前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇微機保護和繼電保護的區別范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
繼電器是電子應用方面的一種電子控制器件,它具有控制系統和被控制系統,在自動控制電路中的應用很多,它的工作原理實際上是用很小的電流來控制較大電流的一種自動調制開關,在電路中的作用是自動調節、安全保護以及轉換電路等。熔斷器是最早的繼電保護裝置,隨著科學技術的不斷進步,相繼出現了電磁型繼電保護裝置、電子型靜態繼電器和廣泛應用在計算機中的數字式繼電保護。在電子技術、計算機技術、通信技術的快速發展下,人工智能技術已經在繼電保護領域得到了大力的研究應用。由于微機型繼電保護裝置在電力系統以及工業系統中的應用越來越廣泛,所以需要我們對其出現的各類事故問題進行處理及研究工作,為以后的工作打下基礎。
一、微機繼電保護事故處理的原則
無論做什么事都要遵循一定的規律、原則,因此,在對微機繼電保護的事故進行處理之前,就要對處理時候所要遵循的原則有一個十分深的了解和掌握,只有在對這些原則很好地遵循基礎上,才能將出現的微機繼電保護事故很好地處理。
1.1實事求是的處理態度。微機繼電保護事故的處理不但和使用個人有關同時也會關聯到運行單位,一旦發生拒動或者是誤動的情況,一定要查清楚原因,并且要找出問題的根源所在,盡最大可能的解決問題。在進行一系列的解決處理中,一定會涉及到事故的責任者,情況嚴重的話將會受到非常嚴厲的懲罰,在事故發生之后,很多單位以及個人會修改資料信息,導致工作組的調查處理工作很難進行,這樣就會對存在的問題無法解決,導致單位產生更嚴重的經濟損失。所以針對這些情況,進行事故調查的專業人員應該本著實事求是的做事態度,嚴格檢查事故發生的原因,對造成事故發生的單位幾個人進行嚴厲的懲罰。
1.2理論結合實際的處理方式。繼電保護的事故處理不僅僅與繼電保護的原理和元器件有關,并且根據大量的現場處理繼電保護事故的經驗表明,多數的微機繼電保護事故的發生都與基建、設備安裝以及調試設備的過程息息相關。所以從事事故處理研究的工作人員掌握必要的微機繼電保護基本理論分析是首要條件,其次,還應當結合事故處理現場的經驗進行更全更詳細的事故處理,只有兩者結合才能使事故處理更加迅速準確。
二、微機繼電保護事故的種類及原因
要想很好地解決微機繼電保護事故,那么就要對微機繼電保護出現的事故種類以及出現的原因進行一個總結:
2.1定值問題
2.1.1人為整定錯誤。人為整定錯誤顧名思義就是工作人員在進行數值整定時出現了很大的失誤,比如說:看錯數值、TA,TV變化計算錯誤、定值區使用錯誤等等人為失誤,這些小小的錯誤曾經都造成過很大的事故,給相關單位造成了很大的經濟損失。上述事故發生的主要原因是,工作人員工作不仔細、相關檢查措施較為落后,還有的微機繼電保護裝置的設計不是很合理,過程太過繁瑣復雜,這些都很容易造成現場操作人員的視覺錯誤,導致最后的事故發生。根據微機繼電現場運行的情況來看,要想避免上述情況的不斷發生,較好的措施是在設備送電之前至少由兩名工作人員再次進行裝置定值的校核,確保萬無一失方可進行工作。
2.1.2整定數值計算的誤差。因為設備的一些特性還沒有被人們掌握透徹,很多數據依存于經驗值以及估算值,微機繼電保護的定值很難定準,并且電力系統的參數或者原器件參數的標準值與實際值之間有很大的出入,某些情況下兩者的差別很大,以標準值算出的定值不是很準確,這就使設定的定值在某些特定的事故故障情況下失去了靈敏性和可靠性。因此,設計部門、基建部門及技改部門應該及時、準確地向保護計算機的專業人員提供有關的計算參數和設計圖紙,施工部門在調試完保護設備之后也應該及時將有關資料送交給運行部門,這樣就能確保整定數值計算誤差降到最低。
2.2電源問題
2.2.1逆變穩壓電源的問題。微機繼電保護逆變電源的工作原理是將輸入的220V直流電源經過開關電路變成方波交流,再經過逆變器變成需要的+5V、+24V等電壓。這在現場會發生以下幾個故障:紋波系數過高的故障,它是指輸出中的交流電壓與直流電壓的比值,交流萬分就屬于高頻范圍,一旦高頻幅值過高的話就會影響設備的正常壽命;輸出功率不足的故障,它是因為電源的輸出功率不足的話就會造成輸出電壓的下降,一旦電壓下降過大就會導致電路基準值發生變化,充電電路時間變短等一些問題,繼而影響到微機繼電保護的邏輯配置。
