继电保护在电力系统中的应用研究

青海格尔木鲁能新能源有限公司 翟 涛

1 引言

随着我国社会经济水平不断提升，人们生活质量也在持续提高，为我国电力系统的创新发展提供了良好的机遇和更大的挑战。从实际运行角度分析，电力系统在运行期间会受到多种因素的干扰或影响，导致运行状态出现波动或变化，如果未能及时有效处理修复，很容易导致系统故障，进一步影响电力系统运行的安全和稳定性。继电保护技术能够为电力系统安全运行提供有效保障，对电力系统运行状态进行实时监控，通过自动化技术实现电力系统控制，大幅度提高电力系统运行质量。因此，有必要对继电保护在电力系统中的科学应用进行深入研究。

2 继电保护概述

继电保护自动化技术是指在电力系统中某一个零部件或者局部系统出现问题或发生故障时，能够在第一时间发出警报，对断路器系统发送短路跳闸信号，及时停止电力系统局部运行，以此实现对电力系统和电气设备的保护目标。继电器主要由执行电路、测量电路和逻辑电路三部分构成，会对电力系统运行期间的电流和电压等电气量的变化情况进行监督检测。同时，能够对部分物理量的变化状态进行检测，包括变压器油罐在故障状态时出现的气体泄漏现象，油压强度逐步提升，油液流速加快[1]。利用继电保护技术能够大幅度降低局部的电力系统故障对电力系统整体运行安全造成的影响，将损失降到最低。此外，继电保护还能够对电力系统的非正常运行状态或者异常情况进行警报，并针对不同状态发出不同的警报信号，以此为管理和操作人员提供更具针对性的信息。

3 继电保护在电力系统中的应用作用

3.1 推动电力系统进步发展

将继电保护技术应用到电力系统中需要从系统实际运行状态的角度出发，对输电效率进行合理优化调整，进一步加强对电力系统运行期间电流负担的控制效果，提高电力系统输电效率，并减少输电波动现象发生的频率，逐步构建出稳定安全的电力系统运行环境。同时，从电力输配角度出发，利用继电保护技术有利于电力系统自动化建设，能够提高电力系统故障的判断效率与精准度，保证电力系统故障维修检测的时效性，为电力系统操作与管理人员提供便捷，保证电力系统的运行安全与稳定效果。

3.2 加快电力系统现代化建设

继电保护技术的发展离不开计算机技术的支持，将其科学应用到电力系统中能够进一步提高电力系统的信息化水平，为实现电力系统的自动化控制提供有力支持。各种现代化技术的创新发展为继电保护技术的升级优化提供了良好的基础，并不断得到优化完善。在此情况下，能够将继电保护技术的应用价值充分发挥出来，实现对电力系统的实时全面监督管控，加强电力系统自动化控制水平，最终打造出我国特有的安全可靠的坚强网架结构和自动化运行系统。

4 继电保护在电力系统中的应用原理

继电保护在电力系统中应用能够实现对系统运行状态的自动化检测，并结合检测结果进行动态调整变动，大幅度降低了电力系统运行故障和风险，其基本结构如图1所示。

图1 继电保护系统结构

继电保护技术中的主要组成结构为测量装置、执行保护装置以及逻辑判断系统三个部分。其运行原理是通过逻辑判断系统对电力系统运行数据进行收集与对比分析，从而对系统运行状态进行全面掌握。在电流参数增加时，对应的电压与电流相位也会出现明显变化，此时逻辑判断系统就会对具体变化情况进行分析，以此决定是否开启保护判断功能。在判断时会首先对测试装置特有参数进行分析，并将最终分析数据传递到执行系统中，执行保护装置会依据信号执行启动保护，完成自动化控制。继电保护在电力系统中的运行原理如图2所示。

图2 继电保护系统运行原理

4.1 可靠性分析

继电保护技术在电力系统中的可靠性指标具有重要作用，代表继电保护系统在一定条件下能够完成的功能效果，用字母R 代表。可靠度主要是指设备运行到完全失效的时间段，用R(t)代表，具体计算式为：

其中，t 代表一定条件下的使用时间；P 代表电子元器件在规定条件和时间下完成具体功能的概率；T 代表电子元器件能够使用的寿命期限。

在研究时可假设N 个电子元器件继电保护产品在初始时间t 时的失效数量为N(t)，当N 的数量达到标准后，继电保护装置的可靠度为：

继电保护装置运行时间延长会导致可靠度参数逐渐下降，但是会一直处于0～1。

4.2 累计失效概率分析

累计失效概率是指电子元器件从运行工作到失效的时间概率，用F(t)代表，具体表达式：

在研究时可假设N 个电子元器件继电保护产品在初始时间t 时的失效数量为N(t)，当N 的数量达到标准后，继电保护装置的累计失效概率为：

5 继电保护在电力系统中的具体应用

5.1 线路接地保护应用

将继电保护应用到电力系统中能够为保证线路接地系统的安全性提供良好的技术支持。地形条件对电力系统线路安全具有一定的影响作用，并且会加剧天气条件与人为因素的干扰影响，因此需要对线路接地方式重点关注。在实际设计时需要对线路运行环境与天气变化等因素展开深入研究，现阶段比较常见的线路接地方式包括小电流型与大电流型两种，不同方式间存在一定的差异效果。在小电流型接地线中，线路内部流通电流相对比较小，线路负载能力要求并不高，基于继电保护系统能够为电流流通提供有利环境，并将警报发送到电力系统的控制室，以此提醒管理人员开展维修作业，及时消除电力系统运行故障[2]。

