电力系统继电保护二次回路技术的有效应用

刘奔

摘要：電力系统继电保护二次回路技术的有效应用是确保电网安全稳定运行，提高供电可靠性的重要手段。只有通过合理运用继电保护二次回路技术才能保证电力系统能够正常运作。因此，必须加强对该方面内容的研究力度，以保障电力系统安全稳定运行。目前，随着社会经济水平不断发展，人们生活质量也得到极大的提升。然而当前我国许多电力企业对继电保护二次回路技术重视程度不够，导致其故障发生率较高。该文分析了继电保护二次回路在实际工作中存在的问题和不足，并提出了相应的解决对策。

关键词：电力系统 继电保护 二次回路技术 基本原理

中图分类号：TM77   文献标识码：A

The Effective Application of Secondary Circuit Technology for Relay Protection in the Power System

LIU Ben

（Overhaul Branch of Hubei Energy Group New Energy Development Co.， Ltd.， Lichuan， Hubei Province， 445400 China）

Abstract： The effective application of secondary circuit technology for relay protection in the power system is an important means to ensure the safe and stable operation of the power grid and improve the reliability of power supply. Only through the rational use of secondary circuit technology for relay protection can ensure the normal operation of the power system， so it is necessary to strengthen the research on this aspect to ensure the safe and stable operation of the power system. At present， with the continuous development of the social and economic level， people's quality of life has been greatly improved. However， at present， many electric power enterprises in China pay insufficient attention to secondary circuit technology for relay protection， leading to its high fault rate. This paper analyzes the problems and shortcomings of the secondary circuit of relay protection in practical work， and puts forward corresponding solutions.

Key Words： Power system; Relay protection; Secondary circuit technique; Fundamental

电力系统继电保护二次回路技术的有效应用有利于保障电力系统的正常运行，为用户提供可靠、优质的电能。但是，由于电力系统继电保护二次回路设备长期处于户外环境之中，很容易受到外界因素的干扰而出现各种异常现象。比如：温度变化引起的电压波动或者电流过大等都会导致继电保护装置误动作，进而影响电力系统的稳定运行，甚至还会引发一系列安全事故，造成严重的经济损失，危害到广大人民群众生命财产安全。

1电力系统继电保护的基本原理

1.1继电保护的数学基础

电力系统继电保护主要包括信号采集模块、通信传输模块、数据处理模块及保护决策模块四大功能模塊，其中信号采集模块负责将电信号转化为光信号或其他形式的信息。通信传输模块负责实现各继电器之间的数据传输。数据处理模块负责把不同类型的信息转换成相应格式的数据文件并保存在数据库中。保护决策功能模块负责从存储数据库中的相关参数中选出最适合该区域电网运行的最优方案。信号处理模块负责对各种数据进行分析处理，从而得到准确可靠的结论。保护决策模型是由多个独立模块组合而成的复杂系统，其核心部分就是算法设计与程序编写。数据处理模块负责处理接收的数字信号。信号处理模块负责计算出需要的电压电流幅值及其相位值。保护决策数学模型则用于描述发生故障时保护装置是否能及时切除故障元件的问题。保护决策执行模块主要包括开关操作机构和继电器控制电路。各模块之间通过接口相互通信，完成整个电力系统的实时状态监测、故障诊断以及事故预防等工作。保护决策模块负责将采集到的信号转换为对应的控制量或动作指令发送给信号处理模块。保护决策模块负责根据各个模块的输出结果做出正确的判断和响应，从而做出最佳选择，使继电保护能够满足需求。

1.2电力系统的电流及零序分量

（1）电力系统中性点接地方式电力系统中通常采用经消弧线圈接地系统来消除基波频率成分，由于这种方法具有诸多优点，因此被广泛应用。其主要原理是通过检测线路上的电压、电流以及相位等参数计算出故障发生时的相角值，且该技术在配电网中得到了广泛运用。随着科学技术的发展，这项技术越来越成熟，逐渐成为一种新的有效的继电保护装置。目前，使用最多的是小电阻接地和大电容接地两种方案，其中小电阻接地又分为串联接地与并连接地两大类，而串接接地一般用于单相短路或相间短路的情况下，而并连接地则应用于两相短路及三相接地的情况。这两种接地方式都有自己独特的优越性能，其中以小电阻接地最为常用。然而它存在着缺点：当出现单相短路故障或者三相短路故障时会产生大量高次谐波而导致电能质量下降；另外当高阻抗负载接入系统后，也会增加变压器的励磁涌流，影响供电系统的稳定。