2.2.2直流熔絲的相關配置問題。工作現場的熔絲配置原則按照從負荷到電源一級比一級熔斷電流大的原則配置的,這樣是為了保證在直流上發生短路或者過載時熔絲的選擇性,由于不同熔絲的底座區別不是很大,并且型號混亂,這就導致運行人員很難掌握,造成的后果是回路上過流時熔絲會發生越級熔斷情況,所以設計人員應該針對不同容量的熔絲選擇不同的形式,方便工作人員進行區別。
三、繼電保護事故處理的檢查方法
3.1逆序檢查法。在事故發生之后,工作人員如果利用微機的事件記錄和故障記錄表,在短時間內不能找到事故發生的根本原因時,就應該采取逆順序的檢查方法,從事故發生的結果出發,層層往前查找,直到找到事故發生的根源為止,一定要充分利用工作站內的設備各種信息綜合判斷分析,將最終的事故原因找出來,此種方法經常應用在繼電保護出現誤動的時候。
3.2順序檢查法。順序檢查法顧名思義就是按照微機繼電保護的工作順序,從開始層層的檢查尋找事故的根源。從外部檢查,絕緣檢測,定值檢查以及對電源性測試、繼電保護性能檢查的順序進行。該方法主要被應用在微機繼電保護出現拒動或者保護邏輯出現偏差的事故處理中,一定要注意微機繼電裝置的邏輯判斷關系。
3.3采取整組的試驗法。這個方法在一定程度上主要是為了檢查設備的二次回路以及保護裝置的動作邏輯和動作時間是否正常,往往在很短的時間內可以檢查出故障,并找出問題的根源,一旦發生異常應及時結合其他方法進行檢查維修。
3.4掌握繼電保護技術原理。繼電保護工作人員要準確掌握必要的理論知識,對電子技術、微機保護原理和組成要很熟悉,同時應該具備技術資料的閱讀能力,因為進行微機繼電保護事故的處理離不開很多的檢修規程、裝置使用及技術說明書等專業書籍,這就要求在進行日常工作中,一定要對繼電保護的專業書籍進行閱讀分析,從中掌握微機保護故障的處理技巧,為以后復雜的工作打下堅實的基礎。
結語
計算機技術、通信電子技術在未來會有更大的發展空間,這就給微機繼電保護的進一步發展帶來了很大的挑戰,它的發展和應用將會有很大的變革,我國在此方面的技術會平相對落后,這就要求從事繼電保護的工作人員不斷努力創新、迎難而上,將我國的微機繼電保護水平提上一個新的高度。
參考文獻:
[1]王艷芬.繼電保護故障信息處理系統構成及應用[J].湖南農機.2011(03)
關鍵詞:微機繼電保護;變電站;距離保護;差動保護
作者簡介:閔鐵軍(1983-),男,湖北武漢人,湖北超高壓輸變電公司,助理工程師;李挺(1982-),男,湖北武漢人,湖北超高壓輸變電公司,工程師。(湖北 武漢 430051)
中圖分類號:TM77?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)30-0128-02
在高壓變電站中對自動化的要求越來越高,所以微機繼電保護的作用顯得尤為重要。由于微機的監控系統全部是集中于一起,雖然有利于系統的維護,但是占據了很大的用地面積,而且消耗了過多的電纜等資源。所以實現分散式的布置成為發展的主要趨勢。隨著計算機網絡技術的不斷發展,微機的性能越來越高,高壓變電站中的監控系統已經實現了自動化的控制,在實際運作中可以預防停電引起的電力系統失去穩定、頻率崩潰等事故的發生。
一、微機繼電保護概述
1.基本原理
微機繼電保護是指在電力系統中電氣元件由于受到破損不能正常工作,繼電器通過判斷起到跳閘或者發出報警信號的一種自動保護裝置。這種裝置能夠保證設備的安全性以及修復的簡單性。繼電保護裝置的構成包括測量元件、邏輯判斷元件、執行輸出元件。通過測量并與之前給定元件的物理參量進行準確比較,分析處理信息,然后根據輸出信號的性質、持續時間等判斷故障的緣由。最后根據前一命令的指令發出信號、跳閘等響應。繼電保護的保護分區是為了保護在指定范圍內的故障,不屬于范圍內的不采取控制,這樣可以減少因故障跳閘引起的停電區域。所以電力系統中每個繼電保護的界限劃分得很清楚。當電力系統發生故障,繼電保護就會及時切除故障,避免安全事故的發生。
2.500kV變電站系統構成及特點
