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【摘 要】随着电力系统朝着超大机组、特高压、长距离、全国联网的方向发展，依靠设置系统各元件的继电保护方式，已不能确保系统长期安全稳定运行（如防止大面积停电事故）。鉴于此，本文探讨了电气设备继电保护的技术及其发展。
【关键词】电气设备；继电保护；发展
继电保护，是指电力系统中的电气元件发生故障或运行状态不正常时，能通过断路器跳闸、减负荷或告警方式，使电气设备免于遭到破坏的一种自动保护功能。提供该保护功能的装置称为继电保护装置[1]。继电保护技术的进步给电力系统带来了新气象和变化，反过来电力系统的发展也对继电保护技术提出了更高的要求。随着电力系统向超大机组、特高压、长距离、全国联网的方向发展，仅设置系统各元件的方式已不能适应容量愈来愈大、范围越来越广的电力系统长期安全稳定运行的要求了，计算机网络技术、人工智能方法、自适应原理的应用为继电保护技术的发展提供了新的动力，目前继电保护技术正朝着继电保护装置一体化、广域保护的方向发展。为了更加深入地了解和把握继电保护技术的需求和发展趋势，本文对继电保护相关技术进行了研究和探讨。
1.电气设备继电保护的主要类型及其技术
1.1 继电保护的类型
继电保护按照保护对象来分类，可分为设备保护和线路保护两类。设备保护包括发电机保护、变压器保护、电动机保护、电抗器保护、电容器保护和母线保护等类型。主设备保护是除母线保护以外的其他各种设备保护。
1.2 电气设备继电保护相关技术
1.2.1 发电机保护
发电机继电保护包括（纵联、横）差动保护、（单相、励磁回路）接地保护、低励磁保护、失磁保护、过负荷保护及定子绕组过电流、过电压保护、负序电流保护、失步保护等。下面主要讨论接地保护和励磁保护两个方面。
为防止发电机过电压常采用中性点经配电变压器接地的方法。传递过电压、断线过电压和谐振过电压是引起发电机过电压的三个主要因素。但这些因素对大型发电机组影响不大，因为：主变高低压线圈之间电容很小，不会产生传递过电压；机端TV对地电容很小，也不会产生断线过电压；一般TV不出现质量问题，不会有谐振过电压。但为了防止过电压并最大限度提高定子接地保护的灵敏度，可在配电变压器二次侧并联大约0.2Ω的小电阻[2]。
发电机失磁保护主要由阻抗元件、母线低电压元件和闭锁（启动）元件等组成。阻抗元件应按照静稳边界或异步边界进行整定。母线低电压元件可在稳定运行条件下按临界电压进行整定，通常取发电机断路器连接母线电压的0.8□0.85倍。
1.2.2 电力变压器保护
电力变压器继电保护包括瓦斯保護、纵联差动保护、电流保护、短路故障后备保护、过负荷保护、过励磁保护等。下面主要讨论瓦斯保护、差动保护、后备保护三种类型。
瓦斯继电器安装在油箱和油枕连接的管道中，能够对油箱中产生的气体或油流作出反应而产生动作。一般普遍采用浮筒式的瓦斯继电器，常因浮筒密封问题产生漏油并造成瓦斯继电器误动作。可将下浮筒改成旋转挡板，以提高瓦斯继电器动作的可靠性。目前生产的型式主要有浮筒挡板式和开口杯挡板式两种。
根据电流、电压变化量进行反应的差动保护装置，其测量元件安装在被保护元件一侧，但不能区分其保护范围末端及相邻范围始端的故障。虽然可以通过缩短保护区或者延长动作时限来得到保护动作的选择性，但无法避免故障范围扩大。因此，让测量元件能够采集到被保护元件两端的电量，就可以区分保护范围内外的故障。目前已广泛采用通过比较被保护元件各端电流大小和相位差别而构成的纵联差动保护。
后备保护一般用于反应外部相间短路和外部接地短路故障，一般采用过电流保护。过电流保护装置应安装在变压器电源侧，以便过流时可以通过各侧断路器断开与变压器的连接。为了避免采用完全后备保护后接线复杂的问题，可适当缩小相邻线路的保护范围。但为了保证发生三相短路时动作可靠，应确保保护装置具备足够的灵敏度。
1.2.3 电力电容器保护
为了补偿电力系统无功功率的不足，改善电压质量、降低线路损耗并提高功率因数和系统运行稳定性，常在变电所中、低压侧并联电容器组。并联电容器组应配置过电流保护、过电压保护（设自动投切装置的，可不设过电压保护）、低电压保护、差压保护等方式。下面的故障类型或异常运行方式，应装设相应的保护装置：
⑴电容器组与断路器之间连接线的短路保护，应采用带有短时限速断功能的过电流保护装置。速断保护动作电流的整定，应按最小运行方式下，电容器端部引出线发生两相短路时具备足够的灵敏度。
