司，上海 200000）

1 继电保护分析及安全性

社会现代化的日新月异变化对不断发展的电力系统提出了越来越高的要求，其中最为重要的前提条件是“安全”。作为电力系统的重要组成部分，电力电气设备的安全性能不容忽视。

1.1 继电保护装置的安全标准

继电保护产品在现场运行中存在着包括电击、着火、机械、辐射、化学等多方面的危险形式，因而此类产品在安全性能方面必须达到以下几点条件：1）在预期的环境条件下能抵御外界的非机械的影响，而不危及人身与设备的安全；2）在满足预期的过载条件下，不应危及人身和设备的安全；3）在可预见的过载条件下，不应危及人身和设备的安全：4）应有对人体的直接触电或间接触电所引起的身体伤害及其他危害有足够的防护措施；5）不应产生危害人身安全的温度、电弧或辐射等危险；6）绝缘性能应满足各种预见的情况；7）对危害人身和设备安全的其他危险应有足够的防护措施。

1.2 电器设备的安全标准

IEC 60255-27：2005将电气设备进行了分类，按照不同的安全防护级别划分为三类设备，根据不同类别的设备，提出了不同的安全要求，其中包括：1）一般要求；2）电击防护要求及单一故障状态定义；3）机械方面安全要求；4）可燃性及防火要求；5）通用和基本安全设计要求。该标准为保证继电保护及自动化产品的安全运行提供了依据。

2 电力系统的技术应用

2.1 电压矢量跳跃技术的继电保护系统的应用三相平衡交流供电蹦的电压，其大小和相位是相对稳定的，只要系统阻抗或电流不发生改变，则系统电压矢量基本维持不变。当系统故障时，突变电流将导致电压相角跳变。如突变电流增大，则系统短路；突变电流为零，则系统开路失压。常用的差动保护原理是利用比较被保护设备两端电流的大小和相位作为启动判据，不反应区外故障或电网的扰动。当系统故障，由于三干重合闸，会引起发电机输出电压或频率的波动。严重时可能出现异步情况，损坏发电机或者发电机和设备之间的传动装置。监视电压相角可作为确定馈线受扰的依据。当系统故障时，突变电流将导致电压相角跳变。跳变相角△由负载变化的大小和性质决定。△的变化作为保护启动的判据，当它超过保护设置的限值时，将开断发电机或跳耦合断路器，这意味着矢量跳跃主要用于电网去耦。具有矢量跳跃功能的微机保护装置，尤其适应于以下几个类型的保护：水轮机、蓄能发电机、入网发电站、柴油发电机、汽轮机、工业电力站传统的蒸汽发电站、大中型同步电动机、大中型主变压器等。

2.2 基于网格平台的中压电网广域保护系统广域保护是这几年来国内外新兴的一个课题，它不同于传统的单个电气元件的逻辑保护，而是从电网的整体或区域电网的角度出发，以保证受扰动的系统能够安全、稳定地运行为最大目标。广域保护的提出是建立在计算机和通信技术发展的基础上的。与大型互联电网的安全和稳定性要求有着密切的关系。借助可靠的通信网络，以及智能仪器的推理和信息交换功能，广域保护系统可以获得电力系统多测点的信息，在快速准确地切除故障的同时，能根据故障切除前后电网潮流分布和拓扑结构变化的情况，合理选择预防性的控制措施，更新保护区域的划分和保护整定值，防止大规模的连锁跳闸和崩溃。

广域保护系统从电网的整体或区域电网的角度出发，用广域测量系统测得电力系统多测点的信息，在快速准确切除故障的同时，能根据故障切除前后的电网潮流分布和拓扑结构的变化情况，合理选择预防性的控制措施，更新保护区域的划分和保护整定值，防止大规模的连锁跳闸和崩溃，保证了受扰动的系统能够安全、稳定的运行。

3 电力系统继电保护的发展和作用

3.1 继电保护的定义、功能

电力系统的故障：三相短路、两相短路、单相短路接地、两相短路接地、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。电力系统不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。继电保护系统的作用在于，当其保护的系统中电路或元器件出现故障或不正常运行时，这个系统的额保护装置能及时根据设定的程序在系统相应的部位实现跳闸或短路等既定操作，使故障电路或元器件从系统中脱离或者发出信号通知管理人员处理，以达到最大限度地降低电路或元器件的损坏，保护整个电路系统的安全，使被保护系统稳定运行，提高系统的安全性，减少因部分电路或元器件损坏而导致的大面积故障的情况。

继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。继电保护系统的特殊功能决定其对电路系统的安全、稳定运行起着关键的保护作用，其相应的功能也要随着电力系统的发展而改变。目前，继电保护应用的最主要方面是高压输电，随着我国电力运输系统的规模不断壮大和输电系统等级的不断提高，输电系统的运行方式和系统机构愈加复杂，对继电保护提出了更高的要求。要保证受保护的电力系统安全、可靠的运行，电力系统的继电保护必须具备四个特性：可靠性、灵敏性、速动性和选择性。即保护系统必须反应速度快，回应动作快，灵敏性高，判断准确。

继电保护系统示意图

3.2 继电保护装置的发展，局限性及其现阶段的应用范围

继电保护原理的发展是从简单的电流保护逐步向复杂的距离保护和高频保护过度的。继电保护装置的发展则依赖于构成继电保护装置元器件技术的发展。其发展大致经历了四个阶段，即从电磁型、晶体管型、集成电路型到微机型保护的发展历程。传统的电磁和电磁感应原理的保护存在动作速度慢、灵敏度低、抗震性差以及可动部分有磨损等固有缺点。晶体管继电保护装置也有抗干扰能力差、判据不准确、装置本身的质量不是很稳定等明显的缺点。

继电保护系统在电力系统中起着开关或警报的作用，我们可以将该原理称为开关原理。现阶段，我们习惯性的将继电保护系统认定为高压、低压的电力输电系统的保护系统。然而，继电保护的这一开关原理已经广泛应用于大部分的电路、电器、电子等高压、低压、强电、弱电等技术领域。因为每个继电保护系统所要保护的对象不同，所以需要采用的保护装置也要相应的加以选择，以达到功能与成本的匹配。