繼電保護的技術及趨勢分析

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一、電力系統(tǒng)繼電保護概述

1.電力系統(tǒng)繼電保護的基本原理

為了完成對電力系統(tǒng)相關裝置的安全保護任務，電力系統(tǒng)的繼電保護裝置通過借助正確區(qū)分的保護元件來檢測被保護的裝置是否處于正常的工作狀態(tài)。也就是說，繼電保護裝置一般是根據電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來對被保護的裝置進行保護的。其中，用于繼電保護狀態(tài)判別的故障量隨所處電力系統(tǒng)的周圍條件而異，也隨被保護對象的不同而不同。當前應用最為廣泛的故障量是工頻電氣量。工頻電氣量指的是通過電力元件的電流和所在母線的電壓以及由這些量演繹出來的其他量，如功率、相序量、阻抗等，從而構成電流保護、電壓保護、阻抗保護、頻率保護等。

2.電力系統(tǒng)繼電保護裝置的作用

電力系統(tǒng)的日常運行中較常見的故障主要有斷線、短路、接地、負荷過載以及振蕩等。上述故障如果處理不及時或處理不當往往會引發(fā)大范圍的電力系統(tǒng)事故，從而導致電力系統(tǒng)的全部或部分的正常運行狀態(tài)遭到破壞，導致電能質量破壞和設備損壞，損失非常巨大。一般對上述故障的有效處理措施就是采取相關有效措施迅速地將正常運行的系統(tǒng)與故障部分隔離，從而將故障造成的影響和損失盡量減少。為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，有效避免事故的擴大。通常，依靠人的判斷和處理是來不及的，在系統(tǒng)發(fā)生故障時務須由相關的繼電保護裝置完成電力系統(tǒng)故障的安全保護。

3.電力系統(tǒng)繼電保護裝置的任務

一般而言，電力系統(tǒng)繼電保護裝置的任務有：一是值班管理人員可以通過繼電保護裝置及時掌握處于不正常運行狀態(tài)的電氣元件的反應，以便能夠及時處理，從而有效避免相關電氣設備的損壞以及安全事故的發(fā)生；二是繼電保護裝置自身能夠迅速地將電力系統(tǒng)中的故障元件有選擇地進行切除，從而確保其他無故障原件的正常運行。

二、電力系統(tǒng)繼電保護新技術的應用

1.數字化技術的應用

隨著社會經濟的不斷發(fā)展和科學技術的革新，數字化技術在電力系統(tǒng)繼電保護領域的應用越來越廣，數字化變電站的建設已經成為電網建設的主流。數字化變電站是指變電站的信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數字化。數字化繼電保護裝置原理是利用電子互感器采集數據，數據在互感器內通過光纖利用光數字信號將數據傳到低壓端，在MU（合并單元）處理后得出符合標準的數字量輸出。其涵蓋了變電站的全部范圍，比如一次設備的互感器、斷路器、變壓器，二次設備中的保護、控制、通信，以及軟件開發(fā)、系統(tǒng)建模、數據應用等。數字化技術的應用：一是智能化繼電保護測試儀。隨著智能化變電站的投入和普及，數字化測試設備在電力用戶和制造廠中的需求呈上升趨勢。二是全數字化變電站的動態(tài)仿真系統(tǒng)。智能電網推廣的重要舉措就是建設具有數字化、信息化、自動化、互動化特點的數字化變電站，然而目前大多數變電站無法有效檢測繼電保護二次設備的性能，只有全數字化變電站才能實現設備檢查和監(jiān)測功能。