⑵电容器组中切除故障电容器后引起的过电压超过额定电压的110%时，保护装置应能将整组电容器断开。
⑶对于电容器内部故障及其引出线发生短路的保护，应对每一个电容器都装设熔断器。选择熔断器时，其额定电流应等于电容器额定电流的1.5□2倍。
1.2.4 发电机-变压器组保护
大型发电厂一般采用升压的方式输送电能，所以一般采用发电机-变压器组的形式。与发电机、变压器单端工作所采取的保护不同之处是：许多相同的保护类型可以合并，装设公共的纵差保护、过电流保护等。但发电机与变压器之间装有断路器时，则应分别装设纵差保护。另外，在发电机组容量较大（200MW及以上）、水轮发电机组绕组直接冷却及公用差动保护整定值超过发电机额定电流1.5倍时，为提高可靠性和灵敏度应另装设单独的发电机差动保护。
2.继电保护的发展趋势
2.1 测量、保护、控制、数据通信一体化
兼具测量、保护、控制、数据通信一体化功能的微机保护装置，就近装设在变电站被保护的设备或元件附近，利用光电电压互感器（OPT）、光电电流互感器（OCT）直接采集被保护设备或元件的电压、电流，并将其转化为数字化信号，再通过光纤网络传输到本站计算机和调度中心。一体化装置可实现充分的资源共享及故障录波、后台分析等功能，使故障诊断、安全监视、稳定预测、无功调节和负荷控制等功能更完善。
2.2 网络化、智能化、自适应化
通过建立继电保护网络系统，使电气设备具备网络通信功能，可实现继电保护网络化管理，如通过网络监控系统的运行及进行故障处理和参数整定等。通过采用神经网络、模糊逻辑、遗传算法等智能技术，可以解决电力系统中许多非线性问题，可及时分析、判断和处理故障。自适应技术可以让继电保护装置适应电力系统发生的各种变化，提高继电保护的性能。
2.3 广域保护和控制
广域保护是基于广域测量信息的继电保护。传统继电保护的信息是基于就地的，广域信息包含了就地和远方更宽广区域的信息。实现广域保护的途径是基于在线自适应整定（OAS）和故障元件判别（FEI）。广域保护的通信基于IEC61850标准。广域保护可以解决传统保护在电网运行方式改变而难以满足各继电保护之间相互配合的难题[3]。
3.结语
继电保护是电力系统安全稳定运行的命脉，在复杂大电网环境下，可能由于一个继电保护装置误动而引起大面积停电，造成社会秩序混乱和经济建设停顿的严重后果，国内外数次系统瓦解事故即是明证。因此继电保护工作者应以严谨的态度工作，并关注继电保护技术的最新发展，以提高工作质量。
【关键词】电气设备；继电保护；发展
继电保护，是指电力系统中的电气元件发生故障或运行状态不正常时，能通过断路器跳闸、减负荷或告警方式，使电气设备免于遭到破坏的一种自动保护功能。提供该保护功能的装置称为继电保护装置[1]。继电保护技术的进步给电力系统带来了新气象和变化，反过来电力系统的发展也对继电保护技术提出了更高的要求。随着电力系统向超大机组、特高压、长距离、全国联网的方向发展，仅设置系统各元件的方式已不能适应容量愈来愈大、范围越来越广的电力系统长期安全稳定运行的要求了，计算机网络技术、人工智能方法、自适应原理的应用为继电保护技术的发展提供了新的动力，目前继电保护技术正朝着继电保护装置一体化、广域保护的方向发展。为了更加深入地了解和把握继电保护技术的需求和发展趋势，本文对继电保护相关技术进行了研究和探讨。
1.电气设备继电保护的主要类型及其技术
1.1 继电保护的类型
继电保护按照保护对象来分类，可分为设备保护和线路保护两类。设备保护包括发电机保护、变压器保护、电动机保护、电抗器保护、电容器保护和母线保护等类型。主设备保护是除母线保护以外的其他各种设备保护。
1.2 电气设备继电保护相关技术
1.2.1 发电机保护
发电机继电保护包括（纵联、横）差动保护、（单相、励磁回路）接地保护、低励磁保护、失磁保护、过负荷保护及定子绕组过电流、过电压保护、负序电流保护、失步保护等。下面主要讨论接地保护和励磁保护两个方面。
为防止发电机过电压常采用中性点经配电变压器接地的方法。传递过电压、断线过电压和谐振过电压是引起发电机过电压的三个主要因素。但这些因素对大型发电机组影响不大，因为：主变高低压线圈之间电容很小，不会产生传递过电压；机端TV对地电容很小，也不会产生断线过电压；一般TV不出现质量问题，不会有谐振过电压。但为了防止过电压并最大限度提高定子接地保护的灵敏度，可在配电变压器二次侧并联大约0.2Ω的小电阻[2]。
发电机失磁保护主要由阻抗元件、母线低电压元件和闭锁（启动）元件等组成。阻抗元件应按照静稳边界或异步边界进行整定。母线低电压元件可在稳定运行条件下按临界电压进行整定，通常取发电机断路器连接母线电压的0.8□0.85倍。
