探讨电力系统中的电气二次及继电保护

连州市潭岭水电厂 王小周

探讨电力系统中的电气二次及继电保护

连州市潭岭水电厂 王小周

本文阐述了在电力系统中电气二次及继电保护的重要性以及继电保护的工作运行原理和相关装置的发展、系统失效模型的建立，表明了继电保护在保证电网安全运行中的重要作用和意义。

电力系统；电气二次设备；继电保护

引言

现阶段，在电力系统运行的过程中难免会发生运行异常或设备出现故障的情况，对系统中相关电气二次设备的检测维修是在运行中必不缺少的重要环节。继电保护属于电气二次保护的一种，在电气二次保护中占有重要的地位，较大保障了电力系统运行的安全可靠。电气二次设备包含系统中的电流表、电压表、继电保护和自动装置等，其所处的状态对电力系统状态起着决定性关键的作用，因此电气二次及继电保护在电力系统运行过程中具有重要的意义。

一、电气二次及继电保护的重要性

在运行过程中导致电气二次设备异常运行的因素有很多，如周围环境的干扰、工作人员的错误操作或设备本身出现故障等。对于正在运行的电力系统，可用于电气一次的检测维修时间较短，维修的重要过程都放在了电气二次维修的工作中，突显了电气二次维修的重要性。在进行电气二次设备的检测维修的过程中不仅有设备的自动检测，还需要相关检测设备状态的技术。依据检测的结果及之前相关的检修信息可得到设备正在运行的准确状态，从而可以使工作人员制定并完善检修设备的计划。

二、继电保护的运行原理

通过利用电气二次设备或被保护的线路在发生故障前后产生的突变物理量作为信息量，当信息量超过一定的大小时，保护系统就会实行逻辑控制，采取跳闸等保护措施。如果在电力系统在运行的过程中发生短路故障，继电保护系统会通过改变电压、电流、阻抗等形成过电流保护、距离保护、低电压保护。此外，继电器可根据运行的原理分为感应型、整流型、电磁型、微机型、集成保护型等。

三、继电保护装置的发展

1.电磁型保护装置

在电力系统中电磁型保护装置研发生产的时期较早且被广泛地运用在继电保护系统中，其经常存在于低压线路、变压器以及其他机型较小的设备中。电磁型保护装置主要组成为一些单元件，运用的原理较简单，操作过程较方便。经过对电磁型继电保护装置的长年使用，加上装置本身工作运行原理和运行的方式都较为简单，相关电气工作人员对其使用过程中出现的问题和参数都有一定的了解，当有故障发生时可以做到快速地解决问题。但由于该装置在运用的过程中消耗的能量较多，已达不到现代电力建设的要求和条件，逐渐被其他保护装置所代替。

2.集成型保护装置

与较早生产的电磁型保护装置的不同之处在于，集成型保护装置工作运行原理较为深层次、结构组成也更为复杂。在运用该装置的时候需要工作人员有更高的技术能力和条件，这使集成型保护装置的推广运用受到了很大的限制。在实际运用过程中，集成性保护装置对电气二次设备检测的信息数据更多、产生的保护作用更好，但因采集的数据参数处于较高水平，对使用元件提出了更高的条件，使其应用受到了很大的局限。

3.微机型保护装置

随着计算机技术水平的不断提高，产生了微机型继电保护装置，其工作性能所处的水平远远超过之前的保护装置。在实际的运用过程中通过使用计算机软件系统对其操作，增加了机器自动化功能，逐渐达到现代化、自动化系统的要求。此外，微机型保护装置可以更加准确地检测采集相关信息数据，方便工作人员对电网现已运行的状态进行分析评估。由于在该装置中可以很好地利用计算机的信息储存功能，因此在运用过程中可以完整地对数据进行保存，避免了丢失数据情况的发生。

四、电力二次设备继电保护系统失效模型

1.继电保护本体装置的失效模型

装置本体失效模型的建立需要具体分析某一个失效设备模型方法，做到对继电保护装置组成结构的全方面了解，如相关的硬件设施、在运行过程中软件会发挥的特性及因人员失误对保护机制造成的不良影响等。继电保护装置中的元件失去效用与使用时间有着密切的联系，详细见图1。