（2）电力系统正常运行条件下的过电压水平电力系统。正常运行条件下受各种外界因素的影响，电网内不可避免地出现各种各样的暂态现象，如过电压、过电流和欠压过流等。这些现象对电力系统安全经济运行构成很大威胁，因而必须采取措施防止和减少它们的危害，以保证电力系统的安全、可靠运行。

（3）电力系统中不同位置处的绝缘配合问题电力系统中的高压电气设备处于不同的地理位置，并且安装地点各不相同。如果设备间距离过长，就可能引起局部放电或电弧燃烧。一旦这些放电引燃周围介质，轻则造成电气火灾，重则危及人身安全，甚至还会引发爆炸事故。因此，对于电力设备的布置，应该充分考虑到电气设备所处的工作环境，使之尽量远离易燃易爆场所和危险区域，以免发生爆炸。所以，为了确保设备安全可靠地运行，除了需要考虑供电网络是否满足安全性要求外，还要根据实际情况来选择合适的接地系统。

2继电保护技术

2.1继电保护特性

继电保护原理就是通过检测线路上的电压变化，判断出保护动作行为及其方向的一门学科。它是电力系统自动化领域里最基本的专业之一，在整个电力系统中起着非常重要的作用。从本质上讲，继电保护是一种控制装置，即在发生故障时将其发出的信号转换成电信号传递给控制系统。传统的继电器式保护存在许多缺点和不足，已经不能适应现代化电网对继电保护的新要求，而以电子计算机为基础的数字式继电保护则更显示出其优越性。微机继电保护就是用微处理器代替普通电子线路来实现继电保护功能的系统。它既保留了继电器保护的优点，又克服了它们的缺点，因此被认为是继电保护技术发展的必然趋势。目前，国内外主要采用微机型继电保护，随着现代科学技术的发展，特别是计算机技术、微电子技术及通信技术等的飞速发展，使微机保护装置得到了广泛应用，并已成为当今变电站综合自动化的核心部分。微机保护具有可靠性强、功能全、实时性好等特点，但由于微机保护的使用场合与常规保护有所不同，加之微机保护本身所固有的一些缺陷，致使其性能无法达到预期效果。

2.2继电保护的方法

当发生短路电流超过允许值时，会导致断路器跳闸，从而产生较大的过电压；同时由于各种原因，如变压器中性点接地方式不正确、开关误操作等都会导致系统突然停电，这样既影响生产又给人们生活带来不便。一旦出现这种情况，若不能及时处理将可能使整个供电系统瘫痪而酿成重大事故，因此在任何时候必须保证电网安全可靠运行。这时，如果能迅速切除故障或切断故障元件，就可以有效防止事故扩大，甚至造成更大的损失，这就是人们所说的“保安全”原则。然而当发生短路时，其后果往往更加严重，有时还可能导致大面积断电，从而威胁到社会经济的发展，并对人类的健康造成危害[1]。另一方面，如果一旦系统失去了保护作用，那么就有可能造成大面积停电，进而危及社会稳定。此外，一旦系统失去了继电保护装置，也容易导致设备损坏，从而威胁到人身安全。所以，对于电力系统中发生的各类短路故障进行分析，制定相应的措施，及时可靠地恢复供电是十分迫切和必要的。故障类型及特征故障分为单相短路和两相短路两种情况。通常来说，故障可分永久性短路和暂时性短路两大类：前者包括断电缆引起的单相接地故障；后者指发电机转子绕组断线引起的三相短路故障。

2.3继电保护在电力系统中的应用

为了确保电力系统的正常运转，需要经常监视继电保护装置的动作情况。在这些保护装置中最常用的有电压互感器二次侧熔丝熔断试验、电流互感器二次侧开路试验以及零序阻抗继电器失压试验等。其中，电压互感器二次侧短路和电流互感器二次侧短路是最为常见且较为重要的两类故障，它们常被用来判断继电保护是否失效。另外，为了避免由于继电保护的拒动或误动所造成的重大经济损失，还需定期检查继电保护装置是否完好，以便及时发现问题，排除障碍。目前我国电力系统中广泛使用的微机型继电保护主要由两个部分组成：一是作为主回路的主站，它负责采集各分路信号以实现各种控制功能。二是作为后备保护的后备变电所，它接收从主站传来的信息，通过处理后发出告警信号给用户。但是，在实际运行过程中，因为许多因素会影响微机型继电保护的可靠性，因此，有必要研究一种能够快速准确识别出微机型继电保护异常状态的方法，这就是利用人工神经网络来诊断微机型继电保护是否存在异常现象。

