发布时间:2023-09-21 17:32:23
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中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)21-0041-01
电力的继电保护是通过对相关数据的检测或继电保护设备的使用,从而实现保护电力系统的安全有效运行,这对于我国的电力事业的发展和为人们供应充足的电力资源来说具有重要的意义。就目前的电力继电保护工作来说仍然存在许多的问题,需要相关的技术人员不断的加强自身的专业技能,同时在实践中不断的将相关的设备进行改进,尽可能的提高活动的预见性,重视日常的养护和维修工作,时刻以较强的社会责任感来进行每一次故障的处理。
一、电力继电保护故障检修的特点
1、复杂性
继电保护工作的主要内容就是保护电力系统正常运行的,它的维修技术也是比较复杂的。在近年来的电力工作中,人们对于继电保护的工作也越来越重视,在信息化的影响下,各种继电保护设备也开始趋向于现代化。因此,需要我们的工作人员需要对于电力继电保护工作有一个全面的认识,重视每一个环节的操作。
2、故障检修的信息化程度不断增强
重视相关的数据分析和处理,充分的发挥现有的信息化的管理技术和设备,只有这样才能很好的发挥出这些设备应有的价值和作用,相信在未来的电力继电系统的故障检修中,这些设备的智能化程度会越来越高。
3、技术性和专业性鲜明
继电保护工作在近些年来的发展中是比较好的,它不仅具备记忆功能,同时还能实现故障分量保护,这对于提高继电保护故障的安全系数是十分重要的。在实际的工作中,它的设备具有体积小,功能比较明确的特点,要求我们的继电保护工作人员具备较强的专业技能和敏锐的数据分析能力,时刻以谨慎的工作态度去进行适当的继电保护故障的排除和维修工作,这样才能充分的发挥出自身的真正价值。
二、继电保护常见故障
1、互感器瞬间饱和
由于配电系统中的需要的供应电流一般都比较大,所以很容易出现线路短路或漏电故障等问题,这样是很容易形成电量很大的感应电流。这样的超大瞬时感应电流可能超出电流互感器所能承受范围的很多倍,在短路感应电流的作用下,使得电流互感器在瞬间完全处于饱和状态,从而迫使继电保护设备对于部分电流的灵敏度大大降低,继电保护就不能够对电力设备起到有效的保护,事故发现与处置所需的时间也就相应加长,假如情况更糟,整个配电系统都可能出现瘫痪。
2、数据误差
由于实测数据间存在的误差,在实际的继电保护中往往会造成继电保护设备与现实需求出现比较大的差距。最重要的是对于设备的灵敏度,由于实测数据存在误差,使得继电保护的所需灵敏度达不到要求,丧失了速动性。
3、继电保护覆盖
虽然目前我国的电力系统处于平稳发展阶段,但我国电力发展相对于西方国家起步较晚,所以在继电保护方面还不是很够完善。其中最明显的就是对于环网的电力供应做不到继电保护,所以依旧采用传统的负荷性断开关。在这种情况之下,当环网供电出现重大的电路故障时,往往直接导致大面积的停电发生。此外,用保险丝决定断开关,很大程度上是不能够满足大范围电力供应需求的。
4、设备校验漏洞
在实际的继电保护工作中,常常会出现由于操作人员的疏忽,导致校验设备漏检,漏洞从而降低对故障的校验能力,特别是对于严重电力故障问题的灵敏度达不到要求。此外,由于电力系统具有一定特殊性,保护设备的部分漏洞问题将直接造成了继电保护丧失有效性,如果其发生在大型配电系统中,这些小的漏洞必然导致致命的问题,最终可能造重要变电设备严重损坏。
5、技术人员专业素养问题
各行各业都存在技术人员专业素质问题,其中也就包含电力人员,尤其是一部分继电保护人员全面的专业素养比较缺乏,所以在继电保护的工作过程中,经常出现“经验论”。除此之外,由于继电保护工作具有复杂性和枯燥的特点,所以技术人员逐渐习惯了松散的工作态度和随意变工的现象。从此不难看出,在电力建设改革的浪潮中,人们依然缺乏专业化的高素质电力技术人员。
三、提高继电保护可靠性的有效措施
