论文部分内容阅读
摘要：电力系统继电保护是保证电力系统安全运行、提高供电稳定的有效技术。本文简单介绍了电力系统继电保护基本概念及任务，并阐述了继电保护的基本原理与工作配合，最后描述了继电保护的“四性”要求。
关键词：电力系统；继电保护；电气故障；四性要求；
中图分类号：F407文献标识码： A
0. 引言
随着我国社会经济的快速发展，以及工业化进程的加快，电网建设规模在不断扩大。近年来，电力系统管理体制深化改革，变电所自动化技术在不断进步，目前很多变电站已逐步实现无人值守。与此同时，对电力系统可靠运行也提出了更高要求。电力系统由于其覆盖地域极其辽阔、运行环境极其复杂，以及各种人为因素影响，电气故障发生是不能完全避免的。在电力系统中任何一处发生事故，都有可能对电力系统运行产生重大影响，为确保电力系统正常运行，必须正确地配置继电保护装置。
1.微机型继电保护主要作用
电力系统继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备。
电力系统继电保护的基本作用是：
（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
（2）反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。
2.微机型继电保护原理
要实现电力系统继电保护的关键作用，保证电力系统内各元件以致整个电力系统的安全运行，首先必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。而要进行“区分和甄别”，必须寻找电力元件在这三种运行状态下的可测参量(继电保护主要测电气量)的差异，提取和利用这些可测参量的差异，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”。依据可测电气量的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。依据电气量与非电气量在正常运行与故障状态下差异，形成了元件的不同保护装置。
目前已经发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与电流的比值即“测量阻抗”等。根据不同的电气量特性，依据相关原理，构成了相应的元件保护。
在正常运行时，线路上流过的是它的负荷电流，假设在线路上发生三相短路，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流。利用流过被保护元件中电流幅值的增大，可以构成过电流保护。
正常运行时，各变电所母线上的电压一般都在额定电压±5%~±10%范围内变化，且靠近电源端母线上的电压略高。短路后，各变电所母线电压有不同程度的降低，离短路点越近，电压降得越低，短路点的相间或对地电压降低到零。利用短路时电压幅值的降低，可以构成低电压保护。同样，在正常运行时，线路始端的电压与电流之比反映的是该线路与供电负荷的等值阻抗及负荷阻抗角(功率因数角)，其数值一般较大，阻抗角较小。短路后，线路始端的电压与电流之比反映的是该测量点到短路点之间线路段的阻抗，其值较小，如不考虑分布电容时一般正比于该线路段的长度，阻抗角为线路阻抗角，较大。利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离保护。
此外，利用每个电力元件在内部与外部短路时两侧电流相量的差别可以构成电流差动保护，利用两侧电流相位的差别可以构成电流相位差动保护，利用两侧功率方向的差别可以构成方向比较式纵联保护，利用两侧测量阻抗的大小和方向等还可以构成其他原理的纵联保护。利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧正常运行与故障时电气量差异的保护，称为纵联保护。
除反应上述各种电气量变化特征的保护外，还可以根据电力元件的特点实现反应非电量特征的保护。例如，当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于变压器油受热分解所产生的气体，构成瓦斯保护。
3.继电保护装置基本要求
当电力系统出现故障或异常状态时，继电保护能够自动地、有选择性地在最短时间和最小范围内，将故障设备从系统中切除，也能够及时向相关负责人员发出警告信号，提醒相关人员及时采取解决措施，这样继电保护不但能够有效防止设备的进一步损坏，而且能够降低引起相邻地区连带故障的机率。同时还可以有效防止系统故障范围的进一步扩大，确保未发生故障部分继续维持正常使用。动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性，“四性”间相辅相成，相互制约，针对不同使用条件，分别进行配合。
一是可靠性：可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护的最根本要求。所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。继电保护的误动作和拒绝动作都会给电力系统造成严重危害。然而，提高不误动作的安全性措施与提高不拒动的信赖性措施往往是矛盾的。在设计与选用继电保护时，需要依据被保护对象的具体情况，对这两方面的性能要求适当地予以协调。
二是选择性：继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。这种选择性的保证，除利用一定的延时使本线路的后备保护与主保护正确配合外，还须注意相邻元件后备保护之间的正确配合。其一是上级电力元件后备保护的灵敏度要低于下级元件后备保护的灵敏度；其二是上级电力元件后备保护的动作时间要大于下级元件后备保护的动作时间。
三是速动性：继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。
四是灵敏性：继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，当发生短路时都能敏锐感觉。正确反应。灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。
以上四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾又要统一，因此要根据被保护元件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一，更好的发挥继电保护装置在电力系統安全稳定运行中的作用。
4.总结
电力系统安全运行需要完善的继电保护作为支撑，没有安装保护的电力元件，是不允许接入电力系统工作的。纵横交织错综复杂的电力系统中每一个电力元件如何配置保护、配备几套继电保护，以及各电力元件继电保护之间配合，需要根据电力元件的重要程度、电力元件对电力系统影响的重要程度、以及电力元件自身特性等因素决定。论文中介绍了电力系统继电保护基本概念及任务，并阐述了继电保护的基本原理与工作配合，最后描述了继电保护的“四性”要求，为刚入门的学生以及从事电力系统继电保护工作的初学者能更快的认知继电保护装置提供了依据。
参考文献
[1]张保会，尹项根主编.电力系统继电保护(第二版).北京：中国电力出版社，2009.12.
[2]国家电力调度通信中心编著.国家电网公司继电保护培训教材(上、下册).北京：中国电力出版社，2009.
[3]国家电力调度通信中心编.电力系统继电保护实用技术问答(第二版). 北京：中国电力出版社，1999.11.
[4]GB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》，2006.
