青海格爾木魯能新能源有限公司 翟 濤

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，人們生活質(zhì)量也在持續(xù)提高，為我國(guó)電力系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展提供了良好的機(jī)遇和更大的挑戰(zhàn)。從實(shí)際運(yùn)行角度分析，電力系統(tǒng)在運(yùn)行期間會(huì)受到多種因素的干擾或影響，導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)波動(dòng)或變化，如果未能及時(shí)有效處理修復(fù)，很容易導(dǎo)致系統(tǒng)故障，進(jìn)一步影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。繼電保護(hù)技術(shù)能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全運(yùn)行提供有效保障，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)控制，大幅度提高電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。因此，有必要對(duì)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的科學(xué)應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

2 繼電保護(hù)概述

繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)是指在電力系統(tǒng)中某一個(gè)零部件或者局部系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題或發(fā)生故障時(shí)，能夠在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，對(duì)斷路器系統(tǒng)發(fā)送短路跳閘信號(hào)，及時(shí)停止電力系統(tǒng)局部運(yùn)行，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的保護(hù)目標(biāo)。繼電器主要由執(zhí)行電路、測(cè)量電路和邏輯電路三部分構(gòu)成，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行期間的電流和電壓等電氣量的變化情況進(jìn)行監(jiān)督檢測(cè)。同時(shí)，能夠?qū)Σ糠治锢砹康淖兓癄顟B(tài)進(jìn)行檢測(cè)，包括變壓器油罐在故障狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的氣體泄漏現(xiàn)象，油壓強(qiáng)度逐步提升，油液流速加快[1]。利用繼電保護(hù)技術(shù)能夠大幅度降低局部的電力系統(tǒng)故障對(duì)電力系統(tǒng)整體運(yùn)行安全造成的影響，將損失降到最低。此外，繼電保護(hù)還能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的非正常運(yùn)行狀態(tài)或者異常情況進(jìn)行警報(bào)，并針對(duì)不同狀態(tài)發(fā)出不同的警報(bào)信號(hào)，以此為管理和操作人員提供更具針對(duì)性的信息。

3 繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用作用

3.1 推動(dòng)電力系統(tǒng)進(jìn)步發(fā)展

將繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中需要從系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的角度出發(fā)，對(duì)輸電效率進(jìn)行合理優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行期間電流負(fù)擔(dān)的控制效果，提高電力系統(tǒng)輸電效率，并減少輸電波動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生的頻率，逐步構(gòu)建出穩(wěn)定安全的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，從電力輸配角度出發(fā)，利用繼電保護(hù)技術(shù)有利于電力系統(tǒng)自動(dòng)化建設(shè)，能夠提高電力系統(tǒng)故障的判斷效率與精準(zhǔn)度，保證電力系統(tǒng)故障維修檢測(cè)的時(shí)效性，為電力系統(tǒng)操作與管理人員提供便捷，保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全與穩(wěn)定效果。

3.2 加快電力系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)

繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，將其科學(xué)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中能夠進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的信息化水平，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制提供有力支持。各種現(xiàn)代化技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展為繼電保護(hù)技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化提供了良好的基礎(chǔ)，并不斷得到優(yōu)化完善。在此情況下，能夠?qū)⒗^電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值充分發(fā)揮出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)全面監(jiān)督管控，加強(qiáng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平，最終打造出我國(guó)特有的安全可靠的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)。

4 繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用原理

繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化檢測(cè)，并結(jié)合檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整變動(dòng)，大幅度降低了電力系統(tǒng)運(yùn)行故障和風(fēng)險(xiǎn)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

繼電保護(hù)技術(shù)中的主要組成結(jié)構(gòu)為測(cè)量裝置、執(zhí)行保護(hù)裝置以及邏輯判斷系統(tǒng)三個(gè)部分。其運(yùn)行原理是通過(guò)邏輯判斷系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與對(duì)比分析，從而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面掌握。在電流參數(shù)增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓與電流相位也會(huì)出現(xiàn)明顯變化，此時(shí)邏輯判斷系統(tǒng)就會(huì)對(duì)具體變化情況進(jìn)行分析，以此決定是否開(kāi)啟保護(hù)判斷功能。在判斷時(shí)會(huì)首先對(duì)測(cè)試裝置特有參數(shù)進(jìn)行分析，并將最終分析數(shù)據(jù)傳遞到執(zhí)行系統(tǒng)中，執(zhí)行保護(hù)裝置會(huì)依據(jù)信號(hào)執(zhí)行啟動(dòng)保護(hù)，完成自動(dòng)化控制。繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行原理如圖2所示。

