電力系統繼電保護二次回路技術的有效應用

劉奔

摘要：電力系統繼電保護二次回路技術的有效應用是確保電網安全穩定運行，提高供電可靠性的重要手段。只有通過合理運用繼電保護二次回路技術才能保證電力系統能夠正常運作。因此，必須加強對該方面內容的研究力度，以保障電力系統安全穩定運行。目前，隨著社會經濟水平不斷發展，人們生活質量也得到極大的提升。然而當前我國許多電力企業對繼電保護二次回路技術重視程度不夠，導致其故障發生率較高。該文分析了繼電保護二次回路在實際工作中存在的問題和不足，并提出了相應的解決對策。

關鍵詞：電力系統?繼電保護?二次回路技術?基本原理

中圖分類號：TM77???文獻標識碼：A

The?Effective?Application?of?Secondary?Circuit?Technology?for?Relay?Protection?in?the?Power?System

LIU?Ben

（Overhaul?Branch?of?Hubei?Energy?Group?New?Energy?Development?Co.，?Ltd.，?Lichuan，?Hubei?Province，?445400?China）

Abstract：?The?effective?application?of?secondary?circuit?technology?for?relay?protection?in?the?power?system?is?an?important?means?to?ensure?the?safe?and?stable?operation?of?the?power?grid?and?improve?the?reliability?of?power?supply.?Only?through?the?rational?use?of?secondary?circuit?technology?for?relay?protection?can?ensure?the?normal?operation of?the?power?system，?so?it?is?necessary?to?strengthen?the?research?on?this?aspect?to?ensure?the?safe?and?stable?operation?of?the?power?system.?At?present，?with?the?continuous?development?of?the?social?and?economic?level，?people's?quality?of?life?has?been?greatly?improved.?However，?at?present，?many?electric?power?enterprises?in?China?pay?insufficient?attention?to?secondary?circuit?technology?for?relay?protection，?leading?to?its?high?fault?rate.?This?paper?analyzes?the?problems?and?shortcomings?of?the?secondary?circuit?of?relay?protection?in?practical?work，?and?puts?forward?corresponding?solutions.

Key?Words：?Power?system;?Relay?protection;?Secondary?circuit?technique;?Fundamental

電力系統繼電保護二次回路技術的有效應用有利于保障電力系統的正常運行，為用戶提供可靠、優質的電能。但是，由于電力系統繼電保護二次回路設備長期處于戶外環境之中，很容易受到外界因素的干擾而出現各種異?，F象。比如：溫度變化引起的電壓波動或者電流過大等都會導致繼電保護裝置誤動作，進而影響電力系統的穩定運行，甚至還會引發一系列安全事故，造成嚴重的經濟損失，危害到廣大人民群眾生命財產安全。

1電力系統繼電保護的基本原理

1.1繼電保護的數學基礎

電力系統繼電保護主要包括信號采集模塊、通信傳輸模塊、數據處理模塊及保護決策模塊四大功能模塊，其中信號采集模塊負責將電信號轉化為光信號或其他形式的信息。通信傳輸模塊負責實現各繼電器之間的數據傳輸。數據處理模塊負責把不同類型的信息轉換成相應格式的數據文件并保存在數據庫中。保護決策功能模塊負責從存儲數據庫中的相關參數中選出最適合該區域電網運行的最優方案。信號處理模塊負責對各種數據進行分析處理，從而得到準確可靠的結論。保護決策模型是由多個獨立模塊組合而成的復雜系統，其核心部分就是算法設計與程序編寫。數據處理模塊負責處理接收的數字信號。信號處理模塊負責計算出需要的電壓電流幅值及其相位值。保護決策數學模型則用于描述發生故障時保護裝置是否能及時切除故障元件的問題。保護決策執行模塊主要包括開關操作機構和繼電器控制電路。各模塊之間通過接口相互通信，完成整個電力系統的實時狀態監測、故障診斷以及事故預防等工作。保護決策模塊負責將采集到的信號轉換為對應的控制量或動作指令發送給信號處理模塊。保護決策模塊負責根據各個模塊的輸出結果做出正確的判斷和響應，從而做出最佳選擇，使繼電保護能夠滿足需求。

1.2電力系統的電流及零序分量

（1）電力系統中性點接地方式電力系統中通常采用經消弧線圈接地系統來消除基波頻率成分，由于這種方法具有諸多優點，因此被廣泛應用。其主要原理是通過檢測線路上的電壓、電流以及相位等參數計算出故障發生時的相角值，且該技術在配電網中得到了廣泛運用。隨著科學技術的發展，這項技術越來越成熟，逐漸成為一種新的有效的繼電保護裝置。目前，使用最多的是小電阻接地和大電容接地兩種方案，其中小電阻接地又分為串聯接地與并連接地兩大類，而串接接地一般用于單相短路或相間短路的情況下，而并連接地則應用于兩相短路及三相接地的情況。這兩種接地方式都有自己獨特的優越性能，其中以小電阻接地最為常用。然而它存在著缺點：當出現單相短路故障或者三相短路故障時會產生大量高次諧波而導致電能質量下降；另外當高阻抗負載接入系統后，也會增加變壓器的勵磁涌流，影響供電系統的穩定。