微機繼電保護是電力系統的重要組成部分,在保障電網系統的穩定運行、防止事故的發生、阻止事故的擴大等方面起著十分重要的作用。500kV變電站微機保護系統主要構成包括微機系統、模擬量輸入系統、信號接口等。隨著微機保護采取的工藝方式不斷更新,在運行中的可靠性以及安全性都有很大提高。由于在硬件的結構上沒有明顯的差異,所以只需要將程序稍加變動就可以改變系統保護功能。在變電所的組成上只需要有微機保護和遠程的裝置就可以實現遙信、監控、遙測的功能,節省了人力。
在微機處理系統中的繼電保護裝置存在運行中存在以下特點:一是適用于500kV以上的高壓電壓網絡線路,可以實現集中保護以及后備保護的作用,在一些大中型的電機組能夠實現獨立工作,完成雙重化的保護任務。二是可以進行遠程的通訊功能。工作人員運用遠程的通訊可以隨時監控系統的工作狀態,能夠快速及時進行數值的處理、調用、更改,為系統運行的管理提供了很大的便捷。三是能夠自動檢測出故障的位置。這對于保護系統裝置的安全運行起到了保障的作用,在系統裝置的檢測周期上可以有效地進行延緩,而且減少了不必要的檢測手段。
二、500kV變電站的微機繼電保護方式
1.500kV變電站微機保護的振蕩閉鎖
由于微機保護中留有距離保護的功能,所以在運行中如果保護被閉鎖,距離保護會起到作用。在系統裝置中距離保護出現問題時,通過振蕩閉鎖用手動或者自動裝置的方式減少裝置前端的負荷,可保持系統的完整性。將保護閉鎖進入到振蕩閉鎖的狀態中。觀察幾秒鐘,如果振蕩消失,才能重新開放系統的保護。在判斷系統是否為振蕩時,可以用過流元件的3ZJ的判距作比較,如果它先行動作,其他的故障反應就不會引起跳閘,所以在微機保護中找到適當的判距就可以區別系統是否發生振蕩。
2.500kV變電站微機繼電縱差保護
高頻縱差保護實現了全線路上的功能保護。在系統的運行中,由于距離保護和零序電流保護在功能上存在一定的局限性,不能進行全線路的保護。在方向元件上的選取要有一定的根據,負序和零序方向上的元件一般不采用,正確選取元件才能進行各種方式的方向保護。在傳統的保護系統中常采用距離元件和零序元件相結合的方式進行工作,反映出高頻距離保護的故障。但是在500kV變電站系統的運行中存在振蕩現象,所以需要在振蕩閉鎖關閉以后才能運行。在高頻保護中雖然可以進行開放式的工作方式,但是要注意快速的高頻保護所引起的延時作用。在選取方向元件時一般采用工頻變化量方向的元件繼電器,其在危機高頻方向的保護中發揮了很大的作用,所以被廣泛使用。
3.500kV變電站微機繼電零序電流方向保護
在500kV變電站微機繼電保護中對保護元件的選取要很慎重。零序電流保護由于具有操作簡單、安全可靠以及抗過渡電阻能力強等特點,在微機繼電保護中有著廣泛的應用前景。500kV變電站微機保護中采用自產的3U0,一般在PT斷線時改用這種形式。由于在工作中零序方向的接線方式存在一定的弊端,當出現故障時,3U0超過3I0的規定范圍,給工作的運行帶來了很大的麻煩。在實際運行中3U0的回路會影響到自產3U0,所以在系統運行中要將二、三次的線分開,系統才能正常運行。在PT斷開的時候,距離保護和高頻保護都要退出運行,零序方向也不能正常運作,所以要有無方向的零序電流保護和一相電流保護才能保護線路的正常運作。
三、500kV變電站微機繼電保護中的變壓器差動保護
1.500kV變電站微機變壓器差動保護
常規機械型差動繼電器只能按一種原理實現,性能單一,難以適應各種運行工況。在500kV變電站微機保護中繼電器由軟件實現,完全可以根據不同工況采用不同原理,獲得最佳性能。微機變壓器的差動保護一般用一個綜保實現,高低壓(或者高中低三側)CT二次接入同一綜保內,進行差動電流換算即可。至于高壓側聯跳低壓側可在綜保內編程實現,也可不通過綜保,直接用接點接入斷路器分閘回路。主要控制組成是第一條通道由比例制動元件、勵磁涌流檢測產生的跳閘反應。另外一條是由差電流速斷直接作用引起的跳閘反應。采用比率制動元件額可以在很大程度上提高保護的靈敏度,可以防止由于外界因素導致的電流突增的動作保護。可以通過對勵磁涌流元件的判別來閉鎖比率制元件。
2.考慮勵磁特性的變壓器內部短路微機繼電保護