随着信息化的发展,各行各业都实现了网络化办公,电力行业也不例外。在电力继电保护的运行维护管理中,积极引入了计算机网络,实现了联网工作。通过网络收集各方面的信息和数据,通过现状模拟完成电力继电保护工作,一旦电力系统出现问题,也可以利用计算机检修,快速确定问题发生的位置,提高继电保护工作的效率。
1、系统组成
(1)变电站端
一般情况下,原有的保护和录波装置是独立运行的,为了不对其造成影响,要在变电站端设置专门的子站系统,并且所有数据采集和分析系统的硬件要单独组屏,以便对其进行控制。要确保管理屏能够与中心站端和现场设备连接起来,从而完成故障信息的分析处理工作。
(2)中心站端
通讯主机和数据管理服务器是中心站的基础设备,通讯主机与变电站管理屏是相连接的,一旦系统发生故障,通讯主机能够接收到所有与此相关的变电站所上传的信息,并且能够对其进行分析。经过分析、处理的数据将存入管理服务器,由相关工作人员总结之后再。通过对标准化数据和资源的终端共享,实现了故障数据的共享。同时,相关工作人员可以通过分析管理服务器上所有原始数据来了解电力继电保护系统的最新情况,从而为其决策提供依据。
2、系统功能
利用电力继电保护故障信息分析处理系统可以及时收集故障信息并准确处理。该系统的功能主要有以下三点:
(1)变电站管理机的自动性极强,不仅能自动完成变电站所连接的保护和录波装置的日常查询工作,而且还能自动完成动作报告和自检报告的搜集、处理工作。一旦变电站管理机经过分析后发现保护跳闸的报告,将会自动完成拨号,把该报告上传到中心站,并且能够在管理机上醒目地显示该信息。变电站管理机通过这一系列工作实现了对本站所连接的保护和录波装置的自动管理,提高了电力继电保护故障信息分析和处理的自动化水平。
(2)管理屏上都设置了GPS装置,通过此装置能够实现所有装置的时间同步。保持系统内所有装置的时间一致,能够消除因为时间不统一而造成的故障分析误差,从而提高电力继电保护故障信息分析和处理的准确性。
(3)一旦系统发生故障,电力继电保护部门可以利用网络及时获取准确的信息,并将作出的重大决策及时传播出去,不必赶到现场。这大大节省了故障处理的时间,提高了故障处理的效率;同时,还节省了大量的人力、物力和财力。这些节省下的力量可以用于进一步完善电力继电保护故障信息分析处理系统或其他相关工作。
中图分类号:TM4 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2013)021-085-02
电力变压器是电力系统变配电的重要设备,它的故障对配电的稳定、可靠和系统的正常运行都有明显且比较严重的影响,同时,电力变压器也是非常昂贵的设备,由此,提供对电力变压器的继电保护尤为重要。变压器通常需要的保护装置有瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、相间短路的后备保护、接地保护、过负荷保护、过励磁保护等等。下面就电力变压器常用的典型保护做分析。
对于输电线路高压侧为110 kV及以上的工厂总降压的主变压器来说,应装设过流保护、速断保护和瓦斯保护。过流保护作为电流速断保护的后备保护,在有可能超过电力负荷时,也需装设过负荷装置。但是如果单台运行的电力变压器容量在10000千伏安及以上和并列运行的电力变压器每台容量在6300千伏安及以上时,则要求装设纵联差动装置保护来取代电流速断保护。由于主电源出口处继电保护装置动作时限为 2 s,则变压器保护的过电流保护动作时限可整定为1.5 s。
1 装设瓦斯保护
当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时,瞬时动作于信号;当产生大量瓦斯时,应动作于高压侧断路器。
2 装设定时限过电流保护
2.3.2 过负荷保护动作时限
上述设计的电流及电压回路、保护操作回路的继电保护回路图设计情况如下:
1)电流回路:A相第一个绕组头端与尾端编号1A1,1A2,如果是第二个绕组则用2A1,2A2,其他同理。
2)电压回路:母线电压回路的星形接线采用单相二次额定电压57V的绕组,变电站高压侧母线电压接线,如图2。
①为了保证PT二次回路在莫端发生短路时也能迅速将故障切除,采用了快速动作自动开关ZK替代保险。
