电厂继电保护技术的基本原理及其应用

国电电力大同发电有限责任公司 张清棠

1 引言

在电厂电力系统中，继电保护装置的最大功用就是帮助管理人员及时发现各电气设备运行中的各类异常情况，以便及时进行处理，确保电力生产安全可靠。尽管继电保护装置能够在监测到电气设备运行中的问题后能及时给予响应，果断地进行隔离，避免了问题的进一步恶化，但系统本身却因诸多因素影响造成可靠性降低[1]。下文主要针对电厂继电保护技术应用及提升继电保护可靠性措施展开讨论，希望能为促进电力事业良性发展作出应有贡献。

2 电厂电力系统继电保护技术内涵

继电保护系统广泛应用，具备电力数据信息采集、处理及网络传输自动化优势特征，可使电力系统自动完成状态检测，并根据检测结果进行自适应调整，降低电力系统故障风险。继电保护系统如图1所示。

图1 继电保护系统

2.1 电厂继电保护装置的特点

继电保护装置是电力系统重要组成部分之一，对电力系统运行安全稳定性产生着非常重要的影响。随着现代电力技术的进一步发展，电力系统继电保护与高新技术的充分融合实现了电力运维的优化升级，尤其在将大数据技术应用之后，相关算法得到明显改善，尤其在电力系统发生故障时，继电保护装置灵敏性得到快速提升。

首先，当电力系统数据在所设定的参数阈值内浮动时，继电保护便处于稳定状态；当数值变化超过设定参数阈值时，继电保护装置便自行启动，实施必要的保护操作，降低电力系统故障带来的损害，确保电力系统安全稳定运行[2]。

其次，最前沿电力系统继电保护装置设计融合了网络通信技术、云计算技术、大数据技术等高新技术的应用，实现了电源系统信息传输即时性与准确性，使电力系统故障排除能力得到显著提升，除能够利用精确算法排除电力系统故障外，还能对故障类型、故障点进行准确判断，从而为电力运维人员快速找到解决办法提供了便利，极大地保障了电力系统运行稳定性[3]。

2.2 发电厂继电保护的原理

在电力系统继电保护装置中，最主要组成部分包含测量装置、逻辑判断组件及执行保护模块三部分。继电保护系统运行原理是系统逻辑判断部分通过对比自采集数据与额定参数差异，了解设备运行状态。当出现电流突然增大时，电压及电流之间的相位就会发生明显变化，此时继电保护系统逻辑判断组间就会结合数据变化情况进行是否启动保护判断。判断时首先准确分析测试装置特有参数的性质及准确性，然后将分析结果输入执行系统，执行保护组间便根据指令自行启动保护，实现电力系统的自动控制。继电保护装置原理分析如图2所示。

图2 继电保护装置原理分析

相较于其他电气装置，继电保护装置在其运行过程中，其运行可靠性很容易受到外界因素的影响，为此，必须通过相关措施应用将各种因素的影响降至最低，尽可能地保障自可靠性不受影响，从而在电气设备出现故障时，继电保护装置能快速反应，进行隔离保护，保证电力系统安全稳定运行。

3 电力系统中常出现的问题

当期，我国正处于社会经济高速稳定发展时期，电能在此过程中发挥了非常重要的作用，同时也暴露出许多问题。当电力系统继电保护不能满足实际工作需求时，需结合实际情况进行合理布局，确保电力系统正常运行和稳定。在电力系统运行实践中，最常见系统故障问题是系统故障引发的停电事故、电网自身缺陷而引发的大面积断电问题、继电保护系统可靠性不足引起的系统故障诊断不出问题，种种问题都会造成电力系统运行管理不足。因此，为改善电力系统中出现问题，应该从技术上提升电力系统的稳定性[4]。

4 电力系统安全控制中继电保护应用研究

4.1 继电保护可靠性衡量指标

4.1.1 可靠性

可靠性就是指继电保护系统在相对条件及时间下的电子元件能够正常完成的功能，一般用字母R表示，而可靠度则指设备运行开始到失效的时间，其表达式为：

式中R(t)为电子元件的可靠度；t为规定条件下的使用时间；P为电子元件在一定条件和规定时间下正常完成规定功能的概率；T为电子元件寿命。

假设N个电子元件继电保护产品初始时间t 时刻的失效数为N(t)，当N 达到足够数量时，继电保护装置在t 时刻的可靠度表示为：

随着继电保护设备运行时间的延长，R(t)会逐渐下降，但始终介于0～1。

4.1.2 累积失效概率

累积失效概率即在规定要求下，电子元件工作至失效时间的概率，一般以F(t)表示，其具体表达式为：

例如，当N个电子元件继电保护产品从开始工作到t时刻的失效数为N(t)，当N达到足够数量时，t时刻继电保护装置累积失效概率计算可通过式（4）、式（5）完成：

4.2 短路电流计算分析

在电力系统运行中，为提升保护措施正确性，必须对继电保护电力系统短路电流进行准确计算，从而为科学编制保护方案提供数据参考。在继电保护电力系统短路电流计算过程中，包含内容众多，如补偿器安装、主变压器电阻、系统线路以及负荷线路等。

