电力系统中的继电保护设备及其自动化技术分析

蔡金寿

福建晋江天然气发电有限公司（福建 泉州 362251）

0 引言

电力系统庞大而复杂，由各种电力设备、电子元件、线路等通过一定的方式连接配置而成，在运行过程中，如果任一环节、任何一个小零件或设备出现问题，都会影响整体的运行状态，如果没有得到及时妥善的处理还会引发更大的事故。继电保护设备是电网运行的关键，电气自动化继电保护系统就是在完善继电保护装置功能的基础上借用智能化的计算机、监控等技术提高其自动化水平，对电力系统进行全面保护，从而提高故障检测和维护效率的。如在出现电路问题时第一时间自动断电，将故障区与安全区隔离，并发出报警，上报分析结果协助维修人员进一步处理，提升电力系统的运维管理成效[1]。

1 电力系统中继电保护设备及其自动化概述

1.1 继电保护设备

受各种因素影响，电力系统在运行过程中出现问题的可能性非常大，电网系统中各终端线路的故障很多，常见的有短路、负荷量过大等[2]。继电保护设备具备故障检测、问题分析、应急操作处理等功能，可通过主动实时搜索并监测电力系统的运行状态实现预防性维护，还能及时地解决故障，避免重大用电事故。

1.2 继电保护的自动化发展

随着通信、智能等传感技术的不断发展，继电保护系统实现了优化升级。对于电力系统，继电保护设备需要长期保持可靠的运行状态，并依靠监控与自动控制功能起到全面的保护作用[3]。继电保护的自动化改革与发展，使得其具有高度的灵敏性、选择性、安全性、可靠性，可在监测到电力系统异常时进行自动化控制，极大地缩短电网运维时间，提高故障维修效率。

2 电力系统中继电保护设备及其自动化技术的应用

2.1 应用方式

（1）接地保护技术。接地故障是电力系统运行时的一种常见故障，而继电保护设备及其自动化接地保护技术可以根据不同的接地故障采取相应的保护方式。如零序电压的预警保护，当电力系统运行异常出现零电压情况时，可能造成大面积断电，此时继电保护设备及其自动化技术可在短期内维持电力系统的稳定运行，并快速地对故障区及相邻区域的电压进行准确检测，向维护管控平台发出安全警告并传输故障分析结果，协助维修人员制定抢修方案。此外，还有零序电流保护，当电力系统出现接地故障导致内部电流相位紊乱时，继电保护设备及其自动化技术可以很好地检测出零序电流的异常情况，切断故障电源，起到短路继电保护作用，使电力系统有序、稳定运行[4]。

（2）差动保护。差动保护通过电流大小和相位关系判断电路工作状态，通常作为主设备的主保护常被用于变压器、发动机、母线等重要电力设备中。一旦这些设备电路出现问题，差动继电器内将产生冲击电流，当电流到达保护设定限值时将启动差动保护，切断电源。这种保护方式具有很高的灵敏度，选择性也较好，在进行差动保护设计时电路结构相对比较简单，但是可以准确判断故障，且保护启动过程比较独立，受其他因素的影响较小，可以在故障扩大严重损害线路或设备前就及时处理完毕。

（3）熔断器保护。在电力系统运行时，如果某处的电流过于集中，当电流持续增大而无法缓解时会产生高温而熔断某些线路，烧毁某些电子元件，针对这种情况可实行熔断器保护。这是一种短路保护体系，当电源端电流不断增大造成线路发热时，熔断器因自身发热而达到熔断临界点会自动切断电源，与之相关的故障关联处也能被随同处理。考虑熔点温度与保护启动的时间关系，在实际应用时一定要根据需求适当调整，而且熔断器是一次性保护组件，需要消除两项熔断器同时跌落的隐患，在系统中合理设置三联熔断器，确保保护系统的同时形成锁死机构回收。

2.2 在电力系统中的实际应用

（1）发动机继电自动保护。发电机故障较为明显，且作为主要的电力设备对系统整体运行影响重大，会导致电量输出不稳定、不平衡，是需要重点进行保护的部位，特别是对定子组匝的保护，因此发电机的继电自动保护装置一般安装在定子绕组中，或者在电动机单相接地时根据电流与相位的中心点对发动机进行继电保护。实际应用时继电保护设备及其自动化技术能够对发电机进行远程、动态化实时监测，当发现发电机在长期运行下出现温度异常变化时可以进行故障分析和排查，确认发电机确实发生短路问题时会立即自动跳闸，避免因短路使发动机温度持续升高而破坏绝缘层或整个发电机系统，从而起到保护作用。

