电力系统继电保护的现状与发展

吴友哲

（山东贝特建筑项目管理咨询有限公司，山东 济南 250011）

0 引 言

电力系统工作过程中常会发生一些突发性危险、电力故障以及异常运行等特殊情况。细小的零部件故障可能会发展成严重的电力事故，从而影响整个电力系统或部分系统的正常工作，导致用户的供电系统损坏、停止供电或电能质量降低等，严重时甚至会造成设备损坏和人身伤害等后果。因此，要尽可能缩短维修、检测以及拆卸故障部件所需的时间，才能将损失和影响控制在最小。这种瞬间判断和采取相应措施的动作仅依靠人工是不可能完成的，因此需要设计一套智能化装置来执行相应的操作。

1 继电保护的作用及组成

电力系统的继电保护一般由测量部分（和值调整部分）、逻辑部分和执行部分组成。当电力系统的受保护部件（如发电机和线路等）或电力系统本身发生故障时，继电保护装置应能快速找出故障部件，以防止故障点的范围因连带反应不断扩大，保证无故障部件能够继续正常工作。此外，及时对损坏的零件进行封锁处理，通知维修人员对该点位进行零件替换。

当电力系统的受保护部件在运行中出现异常时，继电保护装置应能及时响应，根据运行维护情况向值班人员发出声光报警和图形信息等报警信号[1]。此时，值班人员不要求保护系统迅速动作，而是根据故障点对电力系统及其部件的危害程度设置一定的隔离和保护机制，避免再受到其他电磁的干扰。这种保护装置不仅能保护电力系统中的高精密设备，还能保护工作人员的人身安全。

2 继电保护的基本要求

电力系统的继电保护装置应满足电力系统保护机制的可靠性、对故障部件的选择性、高灵敏性以及维修动作速度性的要求，如图1 所示。

图1 继电保护的基本要求

2.1 动作选择性

电力系统中继电保护装置的动作选择性指保护装置要通过故障设备或线路本身的保护机制来消除系统中潜在的故障。当检测故障的设备在动作选择的前提下启动保护机制或断路器被拒绝运行时，只有通过相邻电子元件才能进行针对性的动作选择，保护设备的正常运行。确保线路保护或断路器故障保护具有针对性，才能消除继电保护的故障点。上下电网（包括同一级别）之间继电保护装置的设置应遵循逐级配合的基本原则，以确保在电网发生故障时能够有效排除故障[2]。当系统故障部件断开连接时，要求其他无故障的电子部件能够正常运作和持续供电。

2.2 动作速度性

动作速度性一般是指保护装置应能够尽快排除短路故障，提高继电保护系统的稳定性，减少对设备和线路的损坏，缩小电力故障的蔓延范围，提高自动重合闸、备用电源以及备用设备自动投入运行的完成效果。

2.3 操作灵敏性

电力系统中管控系统的操作灵敏度要在可管控范围之内，一般需要在0.1 ～0.9 s 内做出准确判断。当金属性短路发生在设备或线路的保护范围内时，电力系统的继电保护装置必须承担起整个系统故障判断和检测灵敏度的工作[3]。而这种高灵敏度的继电系统保护装置承载着整个电力保护措施的预判责任。电力维修系统需要对灵敏度进行设定，并按照规定时间进行检查，避免系统的操作灵敏度下降。

2.4 运行可靠性

我国电力系统的继电保护装置要确保系统运行的可靠性，确保系统中的线路和各种零部件的使用安全可靠。在电力系统正常运行状态下，持续对故障问题进行实时监督和检测，可能会影响电力输出的故障问题及时反馈给数据终端。

3 继电保护的发展现状和方向

随着计算机技术的飞速发展及其在继电保护系统领域的应用，许多新型计算机控制原理和方法不断应用于继电保护。人工神经网络、模糊逻辑以及专家理论等人工智能技术已在电力系统的许多领域得到了广泛应用，提高了继电保护的水平。人工智能技术的发展为继电保护注入了新的元素，不仅可以提高继电保护的可靠性，还为继电保护装置的发展指明了方向[4]。

随着我国电力系统科学技术的深入发展，我国电力系统继电保护的相关技术也在不断提升和创新。在未来，我国电力系统继电保护装置的发展将会朝着计算机智能化、网络化以及和综合自动化的方向不断发展。