②采用了PT刀闸辅助接点G来切换电压。当PT停用时G打开,自动断开电压回路,防止PT停用时由二次侧向一次侧反馈电压造成人身和设备事故,N600不经过ZK和G切换,是为了N600有永久接地点,防止PT运行时因为ZK或者G接触不良,PT二次侧失去接地点。
③1JB是击穿保险,击穿保险实际上是一个放电间隙,正常时不放电,当加在其上的电压超过一定数值后,放电间隙被击穿而接地,起到保护接地的作用,这样万一中性点接地不良,高电压侵入二次回路也有保护接地点。
④传统回路中,为了防止在三相断线时断线闭锁装置因为无电源拒绝动作,必须在其中一相上并联一个电容器C,在三相断线时候电容器放电,供给断线装置一个不对称的电源。
⑤因母线PT是接在同一母线上所有元件公用的,为了减少电缆联系,设计了电压小母线1YMa,1YMb,1YMc,YMN(前面数值“1”代表I母PT。)PT的中性点接地JD选在主控制室小母线引入处。
⑥PT二次电压回路并不是直接由刀闸辅助接点G来切换,而是由G去启动一个中间继电器,通过这个中间继电器的常开接点来同时切换三相电压,该中间继电器起重动作用,装设在主控制室的辅助继电器屏上。
3)保护操作回路:
继电保护操作回路是二次回路的基本回路,110 kV操作回路构成该回路的主要部分,220 kV操作电压回路也是应用同样的原理设计形成的,传统电气保护的阀值、开关量进行逻辑计算后,提交给操作回路。对微机装置进行保护。因此微机装置保护仅仅是将传统的操作回路小型化,板块化。下面的操作回路见图3。
1)当开关闭合时,DL1立即断开,然后DL2闭合。HD、HWJ、TBJI绕组、TQ组成回路,点亮HD,HWJ开始操作,但是由于线圈的各个绕组有较大的电阻阻值,致使TQ上获得的电压不至于让其执行跳开动作,保护跳闸出口时,TJ、TYJ、TBJI线圈、TQ直接连通,TQ上线圈电流变大,获得较大电压后开始工作,由于TBJI接点动作自保持,所以TBJI绕组线圈一直等待所有断路器断开后,TBJI才返回(即DL2断开)。
2)二次保护合闸回路原理与二次保护跳闸回路相同。
3)在二次回路合闸绕组线圈上并联了TBJV回路,这个保护回路是为了防止在线圈失去电压跳闸过程中又有电压合闸命令,由于短时间内的繁复跳合闸而损坏机构。例如合闸后绕组充放电的延迟效应,及容易造成合闸接点HJ或者KK的5,8粘连,当开关在跳闸过程中,使得TBJI闭合,HJ、TBJV绕组、TBJI接通,TBJV动作时TBJV绕组线圈自保持,相当于将合闸线圈短路了(同时TBJV闭触点断开,合闸绕组线圈被屏蔽)。这个回路叫防跃回路,防止开关跳跃的意思,简称防跃。
4)D1、D2两个二极管的单相连通让KKJ合闸后的继电器开始工作,KKJ的工作通过手动合闸来完成,手动跳闸的目的是让KKJ复归,KKJ是电磁保持继电器,动作后并不是自动返回的,所以KKJ又称手动合闸继电器,广泛用于“备自投”、“重合闸”,“不对应”等的二次回路设计。
5)HYJ与TYJ是感压型的跳合闸压力继电器,它一般接入断路器机构的气压接点,根据SF6产生的气体所造成的气体压力而动作,所在以SF6为绝缘介质的灭弧开关量中,若气体发生泄露,那么当气体压力降到不能够灭弧的时侯,接点J1和J2连通,将操作回路断开,防止操作发生,造成火灾隐患。在设计和施工中,值得注意的是当气压低闭锁电气操作时候,不能够在现场直接用机械方法使开关断开,气压低闭锁是因为灭弧气压已不能灭弧,这个时候任何将开关断开的方法都容易造成危险,容易让灭弧室炸裂,造成设备损毁,正确的方法是先把负荷断路器的负荷去掉之后,再手动把开关跳开,保证电气的安全特性。
6)辅助的位置继电器HWJ,TWJ,主要用于显示二次回路当前开关的合跳闸位置和跳合闸线圈的工作状况。例如,在运行时,只有TQ完好,TWJ才动作。
所有保护及安控装置作用于该断路器的出口接点都必须通过该断路器的操作系统,不允许出口接点直接接入断路器。
目前的保护装置都已经采用微机式保护方式,但从电气操作的灵敏性、快速性、安全性考量,机电式保护在许多电厂及变电站被广泛的使用着。
参考文献
[1]熊为群,陶然.继电保护、自动装置及二次回路第二版[J].中国电力出版社.