圖2 繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行原理

4.1 可靠性分析

繼電保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的可靠性指標(biāo)具有重要作用，代表繼電保護(hù)系統(tǒng)在一定條件下能夠完成的功能效果，用字母R 代表?？煽慷戎饕侵冈O(shè)備運(yùn)行到完全失效的時(shí)間段，用R(t)代表，具體計(jì)算式為：

其中，t 代表一定條件下的使用時(shí)間；P 代表電子元器件在規(guī)定條件和時(shí)間下完成具體功能的概率；T 代表電子元器件能夠使用的壽命期限。

在研究時(shí)可假設(shè)N 個(gè)電子元器件繼電保護(hù)產(chǎn)品在初始時(shí)間t 時(shí)的失效數(shù)量為N(t)，當(dāng)N 的數(shù)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，繼電保護(hù)裝置的可靠度為：

繼電保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致可靠度參數(shù)逐漸下降，但是會(huì)一直處于0～1。

4.2 累計(jì)失效概率分析

累計(jì)失效概率是指電子元器件從運(yùn)行工作到失效的時(shí)間概率，用F(t)代表，具體表達(dá)式：

在研究時(shí)可假設(shè)N 個(gè)電子元器件繼電保護(hù)產(chǎn)品在初始時(shí)間t 時(shí)的失效數(shù)量為N(t)，當(dāng)N 的數(shù)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，繼電保護(hù)裝置的累計(jì)失效概率為：

5 繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

5.1 線路接地保護(hù)應(yīng)用

將繼電保護(hù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中能夠?yàn)楸ＷC線路接地系統(tǒng)的安全性提供良好的技術(shù)支持。地形條件對(duì)電力系統(tǒng)線路安全具有一定的影響作用，并且會(huì)加劇天氣條件與人為因素的干擾影響，因此需要對(duì)線路接地方式重點(diǎn)關(guān)注。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)線路運(yùn)行環(huán)境與天氣變化等因素展開(kāi)深入研究，現(xiàn)階段比較常見(jiàn)的線路接地方式包括小電流型與大電流型兩種，不同方式間存在一定的差異效果。在小電流型接地線中，線路內(nèi)部流通電流相對(duì)比較小，線路負(fù)載能力要求并不高，基于繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠?yàn)殡娏髁魍ㄌ峁┯欣h(huán)境，并將警報(bào)發(fā)送到電力系統(tǒng)的控制室，以此提醒管理人員開(kāi)展維修作業(yè)，及時(shí)消除電力系統(tǒng)運(yùn)行故障[2]。

在大電流型接地線路中，由于大電流影響會(huì)導(dǎo)致接地線承載的電流大幅度增加，對(duì)接地線具有比較明顯的破壞性，繼電保護(hù)系統(tǒng)為有效阻斷電流，會(huì)通過(guò)加強(qiáng)切斷電源的方法，將接地線壓力控制在一定范圍內(nèi)，保證接地線的運(yùn)行安全與使用周期。

5.2 變壓器應(yīng)用

電力系統(tǒng)在室外環(huán)境運(yùn)行時(shí)，會(huì)受到多種外界因素的影響，變壓器系統(tǒng)發(fā)生短路故障的概率大幅度提升，并不利于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。將繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，能夠充分體現(xiàn)出繼電保護(hù)的防范作用，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障問(wèn)題時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠?qū)棺璞Ｗo(hù)與過(guò)電流產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器系統(tǒng)的有效保護(hù)作用，并迅速切斷電源系統(tǒng)，避免故障問(wèn)題擴(kuò)散對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行造成影響。其中，抗阻元器件在抗阻保護(hù)中起到了十分關(guān)鍵的作用，能夠在故障發(fā)生后及時(shí)跳閘。