（2）電力系統正常運行條件下的過電壓水平電力系統。正常運行條件下受各種外界因素的影響，電網內不可避免地出現各種各樣的暫態現象，如過電壓、過電流和欠壓過流等。這些現象對電力系統安全經濟運行構成很大威脅，因而必須采取措施防止和減少它們的危害，以保證電力系統的安全、可靠運行。

（3）電力系統中不同位置處的絕緣配合問題電力系統中的高壓電氣設備處于不同的地理位置，并且安裝地點各不相同。如果設備間距離過長，就可能引起局部放電或電弧燃燒。一旦這些放電引燃周圍介質，輕則造成電氣火災，重則危及人身安全，甚至還會引發爆炸事故。因此，對于電力設備的布置，應該充分考慮到電氣設備所處的工作環境，使之盡量遠離易燃易爆場所和危險區域，以免發生爆炸。所以，為了確保設備安全可靠地運行，除了需要考慮供電網絡是否滿足安全性要求外，還要根據實際情況來選擇合適的接地系統。

2繼電保護技術

2.1繼電保護特性

繼電保護原理就是通過檢測線路上的電壓變化，判斷出保護動作行為及其方向的一門學科。它是電力系統自動化領域里最基本的專業之一，在整個電力系統中起著非常重要的作用。從本質上講，繼電保護是一種控制裝置，即在發生故障時將其發出的信號轉換成電信號傳遞給控制系統。傳統的繼電器式保護存在許多缺點和不足，已經不能適應現代化電網對繼電保護的新要求，而以電子計算機為基礎的數字式繼電保護則更顯示出其優越性。微機繼電保護就是用微處理器代替普通電子線路來實現繼電保護功能的系統。它既保留了繼電器保護的優點，又克服了它們的缺點，因此被認為是繼電保護技術發展的必然趨勢。目前，國內外主要采用微機型繼電保護，隨著現代科學技術的發展，特別是計算機技術、微電子技術及通信技術等的飛速發展，使微機保護裝置得到了廣泛應用，并已成為當今變電站綜合自動化的核心部分。微機保護具有可靠性強、功能全、實時性好等特點，但由于微機保護的使用場合與常規保護有所不同，加之微機保護本身所固有的一些缺陷，致使其性能無法達到預期效果。

2.2繼電保護的方法

當發生短路電流超過允許值時，會導致斷路器跳閘，從而產生較大的過電壓；同時由于各種原因，如變壓器中性點接地方式不正確、開關誤操作等都會導致系統突然停電，這樣既影響生產又給人們生活帶來不便。一旦出現這種情況，若不能及時處理將可能使整個供電系統癱瘓而釀成重大事故，因此在任何時候必須保證電網安全可靠運行。這時，如果能迅速切除故障或切斷故障元件，就可以有效防止事故擴大，甚至造成更大的損失，這就是人們所說的“保安全”原則。然而當發生短路時，其后果往往更加嚴重，有時還可能導致大面積斷電，從而威脅到社會經濟的發展，并對人類的健康造成危害[1]。另一方面，如果一旦系統失去了保護作用，那么就有可能造成大面積停電，進而危及社會穩定。此外，一旦系統失去了繼電保護裝置，也容易導致設備損壞，從而威脅到人身安全。所以，對于電力系統中發生的各類短路故障進行分析，制定相應的措施，及時可靠地恢復供電是十分迫切和必要的。故障類型及特征故障分為單相短路和兩相短路兩種情況。通常來說，故障可分永久性短路和暫時性短路兩大類：前者包括斷電纜引起的單相接地故障；后者指發電機轉子繞組斷線引起的三相短路故障。

2.3繼電保護在電力系統中的應用

為了確保電力系統的正常運轉，需要經常監視繼電保護裝置的動作情況。在這些保護裝置中最常用的有電壓互感器二次側熔絲熔斷試驗、電流互感器二次側開路試驗以及零序阻抗繼電器失壓試驗等。其中，電壓互感器二次側短路和電流互感器二次側短路是最為常見且較為重要的兩類故障，它們常被用來判斷繼電保護是否失效。另外，為了避免由于繼電保護的拒動或誤動所造成的重大經濟損失，還需定期檢查繼電保護裝置是否完好，以便及時發現問題，排除障礙。目前我國電力系統中廣泛使用的微機型繼電保護主要由兩個部分組成：一是作為主回路的主站，它負責采集各分路信號以實現各種控制功能。二是作為后備保護的后備變電所，它接收從主站傳來的信息，通過處理后發出告警信號給用戶。但是，在實際運行過程中，因為許多因素會影響微機型繼電保護的可靠性，因此，有必要研究一種能夠快速準確識別出微機型繼電保護異常狀態的方法，這就是利用人工神經網絡來診斷微機型繼電保護是否存在異?，F象。

