近年来我国经济持续发展, 对电力的需求持续增加, 电力供应十分紧张。然而供电不稳定, 特别是大面积停电事故所造成的经济损失和社会影响是十分严重的。而继电保护是保证电力系统安全运行、提高供电质量、减少事故损失的最直接、最有效的手段。为此, 探索如何正确应用继电保护技术, 来有效地遏制电气故障, 提高电力运行效率与质量就成为了我们面对的一个技术问题。
1 我国继电保护的发展现状
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求, 电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入新的活力。继电保护技术完成了4个发展的阶段。建国后, 我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业从无到有, 在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。20世纪50年代是机电式继电保护繁荣的时代, 为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。20世纪60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。到20世纪80年代末集成电路保护已形成完整系列, 逐渐取代晶体管保护。20世纪90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位, 这是集成电路保护时代;随着微机保护装置的研究, 在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果, 可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
2 继电保护装置简介
2.1 继电保护装置的定义和工作原理
继电保护装置就是当电力系统中的电力元件 (如发电机、线路等) 或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时, 能够向运行值班人员及时发出警告信号, 或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的自动化措施和设备。继电保护工作原理主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量 (电流、电压、功率、频率等) 的变化。
2.2 继电保护装置的任务
在供电系统中运行正常时, 它应能完整地、安全地监视各种设备的运行状况, 为值班人员提供可靠的运行依据;当供电系统中出现异常运行工作状况时, 它应能及时地、准确地发出信号或警报, 通知值班人员尽快做出处理;若供电系统中发生故障时, 它应能自动地、迅速地、有选择性地切除故障部分, 保证非故障部分继续运行。
2.3 继电保护装置的基本要求
2.3.1 选择性
是指当供电系统中发生故障时, 继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时, 才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。
2.3.2 灵敏性
是指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内, 不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样, 保护装置均不应产生拒绝动作;但在保护区外发生故障时, 又不应该产生错误动作。
2.3.3 速动性
是指保护装置应能尽快地切除短路故障。缩短切除故障的时间, 就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度, 加快系统电压的恢复, 从而为电气设备的自启动创造了有利条件, 同时还提高了发电机并列运行的稳定性。
2.3.4 可靠性
保护装置应能正确的动作, 并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求, 保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性, 则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误;同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效, 以提高保护的可靠性。
3 未来继电保护技术的展望
3.1 计算机化
随着计算机硬件的迅猛发展, 微机保护硬件也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断提高, 除了保护基本功能外, 还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间, 快速的数据处理功能, 强大的通信功能, 与其他保护、控制装置和调度联网以供享全系统数据、信息和网络资源的能力等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。继电保护装置的计算机化是不可逆转的发展趋势, 但对如何更好的满足电力系统要求, 如何进一步提高继电保护的可靠性, 如何取得更大的经济效益和社会效益, 尚需进行具体深入的研究。
3.2 网络化
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱, 它深刻影响着各工业领域, 也为各工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止, 除了差动保护和综联保护外, 所有继电器保护装置只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件, 缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。专家们指出置继电保护的作用除了切除故障元件和限制事故影响外, 还要保证全系统的安全稳定运行, 这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息得数据, 各保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础协调动作, 确保系统的安全稳定运行。实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来, 亦即使现微机保护的网络化。
3.3 多功能一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下, 保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机, 是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据, 也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此, 每个微机保护装置不但可完成继电保护功能, 而且在无故障正常运行情况下还可完成保护测量、控制、数据通信等功能, 即实现多功能一体化。
3.4 智能化
20世纪90年代, 人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用, 电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。神经网络是一种非线性映射的方法, 很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性向题, 应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题, 距离保护很难正确作出故障位置的判别, 从而造成误动或拒动。如果用神经网络方法, 则在发生任何故障时均可正确判别。其它的如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。可以预见, 人工智能技术在继电保护领域必会得到应用, 以解决用常规方法难以解决的问题。
3.5 虚拟化
继电保护产品虚拟化主要归结于虚拟现实技术。它是一种采用计算机全部或部分生成的多维感觉环境, 使参与者有身临其境的感觉, 能体验、接受和认识客观世界中的客观事物, 深化概念和建造新的构想和创意。虚拟仪器是特别适用于现代越来越复杂的测试系统, 软件是虚拟仪器的核心, 利用计算机、一组软件和极少的必需硬件, 使用者通过鼠标和键盘操纵面板上的虚拟按钮、开关、旋钮来实现传统仪器的各种功能操作, 并通过面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态读取或打印测量结果。所以, 随着虚拟技术的不断完善, 继电保护虚拟化产品也将是继电保护技术发展的一个趋势。
4 继电保护的措施
4.1 强化人员理念, 建立岗位责任制
做到每个设备均有值班人员负责, 做到人人有岗、每岗有人。值班人员对保护装置的操作, 一般只允许接通或断开压板, 切换开关及卸装熔丝等工作, 并严格遵守电业安全工作规定。同时要对维护人员进行继电保护专业知识的培训, 以提高运行其继电保护专业水平。
4.2 定期对继电保护装置检修及设备查评
检查二次设备各元件标志、名称是否齐全;检查转换开关、各种按钮、动作是否灵活无卡涉, 动作灵活;检查电压互感器、电流互感器二次引线端子是否完好;检查各盘柜上表计、继电器及接线端子螺钉有无松动;检查控制室光字牌、红绿指示灯泡是否完好;检查断路器的操作机构动作是否正常等等。
4.3 进行预想演习
电力系统在正常运行状态下事故情况极少, 如果平常缺乏事故预想演习, 在面临突发事故时, 电站人员往往会一筹莫展。因此, 应坚持事故预想演习制度, 以提高员工解决实际问题的能力。
5 结语
随着电力系统的高速发展和计算机技术、网络技术、通信技术和人工智能技术的进步, 继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外的电力系统继电保护产品也将在数字化、网络化、多功能一体化、智能化和虚拟化方向的基础上有更新的突破, 这对继电保护工作者提出了新的要求和挑战。
摘要：综述我国电力系统继电保护技术的现状, 介绍了继电保护装置的定义、原理、任务和基本要求, 对未来继电保护技术发展的前景进行了展望, 同时给出了继电保护的措施。
关键词：电力系统,继电保护,前景展望
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