[2]李瑞荣.电气二次回路识图与常见故障处理[J].中国电力出版社.
电力资源不可或缺,于生产生活意义重大。为了更为稳定、可靠地提供电力资源,就需要加强电力管理。继电保护安全管理就是其中之一,随着计算机网络技术的发展,继电保护进入数字化时代。在这样的背景下,如何做好继电保护安全管理不但是新时期电力建设的客观需求,也是给电力企业提出的新考验,只有提高继电保护安全管理水平,减少电力运行故障,才能给人民群众交上满意的答卷,为其提供安全、可靠、稳定的电力。
1 提高安全管理观念
要提高安全管理观念,要采取如下措施:其一,提高安全意识。为了从根本上员工了解继电保护安全管理的重要性,电力企业应该着力提高电力系统员工的安全意识,开展“电网安全主题周”、“细节决定成败”等主题活动,加深其对继电保护安全管理的甚至,提高其安全意识与责任意识,为其工作打下坚实的基础。其二,养成良好的工作作风。就目前的情况来看,电力设备多处于户外,外部环境、气候对设备的影响比较复杂、多样,时刻考验着电力设备和员工。为了确保设备的可靠运转、安全运行,电力企业应该培育员工的优良作风,坚持事无巨细、防患于未然的原则,做好自己的本职工作,认真负责,定期检验,确保设备的安全运行。其三,完善相关规章制度。实际的安全管理中较为常见的误调度、误操作等情况,主要是因为规章制度、标准不够完善。电力员工缺乏职业自觉性,对制度的了解及学习不到位,难以在现实的工作中贯彻实施。为了改善这种情况,电力企业应该着力完善相关规章制度,诸如危险点控制制度、工作票制度、操作指令制度等。
2 优化安全管理过程
在实际的继电保护安全管理过程中,电力企业应该对关键的环节进行重点管理和控制,具体来说,要做到如下几点:其一,做好选型设计工作。选型设计是继电保护安全管理的前提和基础,好的产品与继电保护的质量密切相关。为此,电力企业在继电保护产品选择上,不但要筛选厂家、设计完善度,还要对产品的技术性、性能等进行综合考虑,选择最优性能的设备,确保运行的稳定性、持续性。设计是影响继电保护效用的重要方面,科学的设计能够实现系统的高效、稳定运转,使继电保护、计量、控制、信号等有效地协调、配合。此外,电力企业还应该为变电站扩建、改造等留出空间,使设备具有可升级性、可盖造型。其二,加强设备安装调试。在变电站建设的过程中,实际上涉及到诸多与继电保护相关的环节,其中不但包括测量表、直流系统、远动,还包括后台监控、五防等,在综合自动化变电站建设中,继电保护涵盖测量表计、后台监控、直流系统、五防、远动等众多环节设备。为此,电力企业应该加强设备安全调适工作,使其相互配合。具体来说,一方面电力企业应该做好数据录入、数据库建立、联合调试、继电保护装置校验等工作,另一方面需要针对计算机装置防潮、抗干扰性能进行检验,以确定继电保护装置的安全性、可靠性。其三,做好验收维护工作。除了如上两个方面的内容外,设备的验收维护同样十分重要。在实际的验收维护过程中,除了对常规整组传动进行试验外,还需要对设备遥信、遥控、遥调与遥测操作等进行深层系的试验,准确的掌握这些设备的特征,根据这些特征,确定运行规程。验收、维护过程中涉及到的竣工图纸、校验报告书、技术资料等,应该在规定时间内上报,为具体的操作、维护、验收工作提供数据支撑。此外,在设备运行前,电力企业还要做好操作人员的培训工作,让操作人员熟悉变电站的工作内容、流程、紧急处理办法,并熟练掌握微机装置。设备运行的检验也是重要的内容,电力企业应该建立周期性检验制度,及时对测量、数据、网络线等进行检查,保证继电保护及相关设备的安全性、稳定性,使变电站处于高效运行状态。
3 健全安全管理机制
健全的安全管理机制是继电保护的重要保障,继电保护是常规性工作,为了确保继电保护的效果,应该健全相关机制,如此,才能提高继电保护安全管理的有效性。具体来说,电力企业应该从如下几个方面着手:其一,健全培训机制。继电保护相关技术对操作人员的专业要求、实践能力要求比较高,且随着技术、实践的发展,专业素质、能力要求在发生变化。为了让操作人员更好地适应继电保护及安全管理工作,电力企业应该加强对操作人员的培训,着力提高其专业素质和实践能力。具体来说,电力企业可以聘请专家、学者进行专题讲座、交流,以便对操作人员进行针对性、拓展性的培训和指导。其二,健全监督机制。安全管理是一个系统的过程,一个环节出现问题,将会影响继电保护整体的安全性。为此,电力企业应该建立健全监督机制。具体来说,电力企业一方面要严肃处理违章、责任事故等安全问题,另一方面要加强对“两票三制”执行的检查,切实发挥电力企业的检查、监督作用,营造认真履职、管理到位、遵章守纪的安全管理氛围。其三,健全考核机制。考核激励机制对安全管理同样重要,为了更好地实现安全管理目标,电力企业应该健全考核机制,加强对员工的激励、奖惩,确保各项安全管理措施落实到位,惩处违章、不负责任、怠惰等行为,提高员工的责任意识和安全意识,提高变电站运行效率。
4 结语
继电保护及安全管理涉及到诸多的环节,为了确保自动化变电站的运行安全,提高继电保护安全管理水平,电力企业不但要从观念上、过程管理上下功夫,还应该着力健全安全管理机制。本文从提高安全管理观念、优化安全管理过程、健全安全管理机制等三个方面,提出了电力自动化继电保护安全管理的对策,希望对当前的继电保护管理有所帮助。
参考文献:
[1]周超敏.电力自动化继电保护安全管理策略研究[J].科技与创新,2015(23).
1继电保护发展现状
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了新的活力,因此,继电保护技术得天独厚,在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。
建国后,我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有,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。50年代,我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术[1],建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍,对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术,建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这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。