在500kV變電站電力系統繼電保護的作用中,微機保護與零序差動可以共同利用電流互感器,零序差動保護與空載勵磁涌流沒有關系,可以提高Yn側引線及繞組接地短路的靈敏度部分。變壓器差動保護存在的問題是被保護變壓器各繞組間存在磁的耦合,勵磁涌流和過勵磁電流將引起誤動作,即使是分側差動保護和零序差動保護也存在這樣的缺點。微機保護的出現,使得人們有可能依靠建立數學模型通過算法尋求一種全新的變壓器內部保護原理。數學模型構建的前提是要使繞組漏電感和電阻相等,雖然這種技術還不是很成熟,但是卻標志著新一代電氣主設備微機繼電保護的發展前景。
四、結束語
隨著經濟的快速發展,電力系統的不斷更新對繼電保護提出更高的要求。為了滿足我國電力系統對繼電保護的需求,就要不斷測試其性能以及提高繼電保護裝置。智能化、計算機化、網絡化的繼電保護技術將會運用到實際中來,使電力系統能夠安全、可靠、經濟的運行。
參考文獻:
[1]李紅兵,陳樹衡.基于DSP的微機高壓短線路保護裝置的研制[J].船電技術,2005,(3).
【關鍵詞】微機保護;事故分析;分析技巧;基本方法
最近,電力系統發展日新月異,其保護方式大致經過了幾代交替,從電磁式繼電保護到集成式繼電保護裝置到微機保護。傳統的電磁式繼電器和集成電路式的保護方式基本上退出了歷史的舞臺,微機保護成為了現代電力系統的主流保護方式,并且也是數字化變電站和近期提出的智能化電網保護的基礎。
1.微機保護事故的原因分析
1.1定值問題
1.1.1整定計算的誤差。由于人們尚未透徹掌握設備的特性,很多數據依存于經驗值和估算值,繼電保護的定值不容易定準,且因電力系統參數或元器件參數的標幺值與實際值有出入,在兩者的差別比較大的情況下,以標幺值算出的定值較不準確,使設定的定值在某些特定的故障情況下失去靈敏性和可靠性。設計、基建、技改主管部門應及時、準確地向保護計算人員提供有關計算參數(有些參數,如線路參數應實測)、圖紙,施工部門在保護設備調試完畢后也應及時將有關保護資料移交運行部門。
1.1.2人為整定錯誤。人為整定錯誤的情況主要有:看錯數值;CT、PT變比計算錯誤;在微機保護菜單中找錯位置,定值區使用錯誤;運行人員投錯壓板(聯結片)等,這些錯誤都曾造成事故的發生。產生上述情況的主要原因為:工作不仔細,檢查手段落后;有些微機保護裝置菜單設計不合理,過于繁瑣,人性化概念差等,容易造成現場操作人員的視覺失誤。從現場運行角度出發,避免上述情況發生的主要措施是在設備送電之前至少由2人再次校核裝置的定值。
1.1.3裝置定值的漂移。a)元器件老化及損壞。元器件的老化必然引起元器件特性的變化和元器件的損壞,不可逆轉地影響微機保護的定值;b) 溫度與濕度的影響。電子元器件在不同的溫度與濕度下表現為不同的特性,在某些情況下造成了定值的漂移;c) 定值漂移問題?,F場運行經驗表明:如果定值的漂移不嚴重,一般不影響保護的特性;如果定值的偏差≤5%,則可忽略其影響;當定值的偏差≥5%時,應查明原因后才能投入運行。
1.2電源問題
1.2.1逆變穩壓電源問題。微機保護逆變電源的工作原理是,將輸入的220V或110V直流電源經開關電路變成方波交流,再經逆變器變成需要的+5V、±12V、+24V等電壓。其在現場容易發生的故障有以下幾種情形:a)紋波系數過高。變電站的直流供電系統正常供電時大都運行于“浮充”方式下。紋波系數是輸出中的交流電壓與直流電壓的比值。由于交流成分屬于高頻范疇,高頻幅值過高會影響設備的壽命,甚至造成邏輯錯誤或導致保護拒動,因此要求直流裝置有較高的精度;b)輸出功率不足或穩定性差。電源輸出功率不足會造成輸出電壓下降。若電壓下降過大,則會導致比較電路基準值的變化、充電電路時間變短等一系列問題,從而影響到微機保護的邏輯配合,甚至導致邏輯功能判斷失誤。尤其是在事故發生時,有出口繼電器、信號繼電器、重動繼電器等相繼動作,這就要求電源輸出有足夠的容量。如果在現場發生事故時,出現微機保護無法給出后臺信號或是重合閘無法實現等現象,則應考慮電源的輸出功率是否因元件老化而下降。
1.2.2直流熔絲的配置問題?,F場熔絲的配置原則是,按照從負荷到電源,一級比一級熔斷電流大,以便保證在直流電路發生短路或過載時熔絲的選擇性。但是不同熔絲的底座沒有區別,型號混亂,運行人員難以掌握,造成的后果是在回路發生過流時熔絲越級熔斷。建議設計者對不同容量的熔絲選擇不同的形式,以便于區別。同時,現行微機保護使用的直流熔絲和小型空氣斷路器的特性配合也值得很好地研究。