3電力系統繼電保護

3.1繼電保護的分類

所謂繼電保護的分類，簡單地說就是指將繼電保護按其不同性能分成若干類，然后再對每一類繼電保護分別加以區別和檢查。繼電保護是保證電力系統安全穩定運行的重要組成部分之一，一旦發生故障將會造成重大經濟損失甚至人員傷亡。繼電保護主要包括自動裝置與手動保護裝置。隨著科學技術的不斷發展，自動化技術已經得到了廣泛運用，但也帶來了一系列問題。例如：由于自動化設備自身存在著一定的缺陷以及一些外界因素的影響，會出現各種各樣的故障問題，其中最為典型的就是繼電保護動作錯誤[2]。從理論上講，當電網結構發生變化時，繼電保護可能表現出同一種或幾種特殊性質，如重合閘失靈或者線路跳閘等，而這就意味著在這種情況下，如果不及時采取相應對策，很可能導致整個系統崩潰，甚至危及人身安全。此外，一旦發生此類事故的話，不僅造成巨大的經濟損失和人員傷亡，同時還會給社會帶來嚴重的不良影響?？梢?，做好繼電保護工作意義重大，但實際中仍然存在許多問題需要解決。目前，我國大多數地區都已經實現了無人值班變電站的建設，這為繼電保護工作提供了新的機遇與挑戰。由此可見，加強對繼電保護技術及其故障診斷方法的研究有著非常重要的現實意義。眾所周知，繼電保護是保證電力系統正常運行的必要手段之一，也是保障電力系統安全穩定運行的關鍵內容。然而由于繼電保護具有一定的復雜性和不確定性，使其故障類型比較多，從而增加了診斷難度。因此，對于繼電保護而言，必須要進行科學有效的故障診斷，才能使之更好地為人們服務。

3.2電力系統故障及檢測

在電力系統中，由于各種原因造成的短路事故是經常發生的。其中最主要的是由三相短路而造成的單相接地短路以及兩相短路（包括單相斷線）等。如果這些短路都不能及時被發現并加以切除的話，將會給電力系統帶來巨大的損失。例如：電能浪費、電氣設備損壞等。此外，由于短路電流過大還將導致電力設備發熱甚至燒毀。所以，對于需要快速進行保護的電力系統而言，準確地測量出故障距離十分重要[3]。它不僅關系著電網系統本身能否安全穩定地工作，而且也直接影響了用戶的利益。因此，如何提高繼電保護系統對短路電流的靈敏性具有非常重要的現實意義。在電力系統中，變壓器是最常用的一種電力元件，而其內部發生故障時往往表現出復雜的非線性特性。同時，由于各種原因造成變壓器低壓側開路的事故時有發生，這就要求我們有較高的檢測精度和可靠性。當電網系統遭受到一次或多次短路電流時，會使線路上各相繞組產生嚴重的不平衡電勢，從而引起電壓降和相角變化等現象，進而對繼電保護裝置的正常運行帶來不良影響。

短路電流值的確定短路電流值即為流過各相間導線所需的最小電流值，其數值越大說明該導線與其他導線之間絕緣強度越低。在電力系統中，任何一個電氣設備都是由若干相互聯系的元件組成的有機整體，它們之間存在著相互影響和制約關系。其中任一部件損壞，都有可能導致其他部分功能喪失，若某一環節遭到破壞，將會引發連鎖反應，造成更大損失。另外，某些電氣元件也能改變電路中某個物理量，例如：電壓降和過零點位置發生變化等。這些因素均可引起故障。一旦某一環節出現故障，將直接影響整個電路乃至整個供電系統的穩定，如發生單相斷線事故。因此，必須根據短路點兩側設備的不同情況來確定合理的短路電流值，以確保供電可靠和安全運行。

變壓器保護一般采用差動原理進行整定計算，而對于三相負荷不平衡性較大的供電系統，則宜采取基于相位補償原理的三相對稱分量法。該法在對中性點不接地系統中也具有良好的適應性，當電網為單相接地時，利用該理論可以準確地判斷出線路上某一節點是否發生了兩相或多極接地故障[4]。計算結果比較精確，便于實現自動化操作。但是這種方法受兩相接地間阻抗、零序電阻以及負載性質等因素的限制，實際應用受到一定程度的局限。也就是說，如果用傳統的方法計算，得到的結果并不能保證滿足工程需要。