在大电流型接地线路中，由于大电流影响会导致接地线承载的电流大幅度增加，对接地线具有比较明显的破坏性，继电保护系统为有效阻断电流，会通过加强切断电源的方法，将接地线压力控制在一定范围内，保证接地线的运行安全与使用周期。

5.2 变压器应用

电力系统在室外环境运行时，会受到多种外界因素的影响，变压器系统发生短路故障的概率大幅度提升，并不利于电力系统安全稳定运行。将继电保护技术应用到电力系统中，能够充分体现出继电保护的防范作用，在电力系统出现短路故障问题时，继电保护装置能够对抗阻保护与过电流产生较大的影响，进而实现对变压器系统的有效保护作用，并迅速切断电源系统，避免故障问题扩散对整个系统运行造成影响。其中，抗阻元器件在抗阻保护中起到了十分关键的作用，能够在故障发生后及时跳闸。

利用继电保护技术能够实现对变压器的瓦斯保护。在油箱出现故障问题后会导致大量油气泄漏，变压器系统中运行时可能会出现电火花，与油气接触会产生爆炸等问题，严重影响电力系统运行安全。基于瓦斯保护装置能够对油箱进行全面检测控制，对气体排放具有高度敏感性，起到有效监督的作用，避免出现电器火灾事故。

5.3 母线保护应用

将继电保护技术应用到母线保护中同样具有显著的作用效果。利用继电保护装置能够实现相位保护和差动保护，对电力系统中的母线起到安全保护作用，大幅度降低母线发生工作状态异常的概率。在差动保护中，提高电流互感器系统的运行效果，能够为母线电流变化时的互感提供良好的环境与技术支持，将互感器装置安装到差动区域，以此实现母线运行状态的保护效果。继电保护技术对母线的保护作用在大电流型接地系统中具有更加显著的应用效果，对母线电流变化具有较高水平的反应处理速度。

5.4 发动机保护应用

继电保护技术对发动机系统具有良好的保护作用，结合实际情况分析，保护类型主要分成重点保护与备用保护两种类型。基于重点保护能够为发动机装置的主要部件提供安全保护，避免电力系统运行故障时对重要元器件的干扰影响，将损失降到最低。在发动机系统发生短路故障时会导致电流对内部定子绕组匝起到一定的干扰作用，电流越大，对应的定子绕组匝温度越高，线路系统绝缘层材料受到影响，最终限制发动机系统的正常稳定运行。

定子绕组匝是发动机系统中十分重要的元器件，基于继电保护技术能够对其温度变化情况进行实时监控，针对不同运行状态提供不同管理对策，从而降低损坏影响效果。针对发动机装置单相接地故障，会出现实际电流和额定电流差值明显的问题，此时利用继电保护技术能够及时切断发电机的电源系统，进而实现对电力系统的保护作用。备用保护主要是指利用过电压方法对发动机系统进行监督管理，控制发动机系统的负载始终处于预期目标允许范围内；基于过电流方法避免出现发动机短路问题，以此实现发动机的安全保护作用。

5.5 未来发展趋势

继电保护技术能够提高电力系统运行安全与稳定性，从电力行业整体角度分析，能够帮助电力企业节省资源成本，降低电力系统运行过程中的碳排放，对我国实现碳达峰与碳排放战略目标具有显著的积极作用。目前，我国继电保护技术厂家众多，其中以许继电气、国电南瑞、金智科技、南京电研等企业表现尤为突出，在继电保护技术研发领域中发挥了重要作用。如许继电气作为我国电力装备行业配套能力最强的企业，是科技部认定的重点高新技术企业。继电保护技术的未来发展以自动化和智能化为主要方向，基于信息化技术设计出更加高效、智能的控制系统，降低人为操作产生的失误概率。

利用计算机技术打造电力系统运行监测系统，对电力系统运行进行全面的自动化监督测量，对各环节的运行状态和信息进行全面收集，提高系统管理和操作的便捷性，实现了独特的特高压输电技术，为我国实现碳达峰碳中和战略贡献积极力量。

6 结语

通过本次研究能够发现，继电保护技术在电力系统中具有重要的作用，能够为电力系统智能化控制提供良好的技术支持，在线路接地保护、变压器保护、母线保护、发动机保护等环节中起到显著效果，利用多样化控制手段为电力系统的安全稳定运行提供了有力支持。