（2）变压器继电自动保护。一是变压器接地保护。继电保护设备及其自动化技术可以监控短路故障，通过对变压器两侧的电流、电压的监测来进行零序电压接地保护。二是主动监测变压器运行过程中油箱中的油和绝缘材质分解产生的气体，并对气体成分、气味等进行分析，从而判断变压器油箱是否出现问题，在确认故障后自动切断线路进行继电保护。三是变压器线路短路保护，借助阻抗元件的保护功能进行自动断电保护，或借助变压器两端时间元件和电源电流保护装置延长变压器正常运行时间，并自动断电，防止短路时电流过高。

3 电力系统中继电保护设备及其自动化技术的不利影响因素

3.1 环境因素

继电保护设备和自动化装置可能是在某些电力设备内部，也可能是在某些线路端，无论哪种安装方式，都会受温度、湿度、时间等因素的影响而出现性能退化的问题。特别是一些系统插板以及电源插头由于使用频繁，与外界环境接触较多，会出现接触不良而导致继电保护系统无法充分发挥作用。

3.2 整定值因素

继电保护设备及其自动化技术都有相应的参数设定，如果在安装继电保护和自动化装置的过程中没有经过科学合理的设计，如熔断保护的温度考虑不周，使得故障出现时在一定时间内无法熔断，类似这种不合理的设计都会影响电力系统继电保护以及自动化装置的可靠性和灵敏性。

3.3 操作因素

虽然继电保护设备及其自动化系统智能化和自动化水平较高，但也离不开人为管控。故障维修和设备及系统升级维护仍然需要一定的人工操作，如果维修和管理人员专业水平不达标，出现不规范的操作行为，将导致保护系统无法发挥作用。

3.4 质量因素

继电保护设备和自动化装置涉及很多的材料和细小元件，如果在采购时质量把控不严，没有经受规范、严格的检测以及运作测试，或者在存放、安装环节质量受损而没有及时更换，导致残次产品混入，会使得继电保护装置内元件差异明显，在正式运行时无法达到自动化继电保护要求，因自身质量问题产生故障，进而对电力系统造成不利影响。

4 对电力系统中继电保护设备及其自动化技术的有效建议

4.1 加强对继电设备保护及其自动化装置的管理

电力系统继电保护及其自动化技术开展时的软硬件设备需要进行维护管理才能保证在长期的运行过程中始终发挥作用，因此必须加快完善继电保护管理制度，对继电保护设备定期进行维护保养，同时做好软件升级更新工作。例如，记录继电保护自动化装置的初始状态，为系统管理工作提供支持，从而方便在运行过程中进行数据对比，当参数出现变化时可以及时发现，并分析故障进行处理，排除自动化装置运行中存在的问题。此外，要做到硬件冗余，提高继电保护与自动化装置的容错性，可结合继电保护自动化系统的可靠度来合理设计，确保可以在模糊故障或故障误报而电力系统依然能正常运行时不会贸然启动自动保护装置。既要对电力系统的各设备、线路进行安全检查，也要采用标准化管理的方式管控好继电保护操作环节，加强日常运行中的监测，对继电保护自动化控制系统进行分析总结，为后续指导操作行为提供可靠支持，切实发挥并提升继电保护装置的自动化优势。

4.2 加强对继电设备保护及其自动化装置的研究投入

首先，正确认识和理解继电保护设备及其自动化技术，意识到其对电力系统的重要性。其次，加大对继电保护的投入，开发新设备和技术，培养专业性的人才，提高维护管理人员的专业素质与业务能力。再次，对继电保护装置进行合理的配置和改造，如及时更换老旧或低级的继电保护装置元件等辅助零构件，选择使用安全性能高的材料保护线路以及母线，从而提升继电保护设备质量。最后，加强技术调整，在改良好电力系统的自动化装置后对相关设备和配置进行系统性优化，合理运用一些现代化技术，借助大数据、计算机等技术建立设备性能和运行等的相关数据库，在控制自动化总线与校正数据库的相互作用下提高相关设备的反应速度，提高继电保护装置的可靠性，进而最大限度保证电力系统设备的有效运行。

5 结束语

电力系统主要是由高压输电线、发电厂等组成的，在社会生活和生产中的作用十分明显。随着电力系统规模的扩大和现代科学技术的进步，继电保护逐渐朝着自动化方向发展，继电保护设备及自动化技术的应用可为电力系统的正常运行提供保障，确保电力系统的任何一环节出现问题时都能发挥故障排查和保护作用，保障系统运行的安全性及整体供电质量。