自50年代末,晶体管继电保护已在开始研究。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。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护,运行于葛洲坝500kV线路上[2],结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。
在此期间,从70年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到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。到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。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用[3],天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。
我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究[4],高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用[5],揭开了我国继电保护发展史上新的一页,为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面,东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定,投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护,西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。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继电保护的未来发展
继电保护技术未来趋势是向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
2.1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。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段:从8位单CPU结构的微机保护问世,不到5年时间就发展到多CPU结构,后又发展到总线不出模块的大模块结构,性能大大提高,得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU,发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。
南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础的微机线路保护,已得到大面积推广,目前也在研究32位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。天津大学一开始即研制以16位多CPU为基础的微机线路保护,1988年即开始研究以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置,目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块,一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度,因为精度受A/D转换器分辨率的限制,超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的;更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度,很高的工作频率和计算速度,很大的寻址空间,丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的,具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能,并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在CPU内。
电力系统对微机保护的要求不断提高,除了保护的基本功能外,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,强大的通信能力,与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力,高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期,曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差,这个设想是不现实的。现在,同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机,因此,用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟,这将是微机保护的发展方向之一。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这种装置的优点有:(1)具有486PC机的全部功能,能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似,工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强,可运行于非常恶劣的工作环境,成本可接受。(3)采用STD总线或PC总线,硬件模块化,对于不同的保护可任意选用不同模块,配置灵活、容易扩展。
继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求,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,尚须进行具体深入的研究。\
