电力系统继电保护技术的现状与发展

王俊星 刘洋

【摘  要】在科学技术水平提高和现代化社会发展的共同作用下，电力资源成为我国生产生活各个领域发展中不可或缺的资源之一，电力系统也因此被视作重要的供应系统。电力系统本身就是大型且安全隐患较多的作业系统，因此，对电力系统的继电保护十分关键，并且难度很大。基于此，论文分析了继电保护技术的相关概念，汇总了电力工程继电保护故障的成因，随后探究了电力工程继电保护技术的运用原则，最后分析了电力系统继电保护技术的未来发展趋势，以供相关人士交流参考。

【Abstract】Under the joint action of the improvement of science and technology level and the development of modern society， power resources have become one of the indispensable resources in the development of various fields of production and life in China. Therefore， power system is also regarded as an important supply system. The power system itself is a large-scale operation system with many security risks. Therefore， the relay protection of the power system is very critical and difficult. Based on this， this paper analyzes the related concepts of relay protection technology， summarizes the causes of relay protection faults in power engineering， then explores the application principles of relay protection technology of power engineering， and finally analyzes the future development trend of relay protection technology of power system， for relevant people to exchange and reference.

【關键词】电力系统;继电保护技术;现状;发展

【Keywords】power system; relay protection technology; current situation; development

【中图分类号】TM77                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）09-0185-03

1 引言

当前，电力资源是人们生产生活中不可或缺的重要资源，供电系统也成为保证人们正常生活和稳定生产的主要能源系统，电力系统中的任何部位出现安全隐患都会影响整个电力系统的安全运行，甚至引发大面积停电现象。由此可知，电力系统的继电保护工作十分重要和关键。随着电力系统的改革和创新，电力系统的继电保护和维修工作的难度日渐提升。继电保护是在这种背景下提出的新型保护方式，改善了传统电力系统保护方式的缺陷和不足，融合了几种电力系统保护方式的优势，在现代供电网络当中发挥了重要作用。

2 继电保护技术概述

2.1 继电保护技术的概念

继电保护技术的应用实质上是继电保护器在发挥作用的过程，继电保护器由开关、电流感应器等构件组成。在电流感应器感知到电流异常之后，会自动把主回路切断来保证设备不受到损坏和工作过程中不造成人员损伤。继电保护器主要具有2种功能，即过载保护和电流短路保护，一般会在设备产生漏电故障时自动启用保护功能，从而避免意外事故的发生[1]。

2.2 继电保护技术的应用背景

如果不正确使用熔断电阻丝，实际运用的电流量超过了承载值，这时流经导线的电流产生的热量会将外表的绝缘层融化，这时就容易造成故障隐患。如果在日常工作中对器材的损坏较为严重并且没有及时检查和发现损坏情况，就容易影响电流的正常使用，容易造成安全隐患，从而引发安全事故，威胁人员安全。此时，继电保护技术的应用十分必要。

2.3 继电保护技术的工作原理

继电保护技术是应用在设备漏电故障发生之时保护设备和保证安全工作的手段，因此，为更好地应用这项技术，相关人员需要了解它的工作原理。继电保护技术实质上是继电保护器对于设备出现漏电故障时利用其过载保护和短路保护的功能避免工作过程中安全事故的发生。在建筑电力系统工作过程中，因为使用电力系统的设备和环节过多，所以稍有不慎就容易导致安全事故的发生。然而，一般使用这些电力系统设备的人员只是普通的建筑人员，操作不当、检查不及时、对实际的使用原理不了解是当前工作团队中的常见问题，这极易导致各种漏电事故频频发生[2]。

继电保护器中利用其组成结构中的电流感应器，在感知电流异常時，保护器会自动关闭开关从而进行断电。一般的电力系统设备在电流输入的地方会安装继电保护器，通过导线一端接入电流感应变压装置，断电的开关安装在导线的在另一边，以便在电流通过时及时感知异常，从而阻断异常电流对设备的损坏。

3 电力工程继电保护故障的成因

3.1 人为原因造成的故障问题

在电力工程中，技术人员往往会遇到一种情况，即根据事故报警装置显示继电保护发生了故障问题，但是找不到导致这一故障发生的源头[3]。另外一种情况就是继电保护机械停止工作，事故报警装置却没有提前预警，这就使得技术人员未能判断故障产生的缘由和过程。然而，根据以往数据显示这几种故障情况的产生都是由于各种各样的人为原因，如职工在工作岗位中不集中注意力、没有采取及时有效的解决措施、操作不当等。一旦出现这种人为原因导致的故障，技术人员一定要在第一时间将情况如实向管理人员汇报，以此来保障故障解决的效率。