[5]戴志辉，王增平.继电保护可靠性研究综述 .电力系统保护与控制,2010(15).
关键词：电力系统；继电保护；电气故障；四性要求；
中图分类号：F407文献标识码： A
0. 引言
随着我国社会经济的快速发展，以及工业化进程的加快，电网建设规模在不断扩大。近年来，电力系统管理体制深化改革，变电所自动化技术在不断进步，目前很多变电站已逐步实现无人值守。与此同时，对电力系统可靠运行也提出了更高要求。电力系统由于其覆盖地域极其辽阔、运行环境极其复杂，以及各种人为因素影响，电气故障发生是不能完全避免的。在电力系统中任何一处发生事故，都有可能对电力系统运行产生重大影响，为确保电力系统正常运行，必须正确地配置继电保护装置。
1.微机型继电保护主要作用
电力系统继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备。
电力系统继电保护的基本作用是：
（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
（2）反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。
2.微机型继电保护原理
要实现电力系统继电保护的关键作用，保证电力系统内各元件以致整个电力系统的安全运行，首先必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。而要进行“区分和甄别”，必须寻找电力元件在这三种运行状态下的可测参量(继电保护主要测电气量)的差异，提取和利用这些可测参量的差异，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”。依据可测电气量的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。依据电气量与非电气量在正常运行与故障状态下差异，形成了元件的不同保护装置。
目前已经发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与电流的比值即“测量阻抗”等。根据不同的电气量特性，依据相关原理，构成了相应的元件保护。
在正常运行时，线路上流过的是它的负荷电流，假设在线路上发生三相短路，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流。利用流过被保护元件中电流幅值的增大，可以构成过电流保护。
正常运行时，各变电所母线上的电压一般都在额定电压±5%~±10%范围内变化，且靠近电源端母线上的电压略高。短路后，各变电所母线电压有不同程度的降低，离短路点越近，电压降得越低，短路点的相间或对地电压降低到零。利用短路时电压幅值的降低，可以构成低电压保护。同样，在正常运行时，线路始端的电压与电流之比反映的是该线路与供电负荷的等值阻抗及负荷阻抗角(功率因数角)，其数值一般较大，阻抗角较小。短路后，线路始端的电压与电流之比反映的是该测量点到短路点之间线路段的阻抗，其值较小，如不考虑分布电容时一般正比于该线路段的长度，阻抗角为线路阻抗角，较大。利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离保护。
此外，利用每个电力元件在内部与外部短路时两侧电流相量的差别可以构成电流差动保护，利用两侧电流相位的差别可以构成电流相位差动保护，利用两侧功率方向的差别可以构成方向比较式纵联保护，利用两侧测量阻抗的大小和方向等还可以构成其他原理的纵联保护。利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧正常运行与故障时电气量差异的保护，称为纵联保护。
除反应上述各种电气量变化特征的保护外，还可以根据电力元件的特点实现反应非电量特征的保护。例如，当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于变压器油受热分解所产生的气体，构成瓦斯保护。
3.继电保护装置基本要求
当电力系统出现故障或异常状态时，继电保护能够自动地、有选择性地在最短时间和最小范围内，将故障设备从系统中切除，也能够及时向相关负责人员发出警告信号，提醒相关人员及时采取解决措施，这样继电保护不但能够有效防止设备的进一步损坏，而且能够降低引起相邻地区连带故障的机率。同时还可以有效防止系统故障范围的进一步扩大，确保未发生故障部分继续维持正常使用。动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性，“四性”间相辅相成，相互制约，针对不同使用条件，分别进行配合。
一是可靠性：可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护的最根本要求。所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。继电保护的误动作和拒绝动作都会给电力系统造成严重危害。然而，提高不误动作的安全性措施与提高不拒动的信赖性措施往往是矛盾的。在设计与选用继电保护时，需要依据被保护对象的具体情况，对这两方面的性能要求适当地予以协调。
二是选择性：继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。这种选择性的保证，除利用一定的延时使本线路的后备保护与主保护正确配合外，还须注意相邻元件后备保护之间的正确配合。其一是上级电力元件后备保护的灵敏度要低于下级元件后备保护的灵敏度；其二是上级电力元件后备保护的动作时间要大于下级元件后备保护的动作时间。
三是速动性：继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。
四是灵敏性：继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，当发生短路时都能敏锐感觉。正确反应。灵敏性通常用灵敏系数或灵敏度来衡量，增大灵敏度，增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。
以上四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾又要统一，因此要根据被保护元件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一，更好的发挥继电保护装置在电力系統安全稳定运行中的作用。
4.总结
电力系统安全运行需要完善的继电保护作为支撑，没有安装保护的电力元件，是不允许接入电力系统工作的。纵横交织错综复杂的电力系统中每一个电力元件如何配置保护、配备几套继电保护，以及各电力元件继电保护之间配合，需要根据电力元件的重要程度、电力元件对电力系统影响的重要程度、以及电力元件自身特性等因素决定。论文中介绍了电力系统继电保护基本概念及任务，并阐述了继电保护的基本原理与工作配合，最后描述了继电保护的“四性”要求，为刚入门的学生以及从事电力系统继电保护工作的初学者能更快的认知继电保护装置提供了依据。
参考文献
[1]张保会，尹项根主编.电力系统继电保护(第二版).北京：中国电力出版社，2009.12.
[2]国家电力调度通信中心编著.国家电网公司继电保护培训教材(上、下册).北京：中国电力出版社，2009.
[3]国家电力调度通信中心编.电力系统继电保护实用技术问答(第二版). 北京：中国电力出版社，1999.11.
[4]GB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》，2006.
[5]戴志辉，王增平.继电保护可靠性研究综述 .电力系统保护与控制,2010(15).