浅析电力系统中电气设备的继电保护和防雷保护

黄磊

（中国铝业股份有限公司广西分公司，广西 平果 531400）

随着经济社会的发展，人们对电力系统性能的要求也在不断提升。尤其是在电网运行过程中，由于各种原因导致出现故障的情况屡见不鲜。为了保障整个电网安全稳定发展，需要保证电网中每台电气设备都能正常运行，并能够及时将故障信息传递到控制中心。在这样的情况下，为了确保供电的安全性，电力系统中对电气设备进行了必要的保护措施，比如，对电力线路中的电流进行保护。随着我国经济社会发展步伐不断加快，人们对于供电安全性能方面需求越来越高，因此需要加强对电气设备继电保护和防雷保护方面的研究工作。

1 继电保护技术的工作原理与分类

我国电网采用的是集中供电模式，在地区电网出现故障时，将导致电网的电流增大或减小。由此，采用继电保护技术对出现故障的线路进行参数对比，而后再基于正常参数的差别对比形成继电保护技术的运行原理。一般情况下，继电保护技术会首先读取被测部件的信号，并与标准区的数值相比较，然后进行逻辑上的故障分析，最后通过集中运算来判断是否采取信号预警、跳闸断电等。传统的继电保护技术包括电流保护、低压保护、功率方向保护等。当前，随着信息技术的不断深入，继电保护技术也将逐步走向网络化和智能化。该装置不但能监测和报警故障，而且还能根据故障的不同进行局部的自修复，由此能够为保证电网的正常运行提供有力的保证。

2 电气主设备继电保护存在的风险点

（1）电力系统继电保护装置本身较为精密，随着科学技术的发展，其可靠性也越来越高。因此，在实际工作中要加强对于继电保护装置运行情况的监视，一旦发现故障信息，需要及时将其传递到控制中心，确保能够快速准确地解决问题。

（2）目前电气设备自身的设计、制造、安装和运行存在较多缺陷，导致发生保护拒接的情况出现，进而引发继电保护故障。

（3）继电保护装置运行期间受外部环境因素影响较大，比如，气候和地理环境等多种因素影响。随着我国电力系统的不断发展与建设，传统的继电保护装置已经无法满足当前发展的需要。

（4）我国电网的建设经历了几个阶段，传统的电网一般都是采用电力输送和配电变压器相匹配的方式来进行，若电网与继电器的配置不一致，很可能导致继电保护装置的工作失效，比如设备的过载，而有些区域由于整体开关设备的更换没有达到自动控制的功能，从而会受到供电的影响，并且也将极易导致开关设备出现故障问题。

（5）由于继电保护装置自身的复杂程度比较高，随着智能技术的不断发展，元件的数量也在不断增加，如果出现故障，将会带来极大的负面影响。通过对现有继电保护设备的数据进行全面的分析，可以看出，由于互感器饱和、继电保护装置元器件灵敏性降低等，都将直接导致电网出现不稳定。

3 电力系统中电气设备的继电保护

3.1 强调智能化电网系统的保护措施运用

随着科技的发展，电力系统已经从单一的输电系统走向了多元化。但是作为电力系统运行最关键的设备之一的继电保护却在不断地进行着技术变革，继电保护技术也成了整个电力系统中重要的组成部分，并且其发展也逐渐趋于成熟。尤其是在现代网络技术高度发达的背景下，对继电保护也有了更多新要求。首先，就传统继电保护而言，其采用传统的继电器操作方式来实现对电气设备故障情况进行检测以及反应，然而，这种操作模式非常烦琐且易受到外界环境影响。其次，继电保护技术中存在很多不稳定因素以及信息处理不足问题。传统的继电保护主要是通过继电器的控制与反馈来实现对电力系统运行状况进行检测与反应，但这种操作模式在复杂多变的电力系统中会造成很大困扰。而且，还会出现很多由于外部环境因素导致继电器误动作的情况。最后，由于电力系统不断变得更加复杂和多元化，使得继电保护无法完全满足实际工作需求，因此需要对其进行更新与改进。

