隨著(zhù)電力系統的高速發(fā)展，電網(wǎng)規模日益壯大，電力系統網(wǎng)絡(luò )結構更顯復雜，提高電力系統的安全運行水平尤為重要。繼電保護是確保電力系統安全可靠運行的重要裝置，保護裝置動(dòng)作的正確性將直接影響整個(gè)系統的安全穩定運行，稍有不慎就會(huì )導致事故的發(fā)生，只有 對繼電保護裝置進(jìn)行定期檢驗和維護，按時(shí)檢巡其運行狀況，及時(shí)發(fā)現故障并做好處理，才能保證系統無(wú)故障設備正常運行，提高供電可靠性。 繼電保護裝置是關(guān)系到電網(wǎng)安全穩定運行的重要設備,是電力系統不可缺少的重要組成部分,是電網(wǎng)安全穩定運行的第三道防線(xiàn)。
一、什么是繼電保護
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(dòng)化措施。因在其發(fā)展過(guò)程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼 電器來(lái)保護電力系統及其元件(發(fā)電機、變壓器、輸電線(xiàn)路等) ，使之免遭損害，所以也稱(chēng)繼電保護。基本任務(wù)是：當電力系統發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現的最短時(shí)間和最小區域內，自動(dòng)將故障設備從系統中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工 況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響。
二、基本原理
繼電保護裝置必須具有正確區分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護區內故障還是區外故障的功能。保護裝置要實(shí)現這一功能，需要根據電力系統發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來(lái)構成。
電力系統發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：
(1) 電流增大。短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設備和輸電線(xiàn)路上的電流將由負荷電流增大至大大超過(guò)負荷電流。
(2) 電壓降低。當發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。
(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時(shí)電流與電壓 間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為 20°，三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角是由線(xiàn)路的阻抗角決定的，一般為 60°～85°，而在保護反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相 位角則是 180°+(60°～85°)。
(4) 測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(diǎn)(保護安裝處)電 壓與電流之比值。正常運行時(shí)，測量阻抗為負荷阻抗;金屬性短 路時(shí)，測量阻抗轉變?yōu)榫€(xiàn)路阻抗，故障后測量阻抗顯著(zhù)減小，而阻抗角增大。
不對稱(chēng)短路時(shí)，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現負序電流和負序電壓分量;單相接地時(shí)，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時(shí)是不出現的。
利用短路故障時(shí)電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。
此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量的保護。
三、繼電保護重要性的體現
1、對繼電保護的基本要求、繼電保護裝置必須具備以下 5 項基 本性能: (1)、安全性.在不該動(dòng)作時(shí),不發(fā)生誤動(dòng)作. (2)、可靠性.在該動(dòng)作時(shí),不發(fā)生拒動(dòng)作. (3)、快速性.能以最短時(shí)限將故障或異常消除. (4)、選擇性.在可能的最小區間切除故障,保證最大限度地向 無(wú)故障部分繼續供電. (5)、靈敏性.反映故障的能力,通常以靈敏系數表示.選擇繼電 保護方案時(shí),除設置需滿(mǎn)足以上 5 項基本性能外,還應注意其經(jīng)濟性. 即不僅考慮保護裝置的投資和運行維護費,還必須考慮因裝置不完善 而發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)對國民經(jīng)濟和社會(huì )生活造成的損失.
2、隨著(zhù)電力系統容量日益增大,范圍越來(lái)越廣,僅設置系統各元 件的繼電保護裝置,遠不能防止發(fā)生全電力系統長(cháng)期大面積停電的嚴 重事故.為此必須從電力系統全局出發(fā),研究故障元件被相應繼電保 護裝置的動(dòng)作切除后,系統將呈現何種工況,系統失去穩定時(shí)將出現 何種特征,如何盡快恢復其正常運行等.系統保護的任務(wù)就是當大電 力系統正常運行被破壞時(shí),盡可能將其影響范圍限制到最小,負荷停 電時(shí)間減到最短.此外,機、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全 生產(chǎn),特別是大機組和大電力系統的相互影響和協(xié)調正成為電能安全 生產(chǎn)的重大課題.因此,系統的繼電保護和安全自動(dòng)裝置的配置方案 應考慮機、爐等設備的承變能力,機、爐設備的設計制造也應充分考慮電力系統安全經(jīng)濟運行的實(shí)際需要.為了巨型發(fā)電機組的安全,不 僅應有完善的繼電保護,還應研究、推廣故障預測技術(shù).