3.3電力系統繼電保護裝置故障分析及處理

（1）繼電保護裝置的分類根據不同類型的繼電保護裝置，可以分為常規型繼電保護裝置、智能型繼電保護裝置兩大類。常規型繼電保護裝置又可分成兩類：一是基于遠距離繼電器原理而設計的繼電保護裝置，它主要適用于遠距離輸電和長距離配電系統，如高壓直流輸電系統和超高壓變電站的主變與間隔層之間的電流互感器差動保護；二是利用微機技術來實現的新型繼電保護裝置，這種新型繼電保護裝置具有體積小、可靠性強、動作速度快、抗干擾能力強、維護方便等優點，目前已經得到廣泛應用。智能型繼電保護裝置就是在這兩種繼電保護裝置基礎上發展起來的。

（2）電力系統調度自動化系統的組成電網調度自動化系統一般由數據采集系統、通信傳輸系統和監控管理系統這3個子系統構成。其中數據采集系統負責實時采集電網信息并通過通信網絡傳送到控制中心或遠方終端，同時完成現場設備參數、狀態量的測量、顯示以及報警功能；通信傳輸系統主要用于向控制中心發出控制命令以驅動執行機構執行相應動作；監控管理系統用于對各用電部門的各種信息進行管理、統計、查詢、打印及報表輸出等功能。

4電力系統繼電保護二次回路技術的有效應用分析

4.1電力系統繼電保護的特點

繼電保護作為一種防止事故擴大或避免停電損失的重要手段，其作用越來越受到人們的重視。然而，隨著我國經濟建設的高速發展和人民生活水平的不斷提高，人們對供電質量要求也越來越嚴格，特別是當出現自然災害時，如何快速、可靠地為廣大用戶提供不間斷的電源將成為擺在我們面前急需解決的問題。眾所周知，一旦發生電力系統故障，將會給國家和人民帶來巨大的經濟損失，甚至危及人們的生命安全，而繼電保護裝置又是確保電網穩定、正常運行的關鍵設備之一，如果不能正確動作，后果不堪設想，尤其在當前市場經濟下，市場競爭日益激烈，企業為了生存和發展都要以最小的投入獲取最大的效益[5]。因此，企業之間的競爭歸根結底就是產品質量和服務的競爭，只有優質的產品才能贏得市場。電力系統作為關系國計民生的重要基礎產業，其生產過程中存在著大量危險因素，這些不確定因素直接威脅人們的生命和財產安全。因此，對于電力系統而言，“安全第一，預防為主”已成為電力工業永恒的主題，這就要求我們必須做好各項工作，保證整個供電系統安全可靠運行，最大限度地減少因故障所造成的經濟損失，為國民經濟和社會發展創造良好的條件。

4.2電力系統繼電保護二次回路技術措施

變電站二次保護與主變壓器差動配合方式的選擇：由于高壓輸電線路通常采用三相四線制接線方式，并且多位于城市中心地帶，所以110?kV以下一般采用單相接地短路電流互感器來實現零序阻抗差動原理，即根據中性點經消弧線圈接地系統零序電阻后產生的基波正弦波分量來計算出補償電容值，然后再通過投切電容器使之補償于被測電路上[6]。由于此類型保護裝置具有較高的可靠性和靈敏性，因此在電網故障時可以迅速動作切除事故元件或恢復供電；另外，還可用于測量相間距離、確定電壓限量以及判斷斷路器開斷情況等。而在實際工程中，往往只需將其作為一次設備進行投、切操作，而不需要對該裝置實施任何改造，這樣就導致了大量資金的浪費。這種方法雖然簡單方便，但卻會增加投資成本。

5結語

電力系統繼電保護二次回路技術的有效應用可以提高保護動作速度，縮短停電時間，減少誤報及漏報率，從而更好地為電力系統安全經濟運行提供保障。目前我國電力系統已經普遍使用微機型繼電保護裝置。它具有動作可靠、靈敏度高等優點，為電網安全運行做出重要貢獻。因此，繼電保護裝置已成為保證供電可靠性和電能質量不可缺少的組成部分。

參考文獻

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[4] 楊麗萍.電力系統繼電保護二次回路檢修問題及對策探析[J].大科技，2022（3）：27-28.

[5] 龔陳龍.淺議智能變電站繼電保護二次回路在線監測與故障診斷技術[J].電子測試，2020（2）：102-103，90.

[6] 周迎偉，高明亮，楊慢慢，王學山.電力系統繼電保護二次回路故障狀態實時監測方法[J].自動化與儀器儀表，2021（7）：171-174.