电力系统继电保护与自动化装置的可靠性分析

靳杨，李子剑

（内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014030）

0 引言

随着我国可持续资源战略的推广，风力、光伏等新型发电方式极大地满足了我国发电厂的转化能源需求。而电力系统的自动化装置应用是保障发电厂能源利用的安全上进行性能提高的完善技术。为了保证电力系统继电保护的稳定性与平衡性，推广自动化装置应用到各个电力系统，是保障我国能源可持续发展资源战略安全发展的关键环节。

1 电力系统自动化装置的优点

1.1 保障电网检修的安全性

发电厂电力系统自动化装置可对电网检修的安全性多一层保障，由于电力系统检修技术对设备硬性要求无失爆现象，又依靠计量工具应对短路、漏电等现象时保持灵敏度，因此由电力系统自动化装置可以在检修电网前协调各机构保证工具的灵活可靠。由于我国现阶段光伏发电并入配电网致使在发电厂电力系统停止供电时，周遭线路仍然存在电流通路，进而对检修人员的人身安全带来极大威胁，采用电力系统自动化装置，可以确认周遭形成孤岛效应的子电源及电源电路进线方式，进而对周遭线路进行自动化验电、放电，从而保证在检修过程中整个电网被切除一切的反送电效应[1]。

1.2 正确区分电流稳定与故障

电力系统自动化装置应用可以自主区分供电电流的稳定性，其表现是指供需用户侧在使用接电设备时能够保持稳定地发挥作用，也就是说通过接电设备的电流等于额定短时关合电流，并且在合闸位置能够稳定地承载电流，其动作电流公式为：Idz=Kk×I(3)dmax2，Kk-可靠系数，DL型取 1.2，GL型取1.4Kjx-接线系数，接相上为1，相差上为I(3)dmax2-变压器二次最大三相短路电流。在我国现代工业生产的同质化产品市场下，制造厂家对于家电等使用的载流导体与有关恒定元件是采用统一规模与同一材质制成的，因而在允许通过电流峰值或短路电流冲击值时，家电均有相同的标准。电力系统自动化装置区分供电电流的稳定性亦是在用户家电设备采用规定的使用和性能前提条件下，在合闸位置承载短时间的耐受电流，同时不妨碍断路器继续正常工作。通过电力系统的自动化装置应用，可以使得电流在额定短时和峰值耐受时两个不同阶段对电器的输入呈现出稳定的状态，也就是说区分电流的稳定性即把握电路在发生故障时的情况，而其故障发生时电流速断保护Kk-可靠系数，DL型取 1.4-1.6，GL型取 1.6-1.8，Kjx-接线系数，接相上为1，相差上为√3Iqd-电动机的启动电流Iqd=nqd×Ide=(5-6)IdeKi—电流互感器变比。

1.3 提高发电转化的效率性

通过发电厂电力系统自动化装置的应用可以显著提高能源转化的效率。利用互联网信息技术使得电力系统能够对光能等具备不确定性与随机性的能源进行自动化采集追踪，同时将影响因素与数据记入内网储存库中，从而做到稳定能源采集，提高能源转化效率。同时储存库中记录的影响因素与数据将会对我国常规地区的能源采集器等装备进行大规模地实况更新，使得各地发电厂效率同步提高[2]。

2 电力系统继电保护装置的概述

2.1 继电保护装置的组成

以电力系统继电保护的周期作为划分，因而整套继电保护装置通过工作周期细分为测量元件阶段、逻辑环节阶段与执行输出阶段。其中测量元件阶段是以装置测量被保护电气元件的相关参数与物理参量，并与标准值或标准差进行计算比较的过程，而计算比较的结果则作为判定保护装置作为启动条件是否进行工作的前提阶段。而逻辑部分阶段是以继电保护系统根据电流电路等是否异常从而进行故障的判定与控制，从而根据故障的相关参数信息自主选择跳闸、信号或是延时等相关指令的下达。执行输出部分阶段则是根据上一阶段的逻辑部分传过来的指令进行执行的过程[3]。

2.2 继电保护的工作回路

继电保护作为对电力系统进行故障检测，进而对其故障进行控制的一种保护性措施，其工作回路除了需要对测量元件阶段、逻辑环节阶段与执行输出阶段做出反应外，还需要依靠可靠的工作回路，才是实现应对三个阶段中的任务控制，例如跳闸、警报等指令的传递。因此继电保护装置的工作回路（如图示1）包括：将电力系统中一次的供电设备电路电流转变为启动继电保护装置等二次设备使用的电流、电压，并使一次的供电设备电路电流与二次继电保护装置设备进行隔离，如电流、电压互感器及其与保护装置连接的电缆等。因而继电保护装置原理机构框为由测量部分进行故障参数量与整定值对比的，通过逻辑部分与执行部分两个阶段，实行跳闸或信号脉冲等操作[4]。