目前，各有关单位和员工都应该认识到智能化的电力系统的发展方向，并充分运用现代的人工智能技术来为继电保护提供更好的服务，比如，电网中的电阻短路、距离保护等故障排查都相对困难，由此将可以利用进化规划以及遗传算法对继电保护进行优化突破，由此更好地提升电力信息的收集效能。

3.2 注重故障排查与处理技术的应用

继电保护技术在应用过程中，要注重故障排查与处理的有效结合，提高设备的可靠性。在电力系统中，经常会出现多种故障类型，这对继电保护装置的可靠性提出了更高考验。同时对故障类型的判断及解决方法也需要进一步探索和创新。首先，通过使用万能表进行局部阻断检查，进一步缩小故障的范围，并逐渐确定故障的部位。其次，电位测量法不仅可以检测二次电路的电压、电流，还可以在各个结点上对故障进行存点分析，并且可以很好地判断出故障的原因。最后，负核检测法在交流线路故障分析中有较大的优越性，但需要相关人员具备一定的工作经验，才能有效地发现并解决这些问题。

在实际工作中，继电保护装置需要具备较高的可靠性，因此，要积极应用故障诊断和故障排除技术。在具体运用过程中，还应结合电网的实际情况来选择合适的继电保护装置，在确保继电保护运行安全的前提下，提高系统的运行可靠性。由于继电保护系统属于一种复杂多变而且极易受到外界因素影响的系统，因此其本身的可靠性就很高，这也是其他系统无法比拟的。在实际工作中，继电保护装置出现故障时会产生大量有害气体和烟雾，并且这些烟雾会在很短时间内迅速扩散到整个配电系统。因此，在实际工作过程中要及时地处理故障，以免引起安全事故和环境污染问题。

3.3 完善设备分段处理和置换处理技术

设备分段处理技术和置换处理技术都是继电保护中常见的技术手段，设备分段处理能够对电气设备内部的电路线段进行有效检测，并通过信号发射器、继电器等将检测到的信息进行传输，然后进行故障检测、识别以及报警处理。其具体工作原理是在某一区域内发生线路故障时，如果该区域内存在信号发射器和继电器，则会发出故障警报信号。之后通过该信号对该区域进行故障诊断和隔离处理。

在设备置换处理中包含了大量的技术和操作，其工作原理是如果某个系统元件出现了故障，则需要将其他存在故障却不会影响正常运行的元器件更换或者维修处理好，然后重新将设备配置到正确位置上；而如果某一元件或电路出现问题，则不会影响正常运行。通常情况下，是在该电力系统内发生某个模块或者线路的故障，需要对其重新配置、维修或更换元器件进行处理。

首先，对设备分段处理中的信号发送装置进行自动检测，一旦发现有异常，立即报警、预警处理，避免因信号发送端的错误而造成的问题延时。其次，设备替换的处理方式可以在出现问题后迅速地解决，从而提高了整个故障的处理能力，并根据设备的替换情况，对零部件进行进一步的分析，将故障降到最低限度，其工作原理是替换掉有可能出现故障的元器件，当达到正常工作状态时，就说明元器件出现了问题。如果依然尚未能够排除故障，则需要重新配置其它元器件，以此更好地降低故障问题出现概率。

4 电气设备接地的相关要求及防雷接地

4.1 电气设备接地的相关要求

对于我国的电力系统来说，所有电力设备均要采用国标GB14050 系统接地的形式来进行接地，这样做的主要目的是保证电气设备中的继电保护、过电流等安全性能。

具体来说，所有的电气设备都要实现对地或对接接地线进行连接。在接地中，接地线和大地之间的夹角不能小于15°，而且接地线也要与电气设备相连接。

保护接地是最基本且不可缺少的一种接口。电气设备接地系统中所采用的保护接地线必须与保护地线相互连接来进行使用。一般情况下，所有的低压配电变压器均是将中性点直接接地；在35kV 及以上的高压电力线路中，中性点连接线也要采用对接地地线。在低压配电系统中，有很多地方都要求中性点直接接地。比如，35kV 系统以及110kV 系统，中性点接地方式均可使用对接地地线。另外，对于一些特殊场合，还可以使用小电阻来实现。而低压配电则可以使用接地线或者不接地线来实现工作接地。