4.2.1 系统线路计算

如将110kV 系统电流设置为50km，根据系统运行需求就应将SB 设置为100mWA。某电力系统VB1设定值为110kV，通过计算得到系统电压平均参数为115kV，对应的线路阻抗为：X1=0.4/km，其计算式为：

带入参数后，最终判定系统短路电流为0.165A。

4.2.2 负荷线路计算

负荷线路电流计算是电力系统短路电流计算中不可或缺的重要部分之一，其计算准确性将对继电保护系统运行稳定性与可靠性产生直接影响。在具体工作实践中，如将110kV 继电保护电力系统中的35kV 的一侧VB2设置为37kV，带入式（6）得到：

此外，如果系统电流10 kV 一侧的VB3为10.5kV，套用此公式可计算短路电流为7.256A。

5 提升电厂继电保护系统可靠性的有效措施

5.1 改善自然环境

针对目前自然界雷电影响进行电力系统防雷工程建设，以消除各级雷电的影响。首先，必须消除直接雷击对继电保护系统的影响。其次，感应雷保护采用多级防雷箱和防雷装置，以尽可能地消除瞬态感应电动势的影响，确保继电保护系统不受感应电流的影响。最后，合理的布局消除电压差，减少由于压降引起的高电压或大电流对继电保护装置的影响。

结合系统运行环境引入温度控制组件，利用温度控制组件自适应功能消除高温或低温对继电保护系统的干扰，并通过风扇冷却及加热方式进行继电保护工作柜的温度调节。

5.2 加强二次回路的巡查

通过加强电力系统继电保护装置二次回路检查，及时发现工作过程中的安全隐患和故障，促进继电保护装置安全可靠运行。

通常情况下，检修人员在进行装置二次回路巡查时，仅对继电保护装置外壳及其他部件外观进行检查，如果外壳或其他部件损坏，应立即检查继电保护装置的电阻。如果检查表明电阻器过热，则必须进行修理。

在某些检查中，必须对转换开关和指示器等设备健康状态进行检查，确保其处于安全稳定运行状态中。通过规范化二次回路检查，可及时发现继电保护装置中可能存在的隐患问题，并及时采取必要手段进行处理[5]。

5.3 提高设备安全质量

为保证继电保护系统运行可靠性，电力企业必须对继电保护装置的安全性和运行质量进行综合分析，从而保证其运行过程不受外界因素影响。

首先，企业在采买继电保护装置时，通过规范化流程加强质量管理，按照设定标准进行设备采购，从源头上保证设备质量符合安全运行标准。

其次，在继电保护装置安装过程中，按行业规范要求进行安装，并通过科学的调试手段验证设备是否处于安全稳定运行状态中。

最后，在后续使用过程中，要建立相对完善的运维制度，安排专业运维人员进行定期检定与维护。对于存在潜在故障的设备进行及时维修处理，必要时必须予以更换，以保证机电保护设备装置始终处于健康稳定运行状态中，提升电力系统运行可靠性。

5.4 强化技术人员专业素养

电力运维技术人员专业素质的高低将影响到继电保护装置运行效率及质量，电力企业一定要加强高素质技术人员引进及培养，让其在工作实践中充分发挥自身价值，运用自身知识及技术优势，保证继电保护装置运行安全性。

在技术人员教育培训中，将最前沿电力技术及相关科学技术纳入培训内容，并在培训之后采取严格的考核标准进行考核，确保所选聘的技术人员都是专业知识丰富、技术经验丰富，确认真负责的人，确保其在工作实践中能从容应对各种挑战。

6 结语

电力企业在日常管理工作中科学应用电力系统安全自动控制技术与继电保护技术的主要目的在于提升电力系统自动化、智能化与保证电网安全高效运行两方面。

为此，企业应在具体工作实践中，通过对电力系统运行问题分析与短路电流计算，科学使用继电保护技术，并在系统采购、安装、运维中加强质量控制，确保其始终处于稳定运行状态中，从而尽可能地消除电力系统安全隐患，保障广大用户用电稳定性。