2.2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,使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域,也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止,除了差动保护和纵联保护外,所有继电保护装置都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。国外早已提出过系统保护的概念,这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务),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的数据,各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作,确保系统的安全稳定运行。显然,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,亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。
对于一般的非系统保护,实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多,则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间,也取得了一定的成果,但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应,必须获得更多的系统运行和故障信息,只有实现保护的计算机网络化,才能做到这一点。
对于某些保护装置实现计算机联网,也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理[6],初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与被保护母线的回路数相同)母线保护单元,分散装设在各回路保护屏上,各保护单元用计算机网络联接起来,每个保护单元只输入本回路的电流量,将其转换成数字量后,通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元,各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量,进行母线差动保护的计算,如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器,将故障的母线隔离。在母线区外故障时,各保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理,比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时,只能错误地跳开本回路,不会造成使母线整个被切除的恶性事故,这对于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。
由上述可知,微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性,这是微机保护发展的必然趋势。
2.3保护、控制、测量、数据通信一体化
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测量、控制、数据通信功能,亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。
目前,为了测量、保护和控制的需要,室外变电站的所有设备,如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资,而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置,就地安装在室外变电站的被保护设备旁,将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后,通过计算机网络送到主控室,则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质,还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OTA)和光电压互感器(OTV)已在研究试验阶段,将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下,保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方,亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后,一方面用作保护的计算判断;另一方面作为测量量,通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置,由此一体化装置执行断路器的操作。1992年天津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题,并研制了以TMS320C25数字信号处理器(DSP)为基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。
2.4智能化
近年来,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,在继电保护领域应用的研究也已开始[7]。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问题,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,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究,已取得初步成果[8]。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结束语
建国以来,我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为:计算机化,网络化,保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化,这对继电保护工作者提出了艰巨的任务,也开辟了活动的广阔天地。
作者单位:天津市电力学会(天津300072)
参考文献
1王梅义.高压电网继电保护运行技术.北京:电力工业出版社,1981
2HeJiali,ZhangYuanhui,YangNianci.NewTypePowerLineCarrierRelayingSystemwithDirectionalComparisonforEHVTransmissionLines.IEEETransactionsPAS-103,1984(2)
3沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化,1983(1)