3电力系统继电保护

3.1继电保护的分类

所谓继电保护的分类，简单地说就是指将继电保护按其不同性能分成若干类，然后再对每一类继电保护分别加以区别和检查。继电保护是保证电力系统安全稳定运行的重要组成部分之一，一旦发生故障将会造成重大经济损失甚至人员伤亡。继电保护主要包括自动装置与手动保护装置。随着科学技术的不断发展，自动化技术已经得到了广泛运用，但也带来了一系列问题。例如：由于自动化设备自身存在着一定的缺陷以及一些外界因素的影响，会出现各种各样的故障问题，其中最为典型的就是继电保护动作错误[2]。从理论上讲，当电网结构发生变化时，继电保护可能表现出同一种或几种特殊性质，如重合闸失灵或者线路跳闸等，而这就意味着在这种情况下，如果不及时采取相应对策，很可能导致整个系统崩溃，甚至危及人身安全。此外，一旦发生此类事故的话，不仅造成巨大的经济损失和人员伤亡，同时还会给社会带来严重的不良影响。可见，做好继电保护工作意义重大，但实际中仍然存在许多问题需要解决。目前，我国大多数地区都已经实现了无人值班变电站的建设，这为继电保护工作提供了新的机遇与挑战。由此可见，加强对继电保护技术及其故障诊断方法的研究有着非常重要的现实意义。众所周知，继电保护是保证电力系统正常运行的必要手段之一，也是保障电力系统安全稳定运行的关键内容。然而由于继电保护具有一定的复杂性和不确定性，使其故障类型比较多，从而增加了诊断难度。因此，对于继电保护而言，必须要进行科学有效的故障诊断，才能使之更好地为人们服务。

3.2电力系统故障及检测

在电力系统中，由于各种原因造成的短路事故是经常发生的。其中最主要的是由三相短路而造成的单相接地短路以及两相短路（包括单相断线）等。如果这些短路都不能及时被发现并加以切除的话，将会给电力系统带来巨大的损失。例如：电能浪费、电气设备损坏等。此外，由于短路电流过大还将导致电力设备发热甚至烧毁。所以，对于需要快速进行保护的电力系统而言，准确地测量出故障距离十分重要[3]。它不仅关系着电网系统本身能否安全稳定地工作，而且也直接影响了用户的利益。因此，如何提高继电保护系统对短路电流的灵敏性具有非常重要的现实意义。在电力系统中，变压器是最常用的一种电力元件，而其内部发生故障时往往表现出复杂的非线性特性。同时，由于各种原因造成变压器低压侧开路的事故时有发生，这就要求我们有较高的检测精度和可靠性。当电网系统遭受到一次或多次短路电流时，会使线路上各相绕组产生严重的不平衡电势，从而引起电压降和相角变化等现象，进而对继电保护装置的正常运行带来不良影响。

短路电流值的确定短路电流值即为流过各相间导线所需的最小电流值，其数值越大说明该导线与其他导线之间绝缘强度越低。在电力系统中，任何一个电气设备都是由若干相互联系的元件组成的有机整体，它们之间存在着相互影响和制约关系。其中任一部件损坏，都有可能导致其他部分功能丧失，若某一环节遭到破坏，将会引发连锁反应，造成更大损失。另外，某些电气元件也能改变电路中某个物理量，例如：电压降和过零点位置发生变化等。这些因素均可引起故障。一旦某一环节出现故障，将直接影响整个电路乃至整个供电系统的稳定，如发生单相断线事故。因此，必须根据短路点两侧设备的不同情况来确定合理的短路电流值，以确保供电可靠和安全运行。

变压器保护一般采用差动原理进行整定計算，而对于三相负荷不平衡性较大的供电系统，则宜采取基于相位补偿原理的三相对称分量法。该法在对中性点不接地系统中也具有良好的适应性，当电网为单相接地时，利用该理论可以准确地判断出线路上某一节点是否发生了两相或多极接地故障[4]。计算结果比较精确，便于实现自动化操作。但是这种方法受两相接地间阻抗、零序电阻以及负载性质等因素的限制，实际应用受到一定程度的局限。也就是说，如果用传统的方法计算，得到的结果并不能保证满足工程需要。

