智能配电网继电保护电路的设计及应用探究

李中建 刘杰 赵乾生

摘 要：近年来，城市用电量逐渐增加，人们更加注重电力的质量及供电过程中耗损的情况。现在电力输送系统中配电网越来越智能化，随着这个趋势的发展，对继电保护电路的要求也就提高了。城市配电网在设计的时候，将继电自动保护装置设计安装在了电力线路和设备中，继电保护装置的安装有效地提高了人们对配电网在运行过程中的异常和系统故障的反应速度，保证智能配电网能够安全运行。

关键词：智能配电网；继电保护；供电线路

1 继电保护在配电网中的设计

1.1 常用的配电网继电保护

1.1.1 短路保护。根据科学原理，若供电线路发生短路，负荷电流的值要比故障电流小，很容易就能检查出来，平常所用的过流保护，一般是限定时间的相电流，通过延迟时间的办法使母线、馈线、变压器互相配合。使用这种方法，不仅可以检测短路故障，还可以测量电流故障和电压故障。

1.1.2 接地保护。配电网出现的问题，有很大一部分是因为接地故障原因引起的，由于接地故障可能引发一系列连锁反应，造成其他方面的故障。因为会存在很大的接地电阻，所以在进行检测的时候，应该用专业的接地保护。接地保护不用检测没有异常情况的相电流，因为这个数值是确定的，所以负荷电流的影响也可以忽略不计，这就会使灵敏度有所改善。根据不同的科学原理，或许要进行检测的量很小，这就会不容易检测到信号。如果出现接地故障的接地系统的出电阻比较小的时候，可以用电流-时间继电器来进行检测；若出现的是高阻故障，可以使用的检测手段有距离、零序量、中性点电压、反时限等。因为工作人员使用的是延时保护，这就可以有效地减少瞬时性接地故障中可能会发生的分段馈线开关概率。

1.2 配电网继电保护自动装置

1.2.1 综合测控装置。改革开放以来我国微电子技术快速发展，这就使外围器件和CPU的性能更优良，而且价格更合理。在进行计算功能的时候，CPU起到关键的作用，它不仅能够完成继电保护动作，还可以保留一定的使用能力，将其用来处理相关的其它动作，进而形成多功能的装置，其功能包含控制、测量、通讯、保护等。使用这种装置，有效地促进了继电保护功能的发展，为我国智能配电网保护方法的创新、发展提供了可靠的技术基础。同样，这种情况也会反作用于装置的生产企业，促使其提高产品质量和工艺水平。例如，若继电保护自动装置需要比较大的温度范围及适宜的干扰水平，那么就要加强其互检和自检的能力。现在，城市中正在进行建设的智能配电系统中的配电站和开闭所，都会在其周围安装低中压开关装置，使其和通信技术结合起来，就可以形成自动化的系统。

1.2.2 配电开关和10kV以上开关智能化。在城市配电系统里，所使用的继电保护自动装置，由原有的手动操作的配电开关及柱上开关组成，仅仅是在其中安装了微机保护装置，就发生了全新的变化。现在被推广的柱上装置分为两种：第一种是柱上开关和FTU组合在一起，实现机电一体化；第二种是柱上开关和FTU分离，使其单独工作。

1.3 就地化继电保护自动装置

就地化继电保护自动装置有很多优点，其不仅可以有效地简化接线步骤，还可以实现可靠的操作。集控中心通过通信手段和就地装置联系，这种方法能够有效的减小集控中心的接线复杂性以及空间受限的压力。近年来，设计电路技术和电子器件制造的整体水平有了显著的提高，若再面对情况复杂且恶劣的户外环境，硬件装置也可以很容易的达到建设的要求。可以看到，我国继电保护自动装置就地化的发展趋势是电压等级较高的领域。之所以让继电保护自动装置在户外使用，是因为这样做可以有效的简化主控制室、减少不必要的电缆连接。

2 配电网中的自适应继电保护探究

2.1 自适应保护电流

2.1.1 自适应电流速断保护。和以前所使用电流速断的保护方法不一样，自适应电流速断的保护定值是可以发生变化的，它受到运行方式及系统短路类型的影响。因为可以检测保护安装处到系统等效电源间的阻抗和故障类型，所以可以算出整定值，然后根据这个数据对系统状态进行调整，让其始终在最好的状态工作，提高它的安全性。

2.1.2 自适应过电流保护。以前所指的过电流保护，是根据线路上最大负荷电流经过后进行断定的，而且受到返回系数和自启动系数的影响，会明显的降低其保护灵敏度。而自适应过电流保护，因为它的定值和特性是根据实际运行方式和负荷电流得来的，可以根据实际情况进行调整，这就极大地提升了保护灵敏度。

2.2 自适应保护电动机

2.2.1 启动判据。推导电动机启动判据不是一件难事：第一步是电流经过电动机；第二步是电动机启动，电流升至6-8倍的额定电流；第三步是电流逐渐下降，并且降到额定电流或低于额定电流。若电动机发生短路故障，其应该具有前半部分启动的特点；若电动机正常运行，则不应该有明显的下降或上升的表现，这时三个判据条件就不会成立，通过这样的思维方法，还可以测量电动机每次启动时的最大启动电流和启动时间。自适应判据成功的使用在电动机启动工作中，为科学设置对应的定值及安排电动机的自适应保护的自动投入，提供了很好的前提条件。运用自适应启动判据的经验，可以有效地掌握电动机是否已经完成启动并进入良好的工作状态；如果发现发动机还在启动过程中，就要决定是确定退出还是进行投入部分保护模式，把整定值调整到其所适用的情况，这种方式，能够有效地提高保护灵敏度，迅速地发现故障并及时地进行处理，最大程度地减少电动机故障对整个系统和机器本身造成损害的程度。

2.2.2 保护两段式定时限过电流。保护两段式定时限过电流有速断保护和电流过流保护两种情况。第一段所使用的保护动作是电流速断，这可以避免电动机发生短路；第二段的保护动作是过流保护，通常这个保护动作是作为应急用的，防止电动机发生堵转的情况。在启动电动机的时候，第二段定时限过流保护会不发生作用，防止再启动的过程中有误动的情形，启动结束后它才会投入工作。

2.2.3 保护启动时间过长。对于当前状态是否为启动过程，自适应保护可以自动识别当时电动机的状态是不是处在启动的过程中，若是发现其处在启动过程中，如果启动时间达到了整定值，然而整定值电流却比电动机的相电流小的时候，就会做出跳闸的保护动作。而这个保护动作在电动机正常运行的时候不会产生影响。

2.2.4 保护正序过流的反时限。当电动机再启动的时候，反时限过流定值要比整定电流的高好几倍，这样可以有效地避开电动机的启动电流；当结束电动机启动的时候，定值保护会恢复到正常情况。

3 结束语

改革开放以来，随着我国现代化进程的推进，电力系统正经历着快速的发展时期，新技术、新理念不断的被引进到配电网继电保护的设计过程中，信息技术、电子技术、计算机技术的引进，为我国继电保护技术的快速发展奠定了可靠的技术基础。可以预测到，继电保护技术将会向着测量、控制、数据通信保护一体化的方向发展，其主要特点就是智能化、网络化和计算机化。大型计算系统的运用，明显的提高了继电保护装置在灵敏性、可靠性、选择性及快速性等方面的性能。经过众多技术人员辛勤的努力，我国智能配电网中的继电保护设计一定会取得更大的成就！

参考文献

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