部分情况下，电力工程单位会发生一种故障情况就是电压失常，这种故障情况在发生时检测其开关等主要装置均不会排查到任何异常情况。但是技术人员会因主观原因导致判读不到位，进而导致故障处理方法不当，容易造成各种安全隐患。

3.2 辅助工具应用不到位造成的故障问题

一般情况下，技术维修人员在解决电力工程继电保护故障问题时，会通过以往的故障汇总信息库、机械报警装置等要素来判断故障发生的原因，并确定故障处理的方法。电力工程管理人员会安排专门的负责人员来对继电保护器进行定期排查，如果系统存在故障问题，可以对系统进行针对性维修检查，这种情况和继电保护机械异常是无关的。然而，一旦排查到继电保护机械出现了异常情况，技术人员应当预先做好故障表现特征的信息备案，先规划出解决故障问题的方案再实施正确的解决措施，以此来降低故障问题造成更大损失的概率。在电力工程单位中，各种机械装置能够作为技术人员检查继电保护机械的辅助工具，因此，技术人员必须充分发挥这些机械装置的优势作用，以此来提升故障判断的准确性和故障解决的效率。在继电保护机械发生故障问题时，这时观察检测装置就会发现很多数据显示正常，出现这些情况的原因是相应的负责人员没有做到实时监测继电保护机械的工作情况，未发挥辅助工具的作用，同时，并未做好日常数据的记录，这时技术人员就会误判继电保护故障问题发生的原因，进而引发更加严重的故障问题。由此可见，一旦继电保护出现任何故障问题，技术人员必须对整个系统进行整体综合排查，以此来提高事故处理的质量[4]。

4 电力系统继电保护技术的运用原则

继电保护技术是使得电力系统设备能够正常运行的手段，那么面对大量使用电力系统设备且用电环节多、大规模生产的电力企业来说，更应该注重这项技术的使用原则。

4.1 三段式继电保护原则

在电力系统工作时，流过电流感应器的电流有相反的方向和相同的大小，这就说明电流是正常的，继电保护器并没有工作。一般来说在这种情况下，感应器中的感应磁通数值为零，且断电开关没有启动。而如果一切情况相反，流过感应器的电流有相同的方向，感应器中的感应磁通的数值不为零，且其中电流大小数值相等，断电开关工作，这就是设备在漏电故障情况下自动启用继电保护器的征兆。

4.2 接零保护原则

一般电力系统设备如果存在导线外露的情况，管理人员会安排设备人员对接线采取接零保护，主要针对器材中带有金属的部分。一般接零保护时，只是配备保护的零线而不是熔断电阻丝。另外，开关不会安装在次要的保护零线上，接地保护零线和接零保护零线也不会安装在一起，这样能够保证继电保护器的安全使用。

4.3 接地保护原则

为有效避免使用的电力系统装备接地效果受到影响，技术人员应该遵循接地保护原则。在大型轨道工具作业时，接地处理和3个以上的接地点是必备的，另外，1～4Ω是电力系统连接节点处可控的电阻率范围。接地保护是应用在电力系统设备导线外露的情况下，主要是在外露的导线并没有产生电流的情况下对其进行接地保护，从而使得工作人员在触碰外露导线时不会出现安全事故。这是任何金属外壳和装备进行接地处理时的必要措施，这样能保证每一个工作环节的工作人员在接触金属外露的部分时不会造成故障问题[5]。

4.4 继电保护器的安装原则

①额定的继电保护时长。一般来说，针对不同等级的支干线额定的继电保护时长不同，一级的支干线相较于平常的保护时长会相差0.2s，而三级的额定保护时长则与其相差0.4s。②针对不同等级的支干线来说，额定的继电保护电流大小也不同，主要在0～300mA的数值范围根据不同等级的支干线分别调节。

5 电力系统继电保护技术的发展趋势

5.1 网络化

互联网技术的快速发展推动了社会各个领域的变革，例如，技术领域、政治领域、经济领域，等等。国民的数据信息通信工具就是计算机网络，并且在新时代占据了重要的支柱性地位，促使国民生活生产的情况出现了本质转变，其对工业生产行业产生了很大程度的影响，也使得该行业具备了有力的通信保障。近期，基于纵联差动保护的继电保护设备在新时代占据了重要的地位，对电力系统的安全、稳定、持续运行提供了保障。虽然继电保护主要的作用是体现在排除问题配件与降低安全事故影响等方面，但是该装置的作用并不仅限于此。在20世纪末，国内某大学专门为三峡水坝的回路母线研发出了一类分布型母线保护设备，这一设备是将传统的集中型母线保护划分为不同的母线保护。技术人员会在不同回路的保护屏当中安装这些保护单元，单元之间会留有一定的空隙，不同保护单元之间是通过计算机网络相连接的，这一网络会将回路的所有保护单元构建成为一个完整的体系。各个保护单元会按照该回路的电流量以及由计算机网络所得到的其余回路电流量作为参考依据，从而计算母线的差动保护数值。

