電氣主設備繼電保護技術范文

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論文關鍵詞：電氣主設備；TA飽和；光電壓互感器；繼電保護；技術分析

論文摘要：近年來，主設備保護通過對故障過程的電磁暫態過程的研究、TA飽和特性的研究、內部故障理論分析，結合實際動模和數字仿真，提出了一些新的原理并已在現場廣泛應用。TA飽和問題是主設備保護共同面對的問題，國內外也提出了一些識別TA飽和的辦法，但是也存在不足之處。文章著重介紹了電力系統中主設備繼電保護的現狀，闡述了發展趨勢。

電氣設備的繼電保護主要是研究電力系統故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統及其元件（發電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以稱繼電保護。

隨著科學技術的發展，特別是電子技術、計算機技術和通信技術的發展，電力系統繼電保護先后經歷了不同的發展時期。近10年來，電力工業突飛猛進，整個電力系統呈現出往超高電壓等級、單機容量增大、大聯網系統方向發展的趨勢，這就對主設備保護的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性提出了更高的要求。

一、電氣主設備保護的現狀

以往電力系統大型主設備（包括發電機、變壓器、母線、高壓并聯電抗器等）繼電保護與超高壓線路繼電保護相比，處于一種相對滯后的狀態，主設備保護正確動作率一直較低，與線路保護相比有較大差距。

近年來主設備保護的分析計算方法取得了很大進展，比如采用多回路分析法可以比較精確地計算發電機的內部故障，主設備內部故障保護的配置具備了理論基礎。利用真實反應主設備內部各種故障及異常工況的動模系統和仿真系統檢驗主設備保護，極大地提高了新原理新技術的驗證水平。隨著基于新硬件平臺的數字式主設備保護的推陳出新，實現了主設備保護雙主雙后的配置方案，保護的設計方案、配置原則趨于完善，同時，新原理和新技術的應用也大大提高了主設備保護的安全運行水平。

（一）主設備保護的雙重化配置和主后一體化趨勢

近年來，雙主雙后保護配置方案逐漸應用到主設備保護的領域，尤其是國電調[2002]138號文件《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》繼電保護實施細則對主設備保護的雙重化作出規定后，雙主雙后保護方案成為主設備保護研制、設計的指導準則，并為現場運行提供了極大的方便。

雙主雙后的保護實現方式是針對一個被保護對象，配置2套獨立的保護。每套保護均包含主后備保護，并且每套保護由2個CPU系統構成。2個CPU系統之間均能進行完善的自檢和互檢，出口方式采用2個CPU系統“與”門出口。這種配置方案概念清晰，徹底解決了保護拒動和誤動的矛盾，即雙重化配置解決了拒動問題，雙CPU系統“與”門出口解決了硬件故障導致的誤動問題。這種思想已成功地應用到主設備保護上，大大提高了主設備保護的運行水平。

（二）主設備保護的新原理

近年來，主設備保護通過對故障過程的電磁暫態過程的研究、TA飽和特性的研究、內部故障理論分析，結合實際動模和數字仿真，提出了一些新的原理并已在現場廣泛應用。

1．差動保護。常規的兩折線、三折線比率差動、標積制動式差動、采樣值差動等已在很多文獻中有所介紹。

2．關于勵磁涌流。目前在工程上應用的判別勵磁涌流的原理都是從涌流波形與短路電流波形的不同特征入手，來區分勵磁涌流與短路的。各種涌流判別原理都具有在故障合閘時，保護動作時間長或動作時間離散度大的缺點。

3．關于TA飽和。TA飽和問題是主設備保護共同面對的問題。由于大型發電機變壓器組容量大，故障電流非周期分量衰減時間常數長，可能引起差動保護各側TA傳變暫態不一致或飽和。對于變壓器，各側TA特性不一致，更易引起TA飽和，這樣可能會造成在區外發生故障時差動保護誤動對于母線近端發生區外故障時，TA也會嚴重飽和。因此差動保護需有可靠的TA飽和判據。

針對TA飽和問題，國內外也提出了一些識別TA飽和的辦法：采用附加額外的電路來檢測TA飽和，缺點是現場工程應用很不方便；提高定值，缺點是降低了內部故障的靈敏度；采用流出電流判據的標積式比率差動，理論計算表明當發電機發生某些內部故障時，也有流出電流，存在拒動的可能性。

