李莉等

摘要：由于我國電力體制改革的深入和電力事業(yè)的迅速發(fā)展，對高壓電網(wǎng)繼電保護運行、事故分析和電網(wǎng)運行的管理水平和決策能力的要求越來越高了，本文一開始就敘述了我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術的工作原理，詳細探討了我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術的現(xiàn)狀及存在的問題，最后研究了我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術的發(fā)展對策。

關鍵詞：高壓電網(wǎng) 繼電保護技術 問題 發(fā)展對策

我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術經(jīng)過研究和發(fā)展，已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用。由于積累了豐富的運行經(jīng)驗并且產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益，因此在提高電力系統(tǒng)運行管理水平方面起到了積極的推動作用。進入21世紀以來，在高壓電網(wǎng)繼電保護中大量應用了神經(jīng)網(wǎng)絡和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，取得了良好的效果，從而促進了高壓電網(wǎng)繼電保護的研究方向向著計算機化、網(wǎng)絡化、智能化和通信一體化方向發(fā)展。

1 我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術的工作原理

高壓電網(wǎng)繼電保護是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的可靠保障。電網(wǎng)由于受自然的（如雷擊、風災）、人為的（如設備制造上的缺陷、誤操作等）因數(shù)影響，不可避免地會發(fā)生各種形式的短路故障和不正常工作狀態(tài)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。高壓線路和電力設備發(fā)生故障的前后會有某些突變的物理量，以這些物理量為變量，當這些變量達到某一個數(shù)值時就會啟動邏輯控制環(huán)節(jié)，促使相應的服務器給通信接入設備發(fā)出相應的跳閘脈沖和信號，這就是高壓電網(wǎng)繼電保護的原理。這樣就形成一個電網(wǎng)故障保護系統(tǒng)。當高壓電網(wǎng)發(fā)生短路后，根據(jù)電流、電壓、線路測量阻抗等的變化，啟動電網(wǎng)故障保護系統(tǒng)，電網(wǎng)故障保護系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

高壓電網(wǎng)內(nèi)部故障和外部故障時被保護電力設備兩側(cè)電流相位存在著一定差別。我們這里所規(guī)定的電流的方向為：從主線流向線路。當兩旁的電流大小相等，而相位差一平角時，就代表電流正常運行和線路外部故障；當兩側(cè)電流大小不等而相位相等時，則代表是電流線路內(nèi)部故障。因此，可以利用兩側(cè)的電流、相位或者功率方向的差別構成各種差動原理的保護（內(nèi)部故障時保護動作），如：縱聯(lián)差動保護、相差高頻保護和方向高頻保護等。

當電力設備正常運行或者發(fā)生對稱故障時，負序分量和零序分量都非常小，幾乎接近于零；當電力設備發(fā)展不對稱故障時負序和零序都較大。因此，構成零序保護和負序保護可以根據(jù)這些分量是否存在而決定，并且這種保護形式具有良好的選擇性和靈敏性。

2 我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術的現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術的現(xiàn)狀

目前，各種原理采用不同技術實現(xiàn)的繼電保護層出不窮，無法統(tǒng)計。小型水、火電廠和配電變電站仍在大量使用電磁型繼電保護，如：BCH-2型差動繼電器、采用電磁型繼電器組裝的備用電源自動投入裝置等。在配電線路上仍在普遍采用電磁型電流保護。在中型發(fā)電機和變壓器上仍在廣泛采用晶體管型比例制動原理的差動保護。主網(wǎng)和新建的由大機組和大型變壓器構成的發(fā)電廠和變電站的繼電保護已完全微機化。除此之外，少量的發(fā)電機、變壓器和輸電線路上還有采用集成電路保護的。另外，智能型繼電保護的雛形已經(jīng)形成且有試運行的裝置，還有計算機理論上可以實現(xiàn)的各種原理的繼電保護。所以，從原理層面來分類，我國高壓電網(wǎng)繼電保護種類繁多，這些都給從事繼電保護工作的工程技術人員掌握繼電保護現(xiàn)代技術增加了難度。

2.2 我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術存在的問題

2.2.1 高壓電網(wǎng)電流感應器容易故障

由于我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，很多高壓電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流會隨著變大，當高壓電網(wǎng)出口處發(fā)生短路時，這時候的電流一般會比較大，有時候可以達到電流感應器一次額定電流的幾十倍。當出現(xiàn)短路故障時，高壓電網(wǎng)短路電流倍數(shù)越大，電流感應器產(chǎn)生的誤差會越大，使靈敏度低的電流速斷保護就可能拒絕動作。在高壓電網(wǎng)線路短路時，由于電流感應器容易故障，測量到一次電流會非常小甚至等于零，這樣就會使得定時限過流保護裝置拒動。如果是在電力設備出線故障則要靠母聯(lián)斷路器或主電力設備的后備保護來消除，使得故障時間長了，也不斷擴大了故障范圍；而當在變電站的出線過流保護拒動造成變電站進線保護動作，則將使整個變電站全停。

2.2.2 高壓電網(wǎng)中的開關系統(tǒng)及開關穩(wěn)定性差

當發(fā)生故障時保護雖然可以打開，但是開關系統(tǒng)卻已經(jīng)失靈，這主要是因為高壓電網(wǎng)繼電保護與開關操作的相互關聯(lián)的，這樣就使得保護完全失去作用。這是因為有些開關運行的時間長了，繼電保護的可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性相對下降，主要的影響因素有：機械部分老化、連桿動作遲鈍、開關動作不穩(wěn)定、彈簧系統(tǒng)完全失效、調(diào)整參數(shù)不規(guī)范、銹蝕磨損以及開關系統(tǒng)工作時間長等。當高壓實驗結(jié)果存在差錯時，就會造成開關系統(tǒng)越級跳閘。