2.超高壓輸電技術的應用

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電網的電壓等級不斷提高，對高電壓技術和絕緣技術提出了新的更高的要求。由于計算機繼電保護及通訊技術的發(fā)展和應用，超高壓繼電保護系統(tǒng)的運行水平也逐漸提高，目前世界上很多國家都已經建成超高壓輸電線路。超高壓輸電是指使用超高電壓等級輸送電能。超高壓直流輸電具有九大優(yōu)勢：輸送容量大；送電距離遠；輸送功率可以控制和調節(jié)；不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制；可以充分利用線路走廊資源；可保持輸送功率或減少輸送功率的損失；可以根據系統(tǒng)的要求作出反應，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平；進行系統(tǒng)的交流電壓調節(jié)與控制；可以迅速進行功率交換。目前超高壓輸電技術越來越普及，美、俄、加、日等國已率先研究和采用了超高壓輸電技術。目前國外運行的超高壓系統(tǒng)最高電壓為765kV，俄、日正試驗1150～1500kV特高壓輸電；我國于1972年首先應用了330kV輸電，1981年首次建成500kV輸電線路，目前西北電網升壓至750kV的工程也正在進行。

3.直流輸電技術的應用

直流輸電是指將發(fā)電廠發(fā)出的交流電經過整流器變換成直流電以后輸送到受電端，再用逆變器將直流電變換成交流電，送到受端交流電網。目前直流輸電技術主要應用在六個方面：遠距離大功率輸電；聯系不同頻率或相同頻率而非同步運行的交流系統(tǒng)；作網絡互聯和區(qū)域系統(tǒng)之間的聯絡線；用做海底電纜跨越海峽送電；用做地下電纜向用電密度高的大城市供電；在交、直流輸電線的并列運行中調節(jié)控制電力系統(tǒng)的運行。目前我國的直流輸電工程有四個。一是舟山直流輸電工程，為我國直流輸電工程的發(fā)展提供了建設和運行經驗。二是葛洲壩—上海直流輸電工程，形成了我國第一個大電網聯合系統(tǒng)，把葛洲壩的電能源源不斷輸送到上海。三是天生橋—廣州直流輸電工程，送電量為1800MW。四是龍泉—政平直流輸電工程，送電量為3000MW，是三峽電池向華東地區(qū)輸電的重點工程。

三、電力系統(tǒng)繼電保護技術的發(fā)展趨勢

1.繼電保護智能化

隨著科學技術的發(fā)展，近年來由于信息技術和電子技術的發(fā)展，智能電網建設不斷推進，人工智能技術在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用。繼電保護領域的一些工作也變得智能化，主要表現在人工智能、信息處理、自動控制和非線性優(yōu)化幾個方面。智能電網、電子式互感器、數字化變電站技術、廣域測量技術、交直流靈活輸電及控制技術的應用極大改變著傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)。繼電保護向智能化方向發(fā)展也是不可逆轉的趨勢。

2.繼電保護數字化

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，數字化變電站的建設成為電網建設的主流。一方面，數字化變電站可以減少自動化設備數量和設備的檢修次數和時間，提高系統(tǒng)的可靠性和設備的使用率。另一方面，數字化變電站可以減少占地面積和投資成本，還可以實現資源信息的共享。數字化技術是需要不斷發(fā)展和完善的技術。它的研究和應用是一個持續(xù)、漸進的發(fā)展過程，相信在不久的將來它一定會成為繼電保護的主流技術。

3.繼電保護輸電技術的突破

隨著電力電子技術的發(fā)展、直流輸電技術日益成熟，多種新的發(fā)電方式所產生的電能都要以直流方式輸送，比如磁流體發(fā)電、電氣體發(fā)電、燃料電池和太陽能電池等，直流輸電在電力系統(tǒng)中必然得到更多的應用。另外，超高壓輸電可以增加輸送容量和傳輸距離，降低單位功率電力傳輸的工程造價，減少線路損耗，節(jié)省線路走廊占地面積，具有顯著的綜合經濟效益和社會效益。

四、結語

電力系統(tǒng)繼電保護技術作為當今國內外研究的一個前沿方向和熱點課題，隨著計算機網絡通信技術以及電子技術的不斷發(fā)展，繼電保護技術將會不斷得到進步和發(fā)展，其應用也將會更為廣泛，這勢必會更好地促進電力系統(tǒng)繼電保護技術的新發(fā)展和新變革。

本文作者：李亞民工作單位：貴州送變電工程公司