3.1 云计算

为了推动国家电力系统的发展，相关的专业人士不断突破当前的技术壁垒，对我国电网继电保护系统提出了更高的技术要求。电力继电保护系统除了具备基本的保护功能，还应具有预判故障的处理和数据上传的功能，即云计算功能。在电力系统运行的过程中会产生大量的系统故障信息和数据，通过云端网络将信息数据存储到故障数据库中。该数据库还要具备电力修复通信功能和数据共享能力。整个系统的信息和网络资源通过与其他保护装置、控制装置以及电力调度系统联网来实现[5]。

我国电力系统的智能化内涵不仅包括设备管理的升级，还包括可操作和监控系统化的智能管理。未来，我国电力系统的发展和科技的创新要彻底抛弃各种老式的机电设备，在原有的技术基础上不断探索更节能、更具科技发展力的新型技术手段，以提高我国电力系统继电保护装置的安全性、灵敏性以及可靠性,为促进我国电力系统科技水平的发展和社会经济效益的提升贡献力量。

3.2 网络化

电力保护系统通过互联网对接远程云端网络形成一种特有的网络化智能处理系统，可以实现电力系统线路的保护和变压器零部件的保护等功能。网络继电保护系统作为一种新型的继电保护科技，是未来智能化网络保护技术发展的必然趋势。这种具备高科技含量的继电保护模式，可以通过精密的科学技术对电力保护系统实施不间断的通信监控。将计算机网络技术运用到继电保护系统中可以进行实时的检测和管理，针对我国各省、市骨干电网的拓扑结构，达到电力系统继电保护的基本条件。同时，将系统中的主要保护装置接入云端计算机网络，实现保护装置与维修服务平台的互联，并实现实时监控的功能。

目前，我国电力继电保护系统的智能化防护网络已经实现基本的科技创新，但仍然处于初级试验阶段，在充分利用计算机网络实现智能化数据管理、电力线路保护以及变压器保护等功能方面还有很大的发展空间[6]。

3.3 综合自动化

随着现代电力系统的科学技术不断创新和发展，继电保护装置已经能够通过智能化的互联网络系统自动筛出危险信号，并在故障发生之前发出预警信号，为专人提供智能化的处理选项。一部分继电保护装置会在故障发生前给出提醒信号，一部分继电保护装置会在故障发生后的0.1 ～0.8 s 内做出判断，并自行采取一定的断电措施，以防零件因负荷过重而损毁。

电力系统的继电保护装置会储存故障发生的时间和原因，并连同具有相同危险信号的零件将检测到的数据上传至终端信号服务器。维修人员只需读取信息就可迅速了解故障原因和故障点位，提升了维修人员的工作效率。维修人员会将获取的维修记录上传，储存至电力系统的云端系统。此外，将运行过程中产生的问题和故障点的信息和数据上传至系统终端，并将相关数据备份至电力系统的云端系统，也可以将被保护部分的任何数据信息发送到网络控制中心或其他终端设备。

通过集智能化和科技化于一体的继电保护电力系统，不仅可以完成基础的继电保护功能，还可以实现实时监测和控制电力输出、维持数据通信等功能，实现电力系统保护、故障检测和控制、电力输出量的测量以及数据通信等全面智能化处理。智能化的电力保护系统打破了传统二次系统的专业壁垒，解决了传统检测设备所存在的报警延迟问题，降低了电力系统损坏率，能够有效保障电力系统不间断正常运行。随着我国科学技术水平的不断提高，继电保护自动化系统已经在国家电网建设中起到了推进式的作用，为国家电网运行的安全性、稳定性以及经济性提供了保障[7]。

4 直流输电技术

随着电力电子技术的不断发展和突破，直流输电技术日趋成熟。目前，各种新的发电方式将被推广，新的发电方式所产生的电力将以直流电的形式传输，如磁流体发电、电燃气发电、燃料电池以及太阳能电池等方式。

此外，超高压输电也显示出其特有的优势，如增加了用电高峰时段的输电容量、延长了部分地区的输电距离、降低了单位功率输电的工程成本、减少了线路的能量损耗和线路走廊占用的面积等。综合以上应用分析，直流输电具有显著的综合经济效益和社会效益，在今后的继电保护中将实现长久的发展和应用。

5 结 论

高效可靠的电力继电保护是电力系统正常稳定运行的基础，也是我国经济稳定发展的基本要求。随着电力继电保护系统的不断革新，检测技术、计算机技术、网络维修技术以及人工智能检测等技术飞速发展，继电保护理论体系也在不断完善。就我国电力技术的发展来看，通过从原始的人工管理创新改革成数字化和智能化的数字管理系统，其将具有广阔的发展空间。