2.2.3 高壓電網(wǎng)繼電保護工作管理人員技術水平有待提高

導致誤跳閘或者越級跳閘的原因主要是某些繼電保護工作人員對微機保護等新型保護了解不夠而造成了維護不全面以及整定結(jié)果時出現(xiàn)偏差等。由于保護裝置調(diào)試的質(zhì)量直接關系到保護是否能夠正確動作，因此必須提高電網(wǎng)繼電保護工作管理人員的技術水平，并且在高壓電網(wǎng)模擬實驗時要仔細嚴謹不能馬虎。保護誤動與拒動的隱患包括跳閘壓板接觸不良、銹蝕造成接觸電阻偏大或者漏接等。

3 我國高壓電網(wǎng)繼電保護技術的發(fā)展對策

3.1 用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)建立高壓電網(wǎng)繼電保護通信一體化

20世紀90年代，美國建成的衛(wèi)星定位和授時系統(tǒng)就是GPS，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，這種系統(tǒng)擁有24顆空間導航衛(wèi)星組成的，分為地面測控站和GPS接收機兩大部分組成，具備全球性、全天候連續(xù)實時定位和授時功能，而且無條件向各個領域開放，從而成為全球共享的一個高科技資源。在尋航、軍事、民用各方面有廣泛的應用。從21世紀初以后，發(fā)達國家相繼開展了GPS在電力系統(tǒng)和高壓電網(wǎng)繼電保護技術中的應用研究，取得了一系列工作成果。GPS在高壓電網(wǎng)繼電保護技術上應用時，主要是從GPS接收機獲取精確時間和同步脈沖信號，進行電網(wǎng)統(tǒng)一時鐘和同步采集，實現(xiàn)全國電力系統(tǒng)時間的真正統(tǒng)一。GPS接收機能提供兩種時間信號，時間和同步誤差不大于2us，這樣就可以縮短高壓電網(wǎng)繼電保護中的通信時間，建立通信一體化。

3.2 利用神經(jīng)網(wǎng)絡提高高壓電網(wǎng)繼電保護的智能化

在神經(jīng)網(wǎng)絡出現(xiàn)之前就已經(jīng)使用了大量的數(shù)據(jù)，這些都分為正常運行和不正常運行兩方面，但是作為訓練的內(nèi)容，就要通過BP算法不斷的修改網(wǎng)絡的定值來確保一定的輸入有期望的輸出。而當神經(jīng)網(wǎng)絡出現(xiàn)后，就可以根據(jù)現(xiàn)場的特殊情況進行現(xiàn)場學習，不斷提高ANN內(nèi)存知識量。

在準確性方面，全比數(shù)據(jù)窗建立的神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)于利用半波數(shù)據(jù)窗建立的神經(jīng)網(wǎng)絡，因此采用全波數(shù)據(jù)窗建立的神經(jīng)網(wǎng)絡進行保護，神經(jīng)網(wǎng)絡是一種非線性映射的方法。

不管保護裝置的因果關系是復雜的、模糊的、動態(tài)的、非線性的還是非平穩(wěn)隨機的，使用神經(jīng)網(wǎng)絡理論建立的保護裝置都可以分辨這些復雜的模式。通過神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）與專家系統(tǒng)融為一體而變成神經(jīng)網(wǎng)絡專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡在繼電保護領域得到廣泛應用，可以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。

3.3 加大對高壓電網(wǎng)繼電保護的投入，更新保護裝置設備

要深刻了解和掌握高壓電網(wǎng)繼電保護與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關系、供電與企業(yè)效益的關系。為了增加保護裝置動作的可靠性，一定要加大對高壓電網(wǎng)繼電保護的投入，盡快淘汰落后的設備而更新保護裝置設備。保護裝置與輸出電壓存在一定的正相關系，如圖2。

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圖2 保護裝置與輸出電壓關系

因此為了確保保護裝置的正常運行，進行保護效驗是相當重要的，同時高壓電網(wǎng)繼電保護裝置的運行效果也取決于效驗的準確性。總之，在不影響正常安全生產(chǎn)的情況下，及時更新繼電保護效驗設備并建立完善的供電網(wǎng)絡系統(tǒng)，是確保各回路均有足夠保護整定時間，使保護裝置校驗做到應校必校，不漏項，不簡化。

4 結(jié)論

由于電力科技含量不斷提高，高壓電網(wǎng)繼電保護技術不斷地發(fā)展，要保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，高壓電網(wǎng)對繼電保護的要求不斷提高。除了裝置本身的基本功能外，還應具有大量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間、快速的數(shù)據(jù)處理功能、強大的通信能力，具有與其他繼電保護和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)共享信息和網(wǎng)絡資源的能力。因此，微機化、網(wǎng)絡化、智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。必須不斷提高高壓電網(wǎng)繼電保護管理水平，完善高壓電網(wǎng)繼電保護相關管理制度，加大工作管理人員的培訓力度，提高繼保工作人員掌握繼電保護現(xiàn)代技術的能力，變被動管理為主動管理，才能防患于未然。

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作者簡介：李莉（1970-），女，電氣高級工程師，研究方向為高壓電氣技術研究。