淺談電氣主設備繼電保護技術(shù)分析論文
摘要：近年來(lái)，主設備保護通過(guò)對故障過(guò)程的電磁暫態(tài)過(guò)程的研究、TA飽和特性的研究、內部故障理論分析，結合實(shí)際動(dòng)模和數字仿真，提出了一些新的原理并已在現場(chǎng)廣泛應用。TA飽和問(wèn)題是主設備保護共同面對的問(wèn)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(zhù)重介紹了電力系統中主設備繼電保護的現狀，闡述了發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：電氣主設備；TA飽和；光電壓互感器；繼電保護；技術(shù)分析
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(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，所以稱(chēng)繼電保護。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，電力系統繼電保護先后經(jīng)歷了不同的發(fā)展時(shí)期。近10年來(lái)，電力工業(yè)突飛猛進(jìn)，整個(gè)電力系統呈現出往超高電壓等級、單機容量增大、大聯(lián)網(wǎng)系統方向發(fā)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(fā)電機、變壓器、母線(xiàn)、高壓并聯(lián)電抗器等）繼電保護與超高壓線(xiàn)路繼電保護相比，處于一種相對滯后的狀態(tài)，主設備保護正確動(dòng)作率一直較低，與線(xiàn)路保護相比有較大差距。
近年來(lái)主設備保護的分析計算方法取得了很大進(jìn)展，比如采用多回路分析法可以比較精確地計算發(fā)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(shí)反應主設備內部各種故障及異常工況的動(dòng)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(shù)的驗證水平。隨著(zhù)基于新硬件平臺的數字式主設備保護的推陳出新，實(shí)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(shí)，新原理和新技術(shù)的應用也大大提高了主設備保護的安全運行水平。
�。ㄒ唬┲髟O備保護的雙重化配置和主后一體化趨勢
近年來(lái)，雙主雙后保護配置方案逐漸應用到主設備保護的領(lǐng)域，尤其是國電調[2002]138號文件《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》繼電保護實(shí)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(chǎng)運行提供了極大的方便。
雙主雙后的保護實(shí)現方式是針對一個(gè)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(gè)CPU系統構成。2個(gè)CPU系統之間均能進(jìn)行完善的自檢和互檢，出口方式采用2個(gè)CPU系統“與”門(mén)出口。這種配置方案概念清晰，徹底解決了保護拒動(dòng)和誤動(dòng)的矛盾，即雙重化配置解決了拒動(dòng)問(wèn)題，雙CPU系統“與”門(mén)出口解決了硬件故障導致的誤動(dòng)問(wèn)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。
�。ǘ┲髟O備保護的新原理
近年來(lái)，主設備保護通過(guò)對故障過(guò)程的電磁暫態(tài)過(guò)程的研究、TA飽和特性的研究、內部故障理論分析，結合實(shí)際動(dòng)模和數字仿真，提出了一些新的原理并已在現場(chǎng)廣泛應用。
1．差動(dòng)保護。常規的兩折線(xiàn)、三折線(xiàn)比率差動(dòng)、標積制動(dòng)式差動(dòng)、采樣值差動(dòng)等已在很多文獻中有所介紹。
2．關(guān)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(lái)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(shí)，保護動(dòng)作時(shí)間長(cháng)或動(dòng)作時(shí)間離散度大的缺點(diǎn)。
3．關(guān)于TA飽和。TA飽和問(wèn)題是主設備保護共同面對的問(wèn)題。由于大型發(fā)電機變壓器組容量大，故障電流非周期分量衰減時(shí)間常數長(cháng)，可能引起差動(dòng)保護各側TA傳變暫態(tài)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(huì )造成在區外發(fā)生故障時(shí)差動(dòng)保護誤動(dòng)對于母線(xiàn)近端發(fā)生區外故障時(shí)，TA也會(huì )嚴重飽和。因此差動(dòng)保護需有可靠的TA飽和判據。
針對TA飽和問(wèn)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(lái)檢測TA飽和，缺點(diǎn)是現場(chǎng)工程應用很不方便；提高定值，缺點(diǎn)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(dòng)，理論計算表明當發(fā)電機發(fā)生某些內部故障時(shí)，也有流出電流，存在拒動(dòng)的可能性。