1.2.3帶直流電源操作插件。微機保護的集成度很高,一套裝置由幾塊插件組成,若在不停直流電源的情況下拔各種插件,可能會造成裝置損壞或事故。因此現場應加強監督,必須做到一人操作一人監護,嚴禁帶電插拔插件。
1.3抗干擾問題
運行經驗表明:微機保護的抗干擾性能較差,對講機和其他無線通訊設備在保護屏附近使用都會導致一些邏輯元件誤動作?,F場曾發生過在進行氬弧焊接時,電焊機的高頻信號感應到保護電纜上使微機保護誤跳閘的事故。因此要嚴格執行有關反事故技術措施,盡可能避免操作干擾、沖擊負荷干擾、直流回路接地干擾等問題的發生。
1.4保護性能問題
保護性能問題主要包括兩方面,即裝置的功能和特性缺陷。有些保護裝置在投入直流電源時出現誤動;高頻閉鎖保護存在頻拍現象時會誤動;有些微機保護的動態特性偏離靜態特性很遠也會導致動作結果的錯誤。
1.5插件絕緣問題
微機保護裝置的集成度高,布線密度大。在長期運行過程中,由于靜電作用使插件的接線焊點周圍聚集大量靜電塵埃,在外界條件允許時,會在兩焊點之間形成導電通道,從而引起裝置故障或者事故的發生。
2.微機保護事故分析的基本思路
2.1正確、充分地利用微機提供的故障信息
對經常發生的簡單事故是容易排除的,但也有少數故障僅憑經驗是難以解決的,對此應采取正確的方法和步驟。
2.1.1正確對待人為事故。有些繼電保護事故發生后,按照現場的信號指示無法找到故障原因,或者斷路器跳閘后沒有信號指示,無法界定是人為事故或是設備事故。這種情況的發生往往與工作人員的重視程度不夠、措施不力等原因有關。人為事故必須如實反映,以便正確分析和判斷,避免浪費時間。
2.1.2充分利用故障錄波和時間記錄。微機事件記錄、故障錄波圖形、裝置燈光顯示信號是事故處理的重要依據,根據有用信息作出正確判斷是解決問題的關鍵。若通過一、二次系統的全面檢查,發現一次系統故障使繼電保護正確動作,則不存在繼電保護事故處理的問題。若判斷故障出在繼電保護上,應盡量維持原狀,做好記錄,做出故障處理計劃后再開展工作,以避免原始狀況的破壞給事故處理帶來不必要的麻煩。
2.2運用正確的檢查方法
2.2.1逆序檢查法。如果利用微機事件記錄和故障錄波不能在短時間內找到事故發生的根源時,應注意從事故發生的結果出發,一級一級往前查找,直到找到根源為止。
2.2.2順序檢查法。該方法是利用檢驗調試的手段來尋找故障的根源,按外部檢查、絕緣檢測、定值檢查、電源性能測試、保護性能檢查等順序進行。這種方法主要用于微機保護出現拒動或者邏輯出現問題的事故處理中。
2.2.3整組試驗法。此方法的主要目的是檢查保護裝置的動作邏輯、動作時間是否正常。用此方法往往可以在很短的時間內再現故障,并判明問題的根源。
參考文獻
[1]王梅義主編.四統一高壓線路繼電保護裝置原理設計.第一版.北京:水利電力出版社,1990
[2]洪佩孫,許正亞.輸變電線路距離保護.第1版.北京水利電力出版社,1989
[3]王維儉,電氣主設備繼電保護原理與應用.北京:中國電力出版社,1996
關鍵詞:繼電保護 運行現狀 發展前景
1、我國電力系統
繼電保護技術的發展現狀繼電保護技術是隨著電力系統的發展而發展的,它與電力系統對運行可靠性要求的不斷提高密切相關。熔斷器就是最初出現的簡單過電流保護,時至今日仍廣泛應用于低壓線路和用電設備。由于電力系統的發展,用電設備的功率、發電機的容量不斷增大,發電廠、變電站和供電網的結線不斷復雜化,電力系統中正常工作電流和短路電流都不斷增大,熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求,于是出現了作用于專門的斷流裝置的過電流繼電器。本世紀初隨著電力系統的發展,繼電器才開始廣泛應用于電力系統的保護。這個時期可認為是繼電保護技術發展的開端。
自本世紀初第一代機電型感應式過流繼電器(1901年)在電力系統應用以來,繼電保護已經經歷了一個世紀的發展。在最初的二十多年里,各種新的繼電保護原理相繼出現,如差動保護(1908年)、電流方向保護(1910年)、距離保護(1923年)、高頻保護(1927年),這些保護原理都是通過測量故障發生后的穩態工頻量來檢測故障的。盡管以后的研究工作不斷發展和完善了電力系統的保護,但是這些保護的基本原理并沒有變,至今仍然在電力系統繼電保護領域中起主導作用。