二、主設備保護的發展趨勢

（一）保護裝置的一體化發展

1．充分的資源共享，一個裝置包含了被保護元件所有的模擬量，保護邏輯的判據可以充分利用所有電氣量，使保護更加完善、可靠，判據更加靈活實用。

2．主后一體化裝置，給故障錄波、后臺分析帶來了便利。任何一個故障啟動或動作保護裝置就可以錄下整個單元所有模擬量，使得現場故障的綜合分析、定性及事故處理更加方便，而分體式保護只能錄下部分信息。

3．主后一體化裝置便于保護雙重化的實現。主后共用一組TA，TA斷線概率大大下降；裝置數量少，誤動概率降低。

（二）新型光電流互感器、光電壓互感器的應用

傳統的電磁式TA是一種非線性電流互感器，具有鐵磁諧振、磁飽和、絕緣結構復雜、動態范圍小、使用頻帶窄、銅材耗費大，遠距離傳送造成電位升高等問題。

新型光電流互感器（OTA）、光電壓互感器（OTV）相對于電磁式TA具有明顯的技術優勢：不存在飽和問題，頻率響應寬，動態范圍大，在很大的電流變化區間內保持線性變換關系；實現了強電和弱電的完全絕緣隔離，具有很強的抗電磁干擾能力；不存在二次開路的問題，二次輸出值較小，適合與保護直接接口。因此其將成為主設備微機保護的發展趨勢。（三）信息網絡化

變電站監控和發電廠電氣監控系統的發展，要求主設備保護具有強大的通信功能，以便通過監控系統實現保護動作報文管理、故障數據處理、定值遠方整定、事故追憶等功能，實現了電氣智能設備運行的深層次管理。

在采用高速度、大容量的微處理器及高速總線設計后，保護裝置將具有更完善的數據處理功能和通信功能，可以更好地實現保護信息化、網絡化設計。主設備保護除了動作后經通信網絡上傳故障報文、數據到監控系統以外，還可以為系統動態提供保護裝置的運行狀態和信息，并可根據系統運行方式的變化通過數據交換，提供修改保護判據和定值的依據，保證全系統的安全穩定運行。

（四）故障分析技術

新一代主設備保護必須具有強大的故障錄波功能，除了記錄完整的事件報文、故障數據外，裝置還可以記錄故障發生前后全過程所有的模擬量、開關量、啟動量、中間量的變化，完整地記錄每個保護的動作行為。主設備保護的故障信息上傳至電氣監控系統或保護信息管理系統后，通過高級應用軟件，分析保護的動作行為是否正確，為故障查找、分析提供充分的依據。完整的故障數據經數字仿真系統可實現主設備的故障再現，對事故進行深入分析，為保護性能的改進完善提供重要的依據。

（五）信息網絡技術

當代繼電保護技術的發展，正在從傳統的模擬式、數字式探索著進入信息技術領域。在變電站綜合自動化方面，保護的配置比較靈活。如果變電站綜合自動化采用傳統模式，也就是遠方終端裝置（RTU）加上當地監控系統，這時候，保護裝置的信息可以通過遙信輸入回路進入RTU，也可以通過串行口與RTU按照約定的通信規約進行信息傳遞。

（六）自適應技術、智能技術和數字技術的發展

自適應繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應電力系統的各種變化，進一步改善保護的性能。對于主設備保護而言，它與某些保護的判據、定值和系統的變化也是息息相關的，比如發電機失步保護、變壓器零序保護等。目前，部分保護功能已經具備了一定的自適應能力，比如浮動門限、變斜率比率差動保護中的制動特性、自適應3次諧波電壓比率定子接地判據等。隨著與微機保護技術密切相關的其他科技領域新技術和新理論的出現，通信技術、信息技術、自適應控制理論、全球定位系統（GPS）等的應用，必將促進自適應保護的飛速發展。

三、結語

隨著電力系統容量日益增大，范圍越來越廣，僅設置系統各元件的繼電保護裝置，遠不能防止發生全電力系統長期大面積停電的嚴重事故。為此，必須從電力系統全局出發，進行電氣設備繼電保護的相關研究。

參考文獻

[1]王維儉．電氣主設備繼電保護原理與應用[J]．北京：中國電力出版社，1996．

[2]沈全榮，何雪峰．大型發變組微機保護雙重化配置探討[J]．電力系統自動化，2002，（10）．