当结果得出是母线发生了故障问题，那么继电保护装置就会将该回路的断路器隔离，排除故障线路。当外部发生故障问题时，任一保护单元计算结果均显示为外援故障，所以不会发生任何反应。相较于传统的集中型母线保护技术来说，当前这一类通过计算机所实现的分布型母线保护技术能够为电力保护系统提供更加稳定的技术保障。

5.2 智能化

随着新型电子芯片的研发和新兴技术的快速发展，继电保护装置的智能化水平不断提升。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如，在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一种非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动。如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其他方法如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快[6]。天津大学从1996年起便开始研究神经网络式继电保护，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。

5.3 绿色化

近年来，国内工业领域的发展速度不断加快，国民的生活水平也日渐提升，能够享受到越来越好的物质条件。然而，在经济水平高速提升的同时环境问题日益凸显。现阶段，国内的污染情况越来越严重，资源浪费问题也越来越严峻，国家对环保节能的关注度提升，相关部门出台了很多环保相关的政策和节能策略。由此可知，未来社会将会朝着保护环境、节约能源的方向发展，由此还诞生出了环保产品的概念。无论是从设计、生产、研发、运用等角度来看，继电保护装置都和保护环境、国民健康发展的需求相关。

5.4 一体化

在实现继电保护技术计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络中的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，即实现保护、控制、测量、数据通信一体化[7]。

6 提升继电保护技术应用效果的有效方法

6.1 配备专业技术人员

当前，科学技术处在不断发展的状态当中，并且继电保护技术尤为重要，对于工作人员的素质提出了较高要求。相关部门需要聘请专业的技术人员，并且组织对于工作人员的专门培训，使其掌握继电保护技术的理论知识和操作原理，从而在电力系统工作中重视继电保护技术的准确运用和电力系统设备的定期排查，从而提高人员素质，促进工作安全有效开展[8]。

6.2 重视继电保护器

继电保护器是继电保护技术中主要应用的设备，其使用种类和作业场所的环境都会对其正常使用产生影响。电力企业应该将继电保护器安装到固定电源处且远离对电力系统产生安全隐患的因素，从而保证继电保护器的正常使用。另外，安装具有报警器的继电保护器是必要的，这使得电力企业中的工作人员可以及时通过警报发现设备的故障和安全隐患，从而提升供电工作的质量。

7 结语

综上所述，国内的继电保护技术历经了4个发展阶段，由于科学技术与供电体系的快速发展，继电保护技术也朝着多个方向发展。具体表现为朝着网络化、智能化、绿色化的方向发展，这使得相关行业的人员面临着更加复杂的问题，但也推动了继电保护技术的快速发展。

【参考文献】

【1】高仁栋，吴在军，范文超，等.双端直流配电网反时限电流方差保护方案[J].电网技术，2018，42（9）：2849-2859.

【2】栗赛男，孔凡梅，李玲萍.电力系统中继电保护与自动化装置的可靠性探究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2018（4）：171-172.

【3】刘春晖，钱文晓，杨朋威，等.新一代300 Mvar调相机失磁运行特性及保護研究[J].电力工程技术，2019，38（6）：154-159.

【4】张英，王军，黄永烈，等.基于电力系统的继电保护可靠性技术研究[J].通信电源技术，2018，35（7）：68-69.

【5】石磊，魏晓晨，庞天皓，等.浅析电力系统继电保护的作用及发展趋势[J].城市建设理论研究（电子版），2019（7）：184.

【6】高延辉，宋志刚，王春克，等.试议电力系统继电保护技术的现状与发展趋势[J].名城绘，2018（2）：306.

【7】王记昌，李仁，吕俊霞.电力系统继电保护和二次回路的现状与发展趋势[J].兵工自动化，2020，39（1）：32-34+67.

【8】杨占录，李卫宁，刘吉军.舰船机电装备类课程实训条件与实训模式构建[J].船舶职业教育，2019，7（6）：60-62.