1.2.2 电力变压器保护
电力变压器继电保护包括瓦斯保護、纵联差动保护、电流保护、短路故障后备保护、过负荷保护、过励磁保护等。下面主要讨论瓦斯保护、差动保护、后备保护三种类型。
瓦斯继电器安装在油箱和油枕连接的管道中，能够对油箱中产生的气体或油流作出反应而产生动作。一般普遍采用浮筒式的瓦斯继电器，常因浮筒密封问题产生漏油并造成瓦斯继电器误动作。可将下浮筒改成旋转挡板，以提高瓦斯继电器动作的可靠性。目前生产的型式主要有浮筒挡板式和开口杯挡板式两种。
根据电流、电压变化量进行反应的差动保护装置，其测量元件安装在被保护元件一侧，但不能区分其保护范围末端及相邻范围始端的故障。虽然可以通过缩短保护区或者延长动作时限来得到保护动作的选择性，但无法避免故障范围扩大。因此，让测量元件能够采集到被保护元件两端的电量，就可以区分保护范围内外的故障。目前已广泛采用通过比较被保护元件各端电流大小和相位差别而构成的纵联差动保护。
后备保护一般用于反应外部相间短路和外部接地短路故障，一般采用过电流保护。过电流保护装置应安装在变压器电源侧，以便过流时可以通过各侧断路器断开与变压器的连接。为了避免采用完全后备保护后接线复杂的问题，可适当缩小相邻线路的保护范围。但为了保证发生三相短路时动作可靠，应确保保护装置具备足够的灵敏度。
1.2.3 电力电容器保护
为了补偿电力系统无功功率的不足，改善电压质量、降低线路损耗并提高功率因数和系统运行稳定性，常在变电所中、低压侧并联电容器组。并联电容器组应配置过电流保护、过电压保护（设自动投切装置的，可不设过电压保护）、低电压保护、差压保护等方式。下面的故障类型或异常运行方式，应装设相应的保护装置：
⑴电容器组与断路器之间连接线的短路保护，应采用带有短时限速断功能的过电流保护装置。速断保护动作电流的整定，应按最小运行方式下，电容器端部引出线发生两相短路时具备足够的灵敏度。
⑵电容器组中切除故障电容器后引起的过电压超过额定电压的110%时，保护装置应能将整组电容器断开。
⑶对于电容器内部故障及其引出线发生短路的保护，应对每一个电容器都装设熔断器。选择熔断器时，其额定电流应等于电容器额定电流的1.5□2倍。
1.2.4 发电机-变压器组保护
大型发电厂一般采用升压的方式输送电能，所以一般采用发电机-变压器组的形式。与发电机、变压器单端工作所采取的保护不同之处是：许多相同的保护类型可以合并，装设公共的纵差保护、过电流保护等。但发电机与变压器之间装有断路器时，则应分别装设纵差保护。另外，在发电机组容量较大（200MW及以上）、水轮发电机组绕组直接冷却及公用差动保护整定值超过发电机额定电流1.5倍时，为提高可靠性和灵敏度应另装设单独的发电机差动保护。
2.继电保护的发展趋势
2.1 测量、保护、控制、数据通信一体化
兼具测量、保护、控制、数据通信一体化功能的微机保护装置，就近装设在变电站被保护的设备或元件附近，利用光电电压互感器（OPT）、光电电流互感器（OCT）直接采集被保护设备或元件的电压、电流，并将其转化为数字化信号，再通过光纤网络传输到本站计算机和调度中心。一体化装置可实现充分的资源共享及故障录波、后台分析等功能，使故障诊断、安全监视、稳定预测、无功调节和负荷控制等功能更完善。
2.2 网络化、智能化、自适应化
通过建立继电保护网络系统，使电气设备具备网络通信功能，可实现继电保护网络化管理，如通过网络监控系统的运行及进行故障处理和参数整定等。通过采用神经网络、模糊逻辑、遗传算法等智能技术，可以解决电力系统中许多非线性问题，可及时分析、判断和处理故障。自适应技术可以让继电保护装置适应电力系统发生的各种变化，提高继电保护的性能。
2.3 广域保护和控制
广域保护是基于广域测量信息的继电保护。传统继电保护的信息是基于就地的，广域信息包含了就地和远方更宽广区域的信息。实现广域保护的途径是基于在线自适应整定（OAS）和故障元件判别（FEI）。广域保护的通信基于IEC61850标准。广域保护可以解决传统保护在电网运行方式改变而难以满足各继电保护之间相互配合的难题[3]。
3.结语
继电保护是电力系统安全稳定运行的命脉，在复杂大电网环境下，可能由于一个继电保护装置误动而引起大面积停电，造成社会秩序混乱和经济建设停顿的严重后果，国内外数次系统瓦解事故即是明证。因此继电保护工作者应以严谨的态度工作，并关注继电保护技术的最新发展，以提高工作质量。