二、主設備保護的發(fā)展趨勢
�。ㄒ唬┍Ｗo裝置的一體化發(fā)展
1、充分的資源共享，一個(gè)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(shí)用。
2、主后一體化裝置，給故障錄波、后臺分析帶來(lái)了便利。任何一個(gè)故障啟動(dòng)或動(dòng)作保護裝置就可以錄下整個(gè)單元所有模擬量，使得現場(chǎng)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(shí)現。主后共用一組TA，TA斷線(xiàn)概率大大下降；裝置數量少，誤動(dòng)概率降低。
�。ǘ┬滦凸怆娏骰ジ衅�、光電壓互感器的應用
傳統的電磁式TA是一種非線(xiàn)性電流互感器，具有鐵磁諧振、磁飽和、絕緣結構復雜、動(dòng)態(tài)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(wèn)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(shù)優(yōu)勢：不存在飽和問(wèn)題，頻率響應寬，動(dòng)態(tài)范圍大，在很大的電流變化區間內保持線(xiàn)性變換關(guān)系；實(shí)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(kāi)路的問(wèn)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(fā)展趨勢。 （三）信息網(wǎng)絡(luò )化
變電站監控和發(fā)電廠(chǎng)電氣監控系統的發(fā)展，要求主設備保護具有強大的通信功能，以便通過(guò)監控系統實(shí)現保護動(dòng)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(shí)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(xiàn)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(shí)現保護信息化、網(wǎng)絡(luò )化設計。主設備保護除了動(dòng)作后經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò )上傳故障報文、數據到監控系統以外，還可以為系統動(dòng)態(tài)提供保護裝置的運行狀態(tài)和信息，并可根據系統運行方式的變化通過(guò)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。
�。ㄋ模┕收戏治黾夹g(shù)
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(fā)生前后全過(guò)程所有的模擬量、開(kāi)關(guān)量、啟動(dòng)量、中間量的變化，完整地記錄每個(gè)保護的動(dòng)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(guò)高級應用軟件，分析保護的動(dòng)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(jīng)數字仿真系統可實(shí)現主設備的故障再現，對事故進(jìn)行深入分析，為保護性能的改進(jìn)完善提供重要的依據。
�。ㄎ澹┬畔⒕W(wǎng)絡(luò )技術(shù)
當代繼電保護技術(shù)的發(fā)展，正在從傳統的模擬式、數字式探索著(zhù)進(jìn)入信息技術(shù)領(lǐng)域。在變電站綜合自動(dòng)化方面，保護的配置比較靈活。如果變電站綜合自動(dòng)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(shí)候，保護裝置的信息可以通過(guò)遙信輸入回路進(jìn)入RTU，也可以通過(guò)串行口與RTU按照約定的通信規約進(jìn)行信息傳遞。
�。┳赃m應技術(shù)、智能技術(shù)和數字技術(shù)的發(fā)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(jìn)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(guān)的，比如發(fā)電機失步保護、變壓器零序保護等。目前，部分保護功能已經(jīng)具備了一定的自適應能力，比如浮動(dòng)門(mén)限、變斜率比率差動(dòng)保護中的制動(dòng)特性、自適應3次諧波電壓比率定子接地判據等。隨著(zhù)與微機保護技術(shù)密切相關(guān)的其他科技領(lǐng)域新技術(shù)和新理論的出現，通信技術(shù)、信息技術(shù)、自適應控制理論、全球定位系統（GPS）等的應用，必將促進(jìn)自適應保護的飛速發(fā)展。
三、結語(yǔ)
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)，進(jìn)行電氣設備繼電保護的相關(guān)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(fā)變組微機保護雙重化配置探討[J]．電力系統自動(dòng)化，2002，（10）．
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