繼電保護裝置是保證電力系統安全運行的重要設備。滿足電力系統安全運行的要求是繼電保護發展的基本動力??焖傩浴㈧`敏性、選擇性和可靠性是對繼電保護的四項基本要求。為達到這個目標,繼電保護專業技術人員借助各種先進科學技術手段作出不懈的努力。經過近百年的發展,在繼電保護原理完善的同時,構成繼電保護裝置的元件、材料等也發生了巨大的變革。繼電保護裝置經歷了機電式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機式等不同的發展階段。
50年代,我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術,建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍,對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術,建立了我國自己的繼電器制造業。因而60年代是我國機電式繼電保護繁榮的時代,為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。
自50年代末,晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。在此期間,從70年代中,基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位,這是集成電路保護時代。
國內微機保護的研究開始于70年代末期,起步較晚,但發展很快。1984年我國第一套微機距離保護樣機在試運行后通過鑒定并批量生產,以后每年都有新產品問世;1990年第二代微機線路保護裝置正式投入運行。目前,高壓線路、低壓網絡、各種主電氣設備都有相應的微機保護裝置在系統中運行,特別是線路保護已形成系列產品,并得到廣泛應用。我國在2000年220kV及以上系統的微機保護率為43.99%,線路微機保護占86%,到2003年底,220kV以上系統的微機保護已占到70.29%,線路的微機化率達到97.6%。實際運行中,微機保護的正確動作率要明顯高于其他保護,一般比平均正常動作率高0.2~0.3個百分點。國產微機保護經過多年的實際運行,依靠先進的原理和技術及良好的工藝已全面超越進口保護。從80年代220KV及以上電壓等級的電力系統全部采用進口保護,到現在220KV系統繼電保護基本國產化,反映了繼電保護技術在我國的長足發展和國產繼電保護設備的明顯優勢。
微機繼電保護技術的成熟與發展是近三十年來繼電保護領域最顯著的進展。經過長期的研究和實踐,現在人們已普遍認可了微機保護在電網中無可替代的優勢。微機保護具有自檢功能,有強大的邏輯處理能力、數值計算能力和記憶能力,并且具備很強的數字通信能力,這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的。計算機技術的進步,更高性能、更高精度的數字外圍器件的采用,一直是微機繼電保護不斷發展的強大動力。
2、微機繼電保護的主要特點
微機保護充分利用了計算機技術上的兩個顯著優勢:高速的運算能力和完備的存貯記憶能力,以及采用大規模集成電路和成熟的數據采集,A/D模數變換、數字濾波和抗干擾措施等技術,使其在速動性、可靠性方面均優于以往傳統的常規保護,而顯示了強大生命力,與傳統的繼電保護相比,微機保護有許多優點,其主要特點如下:
1)改善和提高繼電保護的動作特征和性能,正確動作率高。主要表現在能得到常規保護不易獲得的特性;其很強的記憶力能更好地實現故障分量保護;可引進自動控制、新的數學理論和技術,如自適應、狀態預測、模糊控制及人工神經網絡等,其運行正確率很高,已在運行實踐中得到證明。
2)可以方便地擴充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等,可以方便地附加低頻減載、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能。
