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继电保护在电力系统中的重要性

发表时间:2020-04-01 15:11

随着电力系统的高速发展,电网规模日益壮大,电力系统网络结构更显复杂,提高电力系统的安全运行水平尤为重要。继电保护是确保电力系统安全可靠运行的重要 装置,保护装置动作的正确性将直接影响整个系统的安全稳定运行,稍有不慎就会导致事故的发生,只有对继电保护装置进行定期检验和维护,按时检巡其运行状 况,及时发现故障并做好处理,才能保证系统无故障设备正常运行,提高供电可靠性。

继电保护装置是关系到电网安全稳定运行的重要设备,是电力系统不可缺少的重要组成部分,是电网安全稳定运行的第三道防线。

一、什么是继电保护

     研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况,以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件(发电机、 变压器、输电线路等),使之免遭损害,所以也称继电保护。基本任务是:当电力系统发生故障或异常工况时,在可能实现的最短时间和最小区域内,自动将故障设 备从系统中切除,或发出信号由值班人员消除异常工况根源,以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。

二、基本原理

     继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障,是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能,需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。 电力系统发生故障后,工频电气量变化的主要特征是:
   (1) 电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。
   (2) 电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时,系统各点的相间电压或相电压值下降,且越靠近短路点,电压越低。
   (3) 电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角,一般约为20°,三相短路时,电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角 决定的,一般为60°~85°,而在保护反方向三相短路时,电流与电压之间的相位角则是180°+(60°~85°)。
   (4) 测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时,测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时,测量阻抗转变为线路阻抗,故障后测量阻抗显著减小,而阻抗角增大。
不对称短路时,出现相序分量,如两相及单相接地短路时,出现负序电流和负序电压分量;单相接地时,出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
利用短路故障时电气量的变化,便可构成各种原理的继电保护。
此外,除了上述反应工频电气量的保护外,还有反应非工频电气量的保护。

三、继电保护重要性的体现

1、对继电保护的基本要求、继电保护装置必须具备以下5项基本性能:
(1)、安全性.
在不该动作时,不发生误动作.
(2)、可靠性.
在该动作时,不发生拒动作.
(3)、快速性.
能以最短时限将故障或异常消除.
(4)、选择性.
在可能的最小区间切除故障,保证最大限度地向无故障部分继续供电.
(5)、灵敏性.
反映故障的能力,通常以灵敏系数表示.
选择继电保护方案时,除设置需满足以上5 项基本性能外,还应注意其经济性.即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费,还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失.

2、随着电力系统容量日益增大,范围越来越广,仅设置系统各元件的继电保护装置,远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故.为此必须从电 力系统全局出发,研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后,系统将呈现何种工况,系统失去稳定时将出现何种特征,如何尽快恢复其正常运行等.
系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时,尽可能将其影响范围限制到最小,负荷停电时间减到最短.
此外,机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产,特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题.
因此,系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力,机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要.
为了巨型发电机组的安全,不仅应有完善的继电保护,还应研究、推广故障预测技术.

3、电力规程规定:任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行。所有运行设备都必须有两套交、直流输入和输出回路相互 独立,并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组断路器拒绝动作时,能有另一套继电保护装置操作另一组断路器切除故障。 在所有情况下,要求这两套继电保护装置和断路器所取的直流电源都有不同的熔断器供电。可见,虽然继电保护不是电力系统的一次设备,但在保证一次设备安全运 行方面担负着不可或缺的重要角色。

4、继电保护及自动装置是电力系统的重要组成部分。对保证电力系统的安全经济运行,防止事故发生和扩大起到关键性的决定作用。
由于电力系统的特殊性,电气故障的发生是不可避免的。一旦发生局部电网和设备事故,而得不到有效控制,就会造成对电网稳定的破坏和大面积停电事故。现代化大电网对继电保护的依赖性更强,对其动作正确率的要求更高.

5、提高继电保护可靠性的措施应注意以下几点:       
    (1)、保护装置在制造过程中要把好质量关,提高装置整体质量水平,选用故障率低、寿命长的元器件,不让不合格的劣质元件混进其中。同时在设备选型时要尽可能的选择质量好,售后服务好的厂家。
    (2)、晶体管保护装置设计中应考虑安装在与高压室隔离的房内,免遭高压大电流、断路故障以及切合闸操作电弧的影响。同时要防止环境对晶体管造成的污染,有条件的情况下要装设空调。电磁型、机电型继电器外壳与底座间要加胶垫密封,防止灰尘和有害气体侵入。
    (3)、继电保护专业技术人员在整定计算中要增强责任心。计算时要从整个网络通盘考虑,认真分析,使各级保护整定值准确,上下级保护整定值匹配合理。
    (4)、加强对保护装置的运行维护与故障处理能力并进行定期检验,制定出反事故措施,提高保护装置的可靠性。
    (5)、从保证电力系统动态稳定性方面考虑,要求继电保护系统具备快速切除故障的能力。为此重要的输电线路或设备的主保护采用多重化设施,需要有两套主保护并列运行。
(6)、为了使保护装置在发生故障时有选择性动作,避免无选择性动作,在保护装置设计、整定计算方面应考虑周全、元器件配合合理、才能提高保护装置动作的可靠性。

6、鉴于继电保护的重要性,对其定期进行预防性试验是完全必要的,决不能只是在出现不正确动作后再去分析和修复。继电保护定期检修的根本目的应是 “确保整个继电保护系统处在完好状态,能够保证动作的安全性和可靠性”。因此,原则上定检项目应与新安装项目有明显区别,只进行少量针对性试验即可。应将 注意力集中在对保护动作的安全性和可靠性有重大影响的项目上,避免为检修而检修,以获取保护定期检验投资效益的最大回报。

继电保护发展至今,经历了四个发展阶段:
传统的继电器式继电保护; 半导体晶体管式继电保护;集成电路继电保护; 微机保护。
通过继电保护的发展过程可以看出,继电保护随着时代的变迁、科技的进步一同在发展。

    随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势是计算机化,网络化,保护、控 制、测量、数据通信一体化和人工智能化,这对继电保护工作者提出了艰巨的任务,也开辟了活动的广阔天地。总之,继电保护必将随着各种技术的进步和发展呈现 更新的特征,也将获得更广泛的应用。