图1 电子元器件失效率关系曲线

从图1中可看出曲线一共分了三个时间阶段。

第一阶段为运行初始期。在这一时期刚开始时元件发生故障的概率较大，其因为在产品的设计环节、生产阶段、配置调试以及其他过程中都还有很多不足之处。之后随着时间的推移，发生故障的概率快速减小，到达某一时间时，数值不在变化，在此后的一段时间内，装置本身会有较高的可靠性。此时可以用以下的数学模型来表示这一阶段的函数：

f( t) = m(t-v)m-1e(t-v)m/t0/t0

该函数中的m代表形状参数，对曲线的形状起了决定性的作用，f(t) 表示时间负指数函数，表现了第一阶段发生故障概率的走向。

第二阶段为运行稳定期。在这一阶段中发生故障的概率处于稳定不变中，曲线表现为一条直线。在稳定运行的过程中，导致系统发生故障的原因一般为工作人员出现的错误性操作、周围外界环境的干扰或设备装置出现意外的超载现象等。此时可以用以下数学模型来表示这一阶段的函数：

该函数中的λ代表设备发生的故障率，依据λ的数值大小可以得出在运行稳定期设备产生的故障率曲线走向。

第三阶段为设备损耗期。随着使用时间的增加，系统中相关设备的机械损耗逐渐增加，电器绝缘程度降低其产生的老化现象是造成这一时期故障率曲线图逐渐上升的主要原因。只有通过加强对设备功能检测力度，及时发现并替换损耗较大的元件才能减少这一阶段故障发生的现象，保证系统的正常安全的运行。此时可以用以下数学模型来表示这一阶段的函数：

在该函数中μ代表元件可以使用的平均寿命，δ代表正态分布产生的方差，可根据μ和δ的数据大小得出在第三阶段发生概率的曲线走向。

2.建立继电保护系统二次回路的失效模型

在电力系统运行的过程中，继电保护装置与二次回路均为继电保护系统的的一部分，且两者之间有着紧密的联系性。建立二次回路的失效模型对探究继电保护具有重要的意义。在系统运行时，影响二次回路变失效的因素有很多，如周围外界运行的环境条件、操作箱发生故障、设备的绝缘、腐蚀、封堵、抵抗干扰情况、回路中产生的温度高低等。由于二次回路在电力系统是一种较小的系统，因此可以通过使用故障树法来分析二次回路的失效原因，达到更直观理解的效果。可建立的二次回路设备的故障树模型如图2所示。

图2 二次回路故障树模型

图2中每一个分支发生故障的概率都可以通过长期的数据统计而获得。此外，可以通过检测二次回路所处的功能状态来评估二次设备所具有的失效风险大小，其重点工作为确保在采集各个设备状态特征量的时候具有全面性，科学合理地对系统监视的环节进行划分，提高检测准确性。

五、总结

在电力系统中，电气二次设备的正常安全运行是电力系统正常运行的保证。继电保护系统对电气二次设备的检测维修和保护都起了关键性的重要作用。在实际运用的过程中，保证继电保护系统及装置的功能正常，尽可能减少安全意外事故的发生，对电网的安全运行具有非常重要的意义。随着电力技术的不断发展，继电保护装置不断更新，相关单位应注重对工作人员综合能力的提高。由于建立电气二次设备继电保护系统的失效模型可以依据其结果提高对系统出现故障概率的预判准确性，大大增加了电力系统运行的安全保障力度。

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[3]刘书伦,赵冬玲.电力二次设备继电保护系统失效模型研究[J].渭南师范学院学报,2014,11:21-24.

表1 主要材料对比表

由表1可知，新型非包封空气绝缘干式变压器与传统型对比，铜重平均下降15.8%，硅钢重平均下降25.3%。

（2）工装、模具成本

由图3可知，立体卷铁心由硅钢片连续绕制而成，铁心无开口，所以绕组需要相应的工装、模具直接绕制在铁心柱上。对于树脂绝缘干式变压器，受浇注尺寸的限制，模具不易通用化，且装模、脱模工艺复杂。对于非包封空气绝缘干式变压器，模具简单，且通用性较强，如果为标准系列产品，模具的成本可忽略不计。

（3）人工成本

从变压器诞生至今，人们一直在寻找降低变压器损耗和噪声的方法。我们知道，只要变压器励磁，空载损耗便存在，虽然空载损耗相对变压器传递的容量并不算大，但它代表着电力系统一个恒定的能量流矢。为了降低空载损耗和噪声，人们早已把科研力量集中在开发变压器铁心结构和新型电工钢片上。目前，立体卷铁心结构已被世界公认为最合理的铁心结构。电工钢片的生产程序也在不断改进，为了降低电工钢片的单位损耗，电工钢片的厚度越来越薄。对于传统的叠铁心来说，电工钢片变薄一方面增加了工作量，另一方面增加了叠的难度，导致人工成本增加。而立体卷铁心从剪切到卷制均采用机械化自动控制，生产效率高。

参考文献

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