3、電力規程規定：任何電力設備(線(xiàn)路、母線(xiàn)、變壓器等)都不 允許在無(wú)繼電保護的狀態(tài)下運行。所有運行設備都必須有兩套交、直 流輸入和輸出回路相互獨立， 并分別控制不同斷路器的繼電保護裝置 進(jìn)行保護。當任一套繼電保護裝置或任一組斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，能有 另一套繼電保護裝置操作另一組斷路器切除故障。在所有情況下，要 求這兩套繼電保護裝置和斷路器所取的直流電源都有不同的熔斷器 供電。可見(jiàn)，雖然繼電保護不是電力系統的一次設備，但在保證一次 設備安全運行方面擔負著(zhù)不可或缺的重要角色。
4、繼電保護及自動(dòng)裝置是電力系統的重要組成部分。對保證電力 系統的安全經(jīng)濟運行,防止事故發(fā)生和擴大起到關(guān)鍵性的決定作用。 由于電力系統的特殊性,電氣故障的發(fā)生是不可避免的。一旦發(fā)生局 部電網(wǎng)和設備事故,而得不到有效控制,就會(huì )造成對電網(wǎng)穩定的破壞 和大面積停電事故。現代化大電網(wǎng)對繼電保護的依賴(lài)性更強,對其動(dòng) 作正確率的要求更高
5、提高繼電保護可靠性的措施應注意以下幾點(diǎn):
(1)、 保護裝置在制造過(guò)程中要把好質(zhì)量關(guān),提高裝置整體質(zhì)量水 平,選用故障率低、壽命長(cháng)的元器件,不讓不合格的劣質(zhì)元件混進(jìn)其 中。同時(shí)在設備選型時(shí)要盡可能的選擇質(zhì)量好,售后服務(wù)好的廠(chǎng)家。
(2)、 晶體管保護裝置設計中應考慮安裝在與高壓室隔離的房?jì)? 免遭高壓大電流、斷路故障以及切合閘操作電弧的影響。同時(shí)要防止
環(huán)境對晶體管造成的污染,有條件的情況下要裝設空調。電磁型、機 電型繼電器外殼與底座間要加膠墊密封,防止灰塵和有害氣體侵入。
(3)、繼電保護專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在整定計算中要增強責任心。計算 時(shí)要從整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通盤(pán)考慮,認真分析,使各級保護整定值準確,上下級 保護整定值匹配合理。
(4)、加強對保護裝置的運行維護與故障處理能力并進(jìn)行定期檢 驗,制定出反事故措施,提高保護裝置的可靠性。
(5)、 從保證電力系統動(dòng)態(tài)穩定性方面考慮,要求繼電保護系統具 備快速切除故障的能力。 為此重要的輸電線(xiàn)路或設備的主保護采用多 重化設施,需要有兩套主保護并列運行。
(6)、 為了使保護裝置在發(fā)生故障時(shí)有選擇性動(dòng)作,避免無(wú)選擇性 動(dòng)作,在保護裝置設計、整定計算方面應考慮周全、元器件配合合理、 才能提高保護裝置動(dòng)作的可靠性。
6、 鑒于繼電保護的重要性,對其定期進(jìn)行預防性試驗是完全必要 的,決不能只是在出現不正確動(dòng)作后再去分析和修復。繼電保護定期 檢修的根本目的應是 “確保整個(gè)繼電保護系統處在完好狀態(tài),能夠 保證動(dòng)作的安全性和可靠性”。因此,原則上定檢項目應與新安裝項 目有明顯區別,只進(jìn)行少量針對性試驗即可。應將注意力集中在對保 護動(dòng)作的安全性和可靠性有重大影響的項目上,避免為檢修而檢修, 以獲取保護定期檢驗投資效益的最大回報。
繼電保護發(fā)展至今,經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段: 傳統的繼電器式繼電 保護; 半導體晶體管式繼電保護; 集成電路繼電保護; 微機保護。
通過(guò)繼電保護的發(fā)展過(guò)程可以看出，繼電保護隨著(zhù)時(shí)代的變遷、 科技的進(jìn)步一同在發(fā)展。 隨著(zhù)電力系統的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電 保護技術(shù)面臨著(zhù)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。 國內外繼電保護技術(shù)發(fā)展的趨勢 是計算機化，網(wǎng)絡(luò )化，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智 能化，這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開(kāi)辟了活動(dòng)的廣闊 天地。