利用繼電保護(hù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變壓器的瓦斯保護(hù)。在油箱出現(xiàn)故障問(wèn)題后會(huì)導(dǎo)致大量油氣泄漏，變壓器系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)電火花，與油氣接觸會(huì)產(chǎn)生爆炸等問(wèn)題，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)運(yùn)行安全。基于瓦斯保護(hù)裝置能夠?qū)τ拖溥M(jìn)行全面檢測(cè)控制，對(duì)氣體排放具有高度敏感性，起到有效監(jiān)督的作用，避免出現(xiàn)電器火災(zāi)事故。

5.3 母線保護(hù)應(yīng)用

將繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用到母線保護(hù)中同樣具有顯著的作用效果。利用繼電保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)相位保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)，對(duì)電力系統(tǒng)中的母線起到安全保護(hù)作用，大幅度降低母線發(fā)生工作狀態(tài)異常的概率。在差動(dòng)保護(hù)中，提高電流互感器系統(tǒng)的運(yùn)行效果，能夠?yàn)槟妇€電流變化時(shí)的互感提供良好的環(huán)境與技術(shù)支持，將互感器裝置安裝到差動(dòng)區(qū)域，以此實(shí)現(xiàn)母線運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)效果。繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)母線的保護(hù)作用在大電流型接地系統(tǒng)中具有更加顯著的應(yīng)用效果，對(duì)母線電流變化具有較高水平的反應(yīng)處理速度。

5.4 發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)應(yīng)用

繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有良好的保護(hù)作用，結(jié)合實(shí)際情況分析，保護(hù)類型主要分成重點(diǎn)保護(hù)與備用保護(hù)兩種類型?；谥攸c(diǎn)保護(hù)能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)裝置的主要部件提供安全保護(hù)，避免電力系統(tǒng)運(yùn)行故障時(shí)對(duì)重要元器件的干擾影響，將損失降到最低。在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致電流對(duì)內(nèi)部定子繞組匝起到一定的干擾作用，電流越大，對(duì)應(yīng)的定子繞組匝溫度越高，線路系統(tǒng)絕緣層材料受到影響，最終限制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

定子繞組匝是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中十分重要的元器件，基于繼電保護(hù)技術(shù)能夠?qū)ζ錅囟茸兓闆r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，針對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)提供不同管理對(duì)策，從而降低損壞影響效果。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置單相接地故障，會(huì)出現(xiàn)實(shí)際電流和額定電流差值明顯的問(wèn)題，此時(shí)利用繼電保護(hù)技術(shù)能夠及時(shí)切斷發(fā)電機(jī)的電源系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)作用。備用保護(hù)主要是指利用過(guò)電壓方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)督管理，控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的負(fù)載始終處于預(yù)期目標(biāo)允許范圍內(nèi)；基于過(guò)電流方法避免出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)短路問(wèn)題，以此實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全保護(hù)作用。

5.5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

繼電保護(hù)技術(shù)能夠提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全與穩(wěn)定性，從電力行業(yè)整體角度分析，能夠幫助電力企業(yè)節(jié)省資源成本，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的碳排放，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳排放戰(zhàn)略目標(biāo)具有顯著的積極作用。目前，我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)廠家眾多，其中以許繼電氣、國(guó)電南瑞、金智科技、南京電研等企業(yè)表現(xiàn)尤為突出，在繼電保護(hù)技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。如許繼電氣作為我國(guó)電力裝備行業(yè)配套能力最強(qiáng)的企業(yè)，是科技部認(rèn)定的重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。繼電保護(hù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展以自動(dòng)化和智能化為主要方向，基于信息化技術(shù)設(shè)計(jì)出更加高效、智能的控制系統(tǒng)，降低人為操作產(chǎn)生的失誤概率。

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)打造電力系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行全面的自動(dòng)化監(jiān)督測(cè)量，對(duì)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)和信息進(jìn)行全面收集，提高系統(tǒng)管理和操作的便捷性，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的特高壓輸電技術(shù)，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略貢獻(xiàn)積極力量。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次研究能夠發(fā)現(xiàn)，繼電保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中具有重要的作用，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)智能化控制提供良好的技術(shù)支持，在線路接地保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)等環(huán)節(jié)中起到顯著效果，利用多樣化控制手段為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力支持。