3)工藝結構條件優越。體現在硬件比較通用,制造容易統一標準;裝置體積小,減少了盤位數量;功耗低。
4)可靠性容易提高。體現在數字元件的特性不易受溫度變化、電源波動、使用年限的影響,不易受元件更換的影響;且自檢和巡檢能力強,可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。
5)使用靈活方便,人機界面越來越友好。其維護調試也更方便,從而縮短維修時間;同時依據運行經驗,在現場可通過軟件方法改變特性、結構。
6)可以進行遠方監控。微機保護裝置具有串行通信功能,與變電所微機監控系統的通信聯絡使微機保護具有遠方監控特性。
3、未來繼電保護技術的發展前景
微機保護經過近20年的應用、研究和發展,已經在電力系統中取得了巨大的成功,并積累了豐富的運行經驗,產生了顯著的經濟效益,大大提高了電力系統運行管理水平。近年來,隨著計算機技術的飛速發展以及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用,新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中,以期取得更好的效果,從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發展,其未來趨勢向計算機化,網絡化,智能化,保護、控制、測量和數據通信一體化發展。
3.1 微計算機硬件的更新和網絡化發展在計算機領域,發展速度最快的當屬計算機硬件,按照著名的摩爾定律,芯片上的集成度每隔18~24個月翻一番。其結果是不僅計算機硬件的性能成倍增加,價格也在迅速降低。微處理機的發展主要體現在單片化及相關功能的極大增強,片內硬件資源得到很大擴充,單片機與DSP芯片二者技術上的融合,運算能力的顯著提高以及嵌入式網絡通信芯片的出現及應用等方面。這些發展使硬件設計更加方便,高性價比使冗余設計成為可能,為實現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創造了條件。硬件技術的不斷更新,使微機保護對技術升級的開放性有了迫切要求。網絡特別是現場總線的發展及其在實時控制系統中的成功應用充分說明,網絡是模塊化分布式系統中相互聯系和通信的理想方式。如基于網絡技術的集中式微機保護,大量的傳統導線將被光纖取代,傳統的繁瑣調試維護工作將轉變為檢查網絡通信是否正常,這是繼電保護發展的必然趨勢。微機保護設計網絡化,將為繼電保護的設計和發展帶來一種全新的理念和創新,它會大大簡化硬件設計、增強硬件的可靠性,使裝置真正具有了局部或整體升級的可能。
繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務),還要保證全系統的安全穩定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統的運行和故障信息的數據,各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協調動作,實現微機保護裝置的網絡化。這樣,繼電保護裝置能夠得到的系統故障信息愈多,對故障性質、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確,大大提高保護性能和可靠性。
3.2 智能化進入20世紀90年代以來,人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用,電力系統保護領域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專家系統、人工神經網絡(ANN)和模糊控制理論逐步應用于電力系統繼電保護中,為繼電保護的發展注入了活力。
