变电站的继电保护【文献综述】

文献综述

电气工程及自动化

变电站的继电保护

摘要：变电站的继电保护是系统正常运行的保障，随着科技的发展，微机继电保护逐渐成为未来发展的方向。

关键词：继电保护；微机

1引言

发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，是电力系统安全、可靠、经济运行的重要一环[1]。在变电站的运行中可能会发生各种故障和不正常运行状态，而变电站的继电保护使我们及时发现和排除这些问题，让电力系统继续正常运行。变电站继电保护是根据变配电站运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（给定值）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号[2]。本文阐述了继电保护的原理，变电站各种保护及今后继电器的发展趋势。

2变电站中的继电保护

变电站需要继电保护的有变压器、母线、电力电容器等。

变压器是变电站中十分重要的电器元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。对变压器各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。变压器的差动保护作为变压器的主保护反应变压器绕组和引出线的相间故障，它能跳开变压器各侧断路器。在变压器出现外部故障，而产生变压器绕组过电流，而在变压器出现内部故障时，作为瓦斯保护和差动保护的后备，变压器应安装过电流保护[3]。

母线保护的主保护为母差保护。传统变电站母差保护的保护逻辑中母差保护受复合电压元件闭锁，目的是防止差动元件出口继电器由于振动或人员误碰出口回路造成误跳断路器[4]。而现今微机母差保护各条引线的电流互感器二次回路独立引入保护装置，允许采用不同的变比，电流的平衡由软件实现，能自动适应母线上引出线的连接方式发生的变化。微机母差保护也采用比率制动原理，简化了回路，增加了自检功能和通信功能，完善了保护判据及电流互感器饱和检测判据，具有较高的灵活性及扩展性[5]。

电力电容器有电容器内部故障及其引出线短

路，电容器组和断路器之间连接线短路，电容器组中某一故障电容切除后引起的过电压、电容器组过电压，所连接的母线失压。

线路保护根据电压等级不同，电网中性点接地方式不同，输电线路以及电缆或架空线长度不同，分别有：相间短路、单间接地短路、单相接地、过负荷等。

3微机继电保护

在过去，由于缺乏强有力的数据通信手段，大多数继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量，继电保护的作用也只限于切除故障元件、缩小事故影响范围。电力系统的飞速发展对继电保护提出新的要求，使继电保护的作用不仅限于切除故障元件和限制事故影响范围，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。当前电力系统正向大容量、超高压、大机组、大电网的方向发展，随着电网规模的不断增大，电压等级的不断提高，其对整个电网运行的安全性、可靠性、经济性以及全网管理水平的要求将越来越高。科技的发展对变电站的自动化系统产生重大的影响[6]。在中国，无人值守变电站已成为电力系统的重要组成部分。为了有效地管理和控制无人值守变电站，中国电力部门作出了巨大努力，而无人值守变电站的管理需要利用微机保护技术[7]。如今利用微机取代常规控制保护方式，实现变电站综合自动化，已成为各级电力部门的热门话题和共同追求。

微机继电保护实际上就是一个具有继电保护功能的微机系统，它通过控制与外部接口的电子电路将传感器传送进来的信号变换为数据，然后进行复杂的算术和逻辑运算对故障作出指令。它不仅能够实现复杂的保护原理，还可以完成电力自动化要求的各种智能化测量、控制、通信、及管理功能[8]。

微机继电器装置的信号输入由各交流量分别经信号输入回路、模拟低通滤波器送到CPU控制的多路开关，经模数转换后，由DB数据总线送到数据存储器。CPU通过调用程序存储器内的程序对采集的数据进行计算，其计算结果与存放在电可擦存储器中的整定值进行比较，作出相应判断，再通过输入输出端口将处理信号送到相应外设发出报警信号，或执行跳闸。键盘、显示器用于人机对话，以便对整个保护系统进行调试、整定、监视[9]。

研究和实践证明，与传统的继电保护相比较，微机保护有许多优点，其主要特点有改善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高。可以方便地扩充其他辅助功能。工艺结构条件优越,体现在硬件较通用,装置体积小，功耗低。可靠性容易提高，使用灵活方便，可以进行远方监控[10]。

微机保护功能先进，但这并不就意味着微机装置工作可靠性大、安全系数高。因为，微机装置抗干扰能力差、防潮性能差、易遭雷击；

对工作环境、电源电压等客观条件的要求很高。因此，必须采取：“电缆屏蔽层两端接地”抗干扰规范；二次回路及网络线置避雷器；变电站控制室装空调调节室温；装置的直流电源加装滤波、稳压设备；装置的交流电源加装雷电浪涌吸收器等等措施，确保微机装置可靠、安全工作[11]。

继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。电力系统发生短路时不可避免的，为了避免设备烧坏，最早将熔断器串联在电路中，当发生短路时，短路电流首先熔断熔断器，短路的设备断开。这种保护方式，随着电力系统的发展，已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了直接反应一次短路电流的电磁型过电流继电器[12]。我国电力系统的发展对继保护不断提出新的要求，继电保护随着电子技术、计算机技术与通信技术的发展在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。第一阶段是建国后至60年代中的机电式继电保护时代。第二阶段是晶体管继电保护时代。第三阶段是集成电路继电保护时代。第四阶段是计算机继电保护时代[13]。可以说如今是微机保护的时代。

4总结

变电站的继电保护是变电站的重要组成部分，随着电力系统的高速发展和信息(计算机)技术、通信技术的进步，变电站继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。微机继电保护逐渐代替了传统的继电保护装置，这是未来继电保护发展的趋势。

参考文献

[1] 姚建刚.系统工程学[M] .北京：清华大学出版社，2007,4

[2] 马永翔、王世荣.电力系统继电保护[M].北京：北京大学出版社，2006,6

[3] 邹伟煜.电力变压器继电保护问题探析[J].价值工程，2010,29（15）：164-164

[4] 周满、曹磊、张延鹏.基于数字化变电站的继电保护改进方案[J].东北电力技术，2010，

（40）：29-31

[5] 叶滨施.母线保护技术的现状与发展[J].上海电气技术，2007，1（1）：1-7

[6] Alexander Apostolow.Testing of complex IEC 61850 based substation automation

systems[J]. International Journal of Reliability and Safety，2008，2(1)

[7] Jun Ge, Luyuan Tong, Juncheng Geng, Quanshi Chen, Guang Han, Zhi Tang.Unmanned

substations employ multimedia network RTUs[J] ．IEEE Computer Applications in Power,2002,15(2)

[8] 陈少华、陈卫.电力系统继电保护[M].北京：机械工业出版社，2009,1