4葛耀中.数字计算机在继电保护中的应用.继电器,1978(3)
5杨奇逊.微型机继电保护基础.北京:水利电力出版社,1988
继电保护是我国现代电网建设与运行的关键环节,是电力系统密不可分的一部分,对于保障电力设备安全,防止大面积停电发挥着重要的作用。而继电保护一旦出现故障,很容易酿成严重的后果。随着我国电力技术的发展,继电保护朝着信息化智能化方向发展,能够迅速识别故障并及时制定方案加以解决,先进的技术和信息化的管理对于提高继电保护装置的性能有着积极的意义。
1.电力继电保护的概念及基本要求
1.1 电力继电保护的概念
继电保护主要是指当变压器、输电线缆和发电机组等出现故障或者短路的时候,自动启用断电的措施来对电力系统设备进行保护,以此来避免变压器、输电线缆、发电机组遭受损害,从而确保电力系统安全稳定的运行,达到实时控制电路的作用[1]。继电保护是电力系统安全稳定运行的保障,对于电力系统的良好运行起着重要的作用。当电力系统出现故障时,继电保护能够自动、迅速地把故障部分从电力系统中去除,并使用无故障部分继续保障电力系统的正常运行,以达到持续不间断供电和保护故障部分不受损害的目的。继电系统一般由输入、测量、逻辑判断、输出执行四个部分组成。现场信号输入后,由测量信号转化为逻辑信号,并按照一定关系的逻辑组合运算进行最终执行,最后输出完成任务。
1.2 电力继电保护的基本要求
总的来说,电力系统继电保护必须满足选择性、快速性、灵敏性、可靠性四个基本要求,才能保证保障电力系统的稳定运行。首先,可靠性是最根本的要求,就是指继电保护在保护范围内发生作用的可靠性,也就是在发生属于它应该动作的故障时,不应该由于本身的一些缺陷而不能工作,而在不应该它发生动作的范围内时,不能错误动作。其次,选择性主要是指当电力系统发生故障时,只对故障部分进行去除,对于无故障部分应该保障其能继续运行。再次,快速性是指电力系统发生故障时能够迅速及时地切除故障保证电力系统的正常运行,减短由于故障造成的设备中断时间,减轻故障部分受损程度,使电力系统能够持续供电。最后,灵敏性是指系统发生故障时能够在保护范围内,不论故障怎样变化,都能迅速反应出来。继电保护只有满足这些基本要求,才能发挥其作用,保障电力系统的正常运行。
2.电力继电保护常见问题分析
2.1 装置本身故障
装置本身故障是电力系统继电保护出现问题的原因之一,装置运行时间过久,质量容易出现问题,从而导致电力系统无法稳定运行。比如进线开关跳闸线圈出现故障就容易导致进线开关在运行过程中,空投合上正常,但一旦带上负荷就跳进线开关[2]。发电机磁系统出现问题而引起失磁,使得保护出现错误动作。还有晶体管的质量和性能较差也可能导致电力系统运行不协调。所以,继电保护装置的性能的高低决定了其能否发挥应有的作用,直接关系着电力系统故障出现的几率。
2.2 运行故障
运行故障也是继电保护常见的,也是危害性最大的故障。继电保护装置在长期的运行过程中,由于没能及时检修或者维护,损害较大,使得装置性能较低,容易出现设备失灵的状况。比如二次回路故障,主要是由于主变压器气体继电器安装时,接线盒内导线预留过长,造成接线盒存在缝隙,在特定风向下雨时有雨水渗入,使界限端短路被击穿而跳闸[3]。
2.3 隐形故障
隐形故障主要是指电力系统在正常运行情况下没有出现对系统产生影响的故障,而当电力系统其它设备出现问题时会引发电力系统故障,一旦这种故障发生,不但不能使继电保护发挥作用,还会导致整个电力系统出现问题甚至瘫痪。一般情况下,隐形故障是不容易被技术人员发现的。隐形故障产生的原因主要有两种:一是系统中整体电路出现问题,二是电容器或其它设备出现问题。这两个故障都会导致继电保护不能正常工作,使得整个电力系统出现异常。
3.电力继电保护措施
3.1 加强设备维护,定期检查、更新装置元件
继电保护装置由于各种原因容易出现问题,是电力系统常见的故障之一。所以,应该加强对设备的维护,需要安排技术人员定期检查,及时发现装置问题和故障,并进一步维修或者更新设备元件。通过及时地检修,清除系统障碍,加强对继电保护装置运行状态和性能的监测,及早地发现问题,做好提前预防的工作。
3.2 直观法,对简单的继电保护故障处理
当无法用专业的电子设备进行检修时,直观法就成为最简单有效的处理方法。在继电保护故障时,直观法的运用可有效地解决临时出现的故障。比如,可通过观察一些部件运行的状态,判断电力系统的实际运行状况。还可以通过观察继电器的颜色或气味,判断元件是否出现故障,如果能够观察到继电器发黄或元件有浓烈的味道便能迅速确认故障位置。技术人员根据多年的经验,通过对设备的观察能够直接判断出故障的发生,及时地解除故障,更换新元件。所以,直观法能够有效地解决简单的故障,提高继电保护故障处理的效率。
3.3 降低外界干扰的幅度
电力系统能够产生高强度的电磁干扰,继电保护装置在这种环境下运行必然会受到一定程度的干扰,当外界干扰超过其能承受的范围时,继电保护装置就容易出现问题。比如雷击干扰、静电放电干扰、接地故障造成的工频干扰、辐射干扰等都会造成继电保护装置不能很好的工作。因此,降低外界干扰的幅度是保障继电保护装置运行的手段之一。具体来说,可通过降低源于一次设备的干扰和完善直流控制回路等方法减少外界干扰的程度。
3.4 健全继电保护管理制度
除了技术方面的保护措施外,继电保护管理制度的建立和完善也是有效保障系统正常运行的手段之一。一方面,需要对继电保护出现的故障、处理方法、继电保护运行、定期维护和检修进行实时跟踪,了解继电保护装置的性能和运行状况,并根据这些情况制定应对和防范措施,及时改造和升级电力系统。另一方面,建立惩罚和激励制度,对于由于自身工作错误所造成的继电保护故障进行惩罚,而对积极参与电力系统创新和改革工作的人员进行奖励。通过加强对继电保护故障的管理和监测,提高整个电力系统运行的稳定性。
3.5 实现电力系统继电保护技术的智能化
当今社会是信息化、网络化的社会,只有很好地将信息技术运用到相应领域才能适应社会的发展需求。在电力系统中,信息技术的运用尤为重要。现阶段,智能化在电力系统中也得到了广泛的发展,但在继电保护中还没能快速运用起来。所以,将信息智能化引入继电保护将是未来的发展趋势之一,其对于充分发挥继电保护的自动性、智能性、系统性有着推动性的作用。
4.总结
我国电力系统的快速发展对继电保护提出了较高的要求。现阶段,继电保护由于各种原因仍然存在一些问题,针对这些故障可以通过一定的措施加以解决,比如加强设备维护与检修、降低外界干扰,健全管理制度等等。但从长远来看,只有将信息化智能化引入继电保护中才能从根本上解决问题,保障电力系统的正常运行。
参考文献
[1]刘言冬,丁宏滨.电力系统继电保护技术的现状与发展[J].化学工程与装备,2009(02).
[2]席建国.电力系统继电保护技术发展历程和前景展望[J].黑龙江科技信息,2009(26).