3.3电力系统继电保护装置故障分析及处理

（1）继电保护装置的分类根据不同类型的继电保护装置，可以分为常规型继电保护装置、智能型继电保护装置两大类。常规型继电保护装置又可分成两类：一是基于远距离继电器原理而设计的继电保护装置，它主要适用于远距离输电和长距离配电系统，如高压直流输电系统和超高压变电站的主变与间隔层之间的电流互感器差动保护；二是利用微机技术来实现的新型继电保护装置，这种新型继电保护装置具有体积小、可靠性强、动作速度快、抗干扰能力强、维护方便等优点，目前已经得到广泛应用。智能型继电保护装置就是在这两种继电保护装置基础上发展起来的。

（2）电力系统调度自动化系统的组成电网调度自动化系统一般由数据采集系统、通信传输系统和监控管理系统这3个子系统构成。其中数据采集系统负责实时采集电网信息并通过通信网络传送到控制中心或远方终端，同时完成现场设备参数、状态量的测量、显示以及报警功能；通信传输系统主要用于向控制中心发出控制命令以驱动执行机构执行相应动作；监控管理系统用于对各用电部门的各种信息进行管理、统计、查询、打印及报表输出等功能。

4电力系统继电保护二次回路技术的有效应用分析

4.1电力系统继电保护的特点

继电保护作为一种防止事故扩大或避免停电损失的重要手段，其作用越来越受到人们的重视。然而，随着我国经济建设的高速发展和人民生活水平的不断提高，人们对供电质量要求也越来越严格，特别是当出现自然灾害时，如何快速、可靠地为广大用户提供不间断的电源将成为摆在我们面前急需解决的问题。众所周知，一旦发生电力系统故障，将会给国家和人民带来巨大的经济损失，甚至危及人们的生命安全，而继电保护装置又是确保电网稳定、正常运行的关键设备之一，如果不能正确动作，后果不堪設想，尤其在当前市场经济下，市场竞争日益激烈，企业为了生存和发展都要以最小的投入获取最大的效益[5]。因此，企业之间的竞争归根结底就是产品质量和服务的竞争，只有优质的产品才能赢得市场。电力系统作为关系国计民生的重要基础产业，其生产过程中存在着大量危险因素，这些不确定因素直接威胁人们的生命和财产安全。因此，对于电力系统而言，“安全第一，预防为主”已成为电力工业永恒的主题，这就要求我们必须做好各项工作，保证整个供电系统安全可靠运行，最大限度地减少因故障所造成的经济损失，为国民经济和社会发展创造良好的条件。

4.2电力系统继电保护二次回路技术措施

变电站二次保护与主变压器差动配合方式的选择：由于高压输电线路通常采用三相四线制接线方式，并且多位于城市中心地带，所以110 kV以下一般采用单相接地短路电流互感器来实现零序阻抗差动原理，即根据中性点经消弧线圈接地系统零序电阻后产生的基波正弦波分量来计算出补偿电容值，然后再通过投切电容器使之补偿于被测电路上[6]。由于此类型保护装置具有较高的可靠性和灵敏性，因此在电网故障时可以迅速动作切除事故元件或恢复供电；另外，还可用于测量相间距离、确定电压限量以及判断断路器开断情况等。而在实际工程中，往往只需将其作为一次设备进行投、切操作，而不需要对该装置实施任何改造，这样就导致了大量资金的浪费。这种方法虽然简单方便，但却会增加投资成本。

5结语

电力系统继电保护二次回路技术的有效应用可以提高保护动作速度，缩短停电时间，减少误报及漏报率，从而更好地为电力系统安全经济运行提供保障。目前我国电力系统已经普遍使用微机型继电保护装置。它具有动作可靠、灵敏度高等优点，为电网安全运行做出重要贡献。因此，继电保护装置已成为保证供电可靠性和电能质量不可缺少的组成部分。

参考文献

[1] 郑恺.电力系统继电保护二次回路技术的应用[J].光源与照明，2021（9）：117-119.

[2] 苗宇.电力系统继电保护二次回路技术的应用[J].安防科技，2021（8）：283-284.

[3] 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.

[4] 杨丽萍.电力系统继电保护二次回路检修问题及对策探析[J].大科技，2022（3）：27-28.

[5] 龚陈龙.浅议智能变电站继电保护二次回路在线监测与故障诊断技术[J].电子测试，2020（2）：102-103，90.

[6] 周迎伟，高明亮，杨慢慢，王学山.电力系统继电保护二次回路故障状态实时监测方法[J].自动化与仪器仪表，2021（7）：171-174.