4.2 电气设备的防雷接地

防雷接地，是指将电子电气设备外壳上的金属部件进行安全接地，确保电气设备不会被雷击损坏。保护接地可以分为两种类型：一是架空地线保护，它的作用主要是防止电子电气设备外壳被雷击损坏。二是电缆保护，它主要作用是防止电缆和电气设备之间发生电气接触故障和电气设备因金属结构件造成短路故障而造成人身伤亡事故时。两者的区别在于，架空地线不可以进行有效接地，不具备防雷效果，而电缆保护会在一定程度上满足防雷要求；在电子电气设备外壳上设置架空地线时，其水平电导不应该超过30m；在电子电气设备中增设电缆保护器时，其水平电导应该不超过50m。

5 电力系统中电气设备的防雷保护措施

雷击是影响电力系统安全运行的重要因素，当发生雷击后，如果防御措施发生故障，将会对所管辖地区造成巨大的破坏，从而导致大规模的停电，严重时，会对电网产生巨大的危害。因此，在电网的电气设备运行中，如何提高电网的防雷能力，是供电公司的一项重要工作。通过对近期发生的雷电事故的分析，认为电力系统发生雷击的主要形式有两种：一是直接受到雷击；二是因雷电沿着线路对电力系统造成间接伤害。

5.1 应对直接雷电的措施

避雷针是防止雷击的重要手段，为了完善电网的电气设备的防雷工作，避雷针的应用非常重要，在使用避雷针时，这种装置的主要功能就是将闪电引向避雷针，然后引导到地面，从而为电器提供防护。在电力系统中，这种电压水平的电源设备的绝缘性能相对较好，所以可以在配电设备的框架上直接安装避雷针。

5.2 应对电击侵入波的方式

为了有效地解决因雷电侵入波所带来的危险，必须采取相应的防护措施，其中，闸式避雷器是目前变电所应防的主要手段，采用的是非线性电阻器。针对目前国内对入侵波的处理方法，采取了在线路上设置阀型避雷器，以保护电力系统中的电气设备整体性能。另外，由于电击电流所产生的能量相对较大，所以为了对电源设备进行保护，则需要在电源的入口处安装一个浪涌保护装置，这样既可以降低电击能量造成的损坏，又可以利用低通滤波器对高频成分进行滤波。

5.3 保证接地装置的导流性能

对于接地装置的导流性能，相关研究人员认为主要是指雷电电流通过接地装置时能够顺利地导入地下。如果接地装置自身具有良好的导流性能，就可以有效防止雷电电流在电力系统中产生短路，从而降低了电气设备发生故障的概率。从某种程度上来说，这一理论对我国电力行业的发展起到了重要作用。在电力系统电气设备接地网的设计过程中，由于受到场地的限制，很难对接地网形成有效保护。因此，在实际工程中，要想保证接地装置设计和施工技术质量，最好从接地装置整体布局、结构等方面着手。

5.4 电力系统的防护

在进行雷电防护时，其主要内容就是限制雷电的电流值和电波。在电网的运行中，当一根电线上有过电压的时候，就会有一道电波从导线上逐渐蔓延。由于线路的抗冲击电压大于装置的电压，因此，在电网的进线受到雷击时，电击的电流会超出正常范围，如果不采用避雷线，则在靠近电网的一端就会发生故障，不能有效地保护电网，也就不能保证进线的安全。因此，在电力系统的电气设备防雷时，将需要采用变压器安全避雷器防止雷击，从而确保电力系统运行的整体平稳性和安全性。

6 结语

总而言之，随着我国经济社会不断发展，对于供电安全性要求越来越高。在实际工作中，电气设备的继电保护和防雷保护是电力系统运行过程中的重要环节，因此，要加强对于相关方面的研究。尤其是在电力系统中出现继电保护和防雷保护后，要进一步对相关方面进行优化改进，提高电力系统运行过程中的安全性。与此同时，还需要保证电气设备本身能够处于良好状态，确保其稳定运行。另外，还要对其运行过程中的风险点进行分析研究，而后采取相应的继电保护以及防雷保护技术，以更好地提高电力系统运行的安全性。