图1 继电保护的工作回路Fig.1 Working circuit of relay protection

2.3 电力系统自动控制装置

2.3.1 自动重合闸装置

自动重合闸装置是指一次设备的电路出现故障时，由二次设备自主加入的一种自动装置。在一般情况下，自动重合闸装置除人工控制或频率跳闸时，自动重合闸装置不应启动，从而避免断路器重新合上，导致电力系统的故障[5]。

2.3.2 自动并列装置

由于我国多个发电机装置或电力系统是采用连接而成的并列方式，因此自动并列装置则是将发电机装置进行同步的有效控制方法[6]。通过自动并列装置控制的发电机，使得其每个转子都以相同的电角速度进行旋转，并在其相对运动的电角速度都在允许范围的极限值内，从而有效地提高了电力系统的稳定性。

2.3.3 微机保护装置

微机保护装置是由高集成度、总线不出芯片单片机、高精度电流电压互感器、高绝缘强度出口中间继电器与高可靠开关的电源模块等部件共同组成。微机保护装置功能丰富，除完成各种测量与保护功能外，通过与上位处理计算机配合，可以完成故障录波，谐波分析与小电流接地选线等功能[7]。

3 电力系统的继电保护中自动化装置的应用

3.1 实行规范的检查制度

电力系统的自动化装置应用可以帮助检查人员实行规范的监管制度，而这涉及到自动化实行监管制度的技术必须联系单元层、通信网、监控站，从而构建规范、完善的检查制度。检测保护单元作为实行规范检查制度的第一步，该单元主要为了提高电力系统的安全性与规范性，从而使得发电厂整体安全系数得到显著地提高。技术人员通过使用一次性设备的方式将其中的保护单元进行监测的方式，从而得出保护单元的质量与灵敏度是否符合规范。互联网通信技术作为发电厂电力系统自动化装置的关键，也是规范检查制度的第二步，互联网通信技术的安全与否直接关系到自动化装置的应用是否能够达到预期成果。监控主站作为实行规范检查制度的第二步，在我国目前发电厂的规定中，监控主站有专门的监控层，这样安排不仅能够最大限度地发挥监控主站的职能工作，还能确保管理目标信息的安全性与及时性[8]。

3.2 实现继电保护的自我调节

由于我国现今电气领域技术的不成熟与能源开发的不完善，因此我国发电厂电力系统常常出现一些故障，使得检测人员投入大量精力进行排查，从而间接影响了我国群众的生活质量与社会经济的发展效益。为了确保故障排查与检修的安全性与效率性，电力系统引入自动化装置可以实现真正继电保护的自我调节能力。通过对电路周遭异常情况与数据库中记录信息进行对比，电力系统通过自我调节的方式将故障进行排查纠正，从而保证了电路的畅通。同时电力系统自动将本次故障信息进行记录，以便下次进行排查观测[9]。

3.3 实施自动化总线控制

实施自动化总线控制是在改良电力系统自动化装置的基础上，对相关的设备与配置进行了系统性的优化，经过总线控制优化将集控室与馈线通道进行紧密连接，从而加快了DCS组态的产生，进一步提高电力系统相关设备的运行效率。除此之外，由于自动化的总线控制使得电路反应速度大大提高，从而加快了检修维护的进程。实施自动化总线控制将是将电力系统的相关设备进行人为连接，从而实现了设备性能数据入库，提高了内网储存库数据更新效率，通过采用光纤和双绞线进行连接，除了限制成本以外，能够提高相关设备的反应速度。在自动化总线控制与数据库互相配合校正的作用下，电力系统实现技术性自我调节准确性随着我国互联网通信技术不断发展而进步，同时内部控制的管理环节也是取得了显著的成果，4G技术与无线网作为我国电力系统技术自动化总线的应用发展，改善了传统单一模式，实现了分散控制[10]。

4 结论

我国电力系统自动化装置的应用与推广不仅能够对社会群体活动起到维系继电保护与能源稳定的极大优势，还具有极大的经济生产价值与社会活动价值。随着新型能源开发带来的节能性与清洁性，为电力系统自动化装置的高效率深入发展方向带来极大的研究价值与推广动力。伴随着电力系统自动化装置的研究深入，我国应该尽快出台相关法律法规，从而为实现智能化继电保护的电力系统做出重大贡献。