繼電保護在電力系統中的重要性

隨著電力系統的高速發展，電網規模日益壯大，電力系統網絡結構更顯復雜，提高電力系統的安全運行水平尤為重要。繼電保護是確保電力系統安全可靠運行的重要裝置，保護裝置動作的正確性將直接影響整個系統的安全穩定運行，稍有不慎就會導致事故的發生，只有 對繼電保護裝置進行定期檢驗和維護，按時檢巡其運行狀況，及時發現故障并做好處理，才能保證系統*設備正常運行，提高供電可靠性。 繼電保護裝置是關系到電網安全穩定運行的重要設備,是電力系統*的重要組成部分,是電網安全穩定運行的第三道防線。

一、什么是繼電保護

研究電力系統故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發展過程中曾主要用有觸點的繼 電器來保護電力系統及其元件(發電機、變壓器、輸電線路等) ，使之免遭損害，所以也稱繼電保護。基本任務是：當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域內，自動將故障設備從系統中切除，或發出信號由值班人員消除異常工 況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響。

二、基本原理

繼電保護裝置必須具有正確區分被保護元件是處于正常運行狀態還是發生了故障，是保護區內故障還是區外故障的功能。保護裝置要實現這一功能，需要根據電力系統發生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構成。

電力系統發生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：

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

(2) 電壓降低。當發生相間短路和接地短路故障時，系統各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。

(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓 間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為 20°，三相短路時，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°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相 位角則是 180°+(60°～85°)。

(4) 測量阻抗發生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電 壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗;金屬性短 路時，測量阻抗轉變為線路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

不對稱短路時，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現負序電流和負序電壓分量;單相接地時，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現的。

利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。

此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量的保護。

三、繼電保護重要性的體現

1、對繼電保護的基本要求、繼電保護裝置必須具備以下 5 項基 本性能: (1)、安全性.在不該動作時,不發生誤動作. (2)、可靠性.在該動作時,不發生拒動作. (3)、快速性.能以最短時限將故障或異常消除. (4)、選擇性.在可能的最小區間切除故障,保證最大限度地向 *部分繼續供電. (5)、靈敏性.反映故障的能力,通常以靈敏系數表示.選擇繼電 保護方案時,除設置需滿足以上 5 項基本性能外,還應注意其經濟性. 即不僅考慮保護裝置的投資和運行維護費,還必須考慮因裝置不完善 而發生拒動或誤動對國民經濟和社會生活造成的損失.

2、隨著電力系統容量日益增大,范圍越來越廣,僅設置系統各元 件的繼電保護裝置,遠不能防止發生全電力系統長期大面積停電的嚴 重事故.為此必須從電力系統全局出發,研究故障元件被相應繼電保 護裝置的動作切除后,系統將呈現何種工況,系統失去穩定時將出現 何種特征,如何盡快恢復其正常運行等.系統保護的任務就是當大電 力系統正常運行被破壞時,盡可能將其影響范圍限制到最小,負荷停 電時間減到最短.此外,機、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全 生產,特別是大機組和大電力系統的相互影響和協調正成為電能安全 生產的重大課題.因此,系統的繼電保護和安全自動裝置的配置方案 應考慮機、爐等設備的承變能力,機、爐設備的設計制造也應充分考慮電力系統安全經濟運行的實際需要.為了巨型發電機組的安全,不 僅應有完善的繼電保護,還應研究、推廣故障預測技術.

3、電力規程規定：任何電力設備(線路、母線、變壓器等)都不 允許在無繼電保護的狀態下運行。所有運行設備都必須有兩套交、直 流輸入和輸出回路相互獨立， 并分別控制不同斷路器的繼電保護裝置 進行保護。當任一套繼電保護裝置或任一組斷路器拒絕動作時，能有 另一套繼電保護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，雖然繼電保護不是電力系統的一次設備，但在保證一次 設備安全運行方面擔負著*的重要角色。

4、繼電保護及自動裝置是電力系統的重要組成部分。對保證電力 系統的安全經濟運行,防止事故發生和擴大起到關鍵性的決定作用。 由于電力系統的特殊性,電氣故障的發生是不可避免的。一旦發生局 部電網和設備事故,而得不到有效控制,就會造成對電網穩定的破壞 和大面積停電事故。現代化大電網對繼電保護的依賴性更強,對其動 作正確率的要求更高

5、提高繼電保護可靠性的措施應注意以下幾點:

(1)、 保護裝置在制造過程中要把好質量關,提高裝置整體質量水 平,選用故障率低、壽命長的元器件,不讓不合格的劣質元件混進其 中。同時在設備選型時要盡可能的選擇質量好,售后服務好的廠家。

(2)、 晶體管保護裝置設計中應考慮安裝在與高壓室隔離的房內, 免遭高壓大電流、斷路故障以及切合閘操作電弧的影響。同時要防止

環境對晶體管造成的污染,有條件的情況下要裝設空調。電磁型、機 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)、繼電保護專業技術人員在整定計算中要增強責任心。計算 時要從整個網絡通盤考慮,認真分析,使各級保護整定值準確,上下級 保護整定值匹配合理。

(4)、加強對保護裝置的運行維護與故障處理能力并進行定期檢 驗,制定出反事故措施,提高保護裝置的可靠性。

(5)、 從保證電力系統動態穩定性方面考慮,要求繼電保護系統具 備快速切除故障的能力。 為此重要的輸電線路或設備的主保護采用多 重化設施,需要有兩套主保護并列運行。

(6)、 為了使保護裝置在發生故障時有選擇性動作,避免無選擇性 動作,在保護裝置設計、整定計算方面應考慮周全、元器件配合合理、 才能提高保護裝置動作的可靠性。

6、 鑒于繼電保護的重要性,對其定期進行預防性試驗是*必要 的,決不能只是在出現不正確動作后再去分析和修復。繼電保護定期 檢修的根本目的應是 “確保整個繼電保護系統處在完好狀態,能夠 保證動作的安全性和可靠性”。因此,原則上定檢項目應與新安裝項 目有明顯區別,只進行少量針對性試驗即可。應將注意力集中在對保 護動作的安全性和可靠性有重大影響的項目上,避免為檢修而檢修, 以獲取保護定期檢驗投資效益的最大回報。

繼電保護發展至今,經歷了四個發展階段: 傳統的繼電器式繼電 保護; 半導體晶體管式繼電保護; 集成電路繼電保護; 微機保護。

通過繼電保護的發展過程可以看出，繼電保護隨著時代的變遷、 科技的進步一同在發展。 隨著電力系統的高速發展和計算機技術、通信技術的進步，繼電 保護技術面臨著進一步發展的趨勢。 國內外繼電保護技術發展的趨勢 是計算機化，網絡化，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智 能化，這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務，也開辟了活動的廣闊 天地。