人工神經網絡(ANN)具有分布式存儲信息、并行處理、自組織、自學習等特點,其應用研究發展十分迅速,目前主要集中在人工智能、信息處理、自動控制和非線性優化等問題。近年來,電力系統繼電保護領域內出現了用人工神經網絡(ANN)來實現故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設備保護等。例如在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經過渡電阻的短路就是一非線性問題,距離保護很難正確作出故障位置的判別,從而造成誤動或拒動;如果用神經網絡方法,經過大量故障樣本的訓練,只要樣本集中充分考慮了各種情況,則在發生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規劃等也都有其獨特的求解復雜問題的能力。將這些人工智能方法適當結合可使求解速度更快??梢灶A見,人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用,以解決用常規方法難以解決的問題。
3.3 自適應控制技術在繼電保護中的應用自適應繼電保護的概念始于20世紀80年代,它可定義為能根據電力系統運行方式和故障狀態的變化而實時改變保護性能、特性或定值的新型繼電保護。自適應繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應電力系統的各種變化,進一步改善保護的性能。這種新型保護原理的出現引起了人們的極大關注和興趣,是微機保護具有生命力和不斷發展的重要內容。自適應繼電保護具有改善系統的響應、增強可靠性和提高經濟效益等優點,在輸電線路的距離保護、變壓器保護、發電機保護、自動重合閘等領域內有著廣泛的應用前景。針對電力系統頻率變化的影響、單相接地短路時過渡電阻的影響、電力系統振蕩的影響以及故障發展問題,采用自適應控制技術,從而提高保護的性能。對自適應保護原理的研究已經過很長的時間,也取得了一定的成果,但要真正實現保護對系統運行方式和故障狀態的自適應,必須獲得更多的系統運行和故障信息,只有實現保護的計算機網絡化,才能做到這一點。
3.4 變電所綜合自動化技術現代計算機技術、通信技術和網絡技術為改變變電站目前監視、控制、保護和計量裝置及系統分割的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術創新。實現繼電保護和綜合自動化的緊密結合,它表現在集成與資源共享、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元(RTU)、微機保護裝置為核心,將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統,取代傳統的控制保護屏,能夠降低變電所的占地面積和設備投資,提高二次系統的可靠性。
綜合自動化技術相對于常規變電所二次系統,主要有以下特點:
1)設備、操作、監視微機化。綜合自動化系統的各個子系統全部微機化,其內涵中還包括系統的功能軟件化和信號數字化的內容,完全摒棄了常規變電所中各種機電式、機械式、模擬式設備,大大提高了二次系統的可靠性和電氣性能。操作、監視完全微機化,且方便地通過人機聯系系統(MMI)對變電所實施監視和控制。
2)通信局域網絡化、光纜化。計算機局域網絡技術和光纖通信技術在綜合自動化系統中得到普遍的應用。因此,系統具有較高的抗電磁干擾的能力,能夠實現高速數據傳輸,滿足實時性要求,組態更靈活,易于擴展,可靠性大大提高,而且大大簡化了常規變電所繁雜量大的各種電纜,方便施工。
3)運行管理智能化。智能化的表現是多方面的,除了常規自動化功能以外,如自動報警、報表生成、電壓無功調節、小電流接地選線、故障錄波、事故判別與處理等方面,還具有強大的在線自診斷功能,并實時地將其送往調度(控制)中心,即以主動模式代替了常規變電所的被動模式,這一點是與常規二次系統最顯著的區別之一。
競爭的電力市場將促進新的自動化技術的開發和應用,在經濟效益的驅動下,變電站將向集成自動化方向發展。根據變電站自動化集成的程度,可將未來的自動化系統分為協調型自動化和集成型自動化。協調型自動化仍然保留間隔內各自獨立的控制、保護等裝置,各自采集數據并執行相應的輸出功能,通過統一的通信網絡與站級相連,在站級建立一個統一的計算機系統,進行各個功能的協調。而集成型自動化既在間隔級,又在站級對各個功能進行優化組合,是現代控制技術、計算機技術和通信技術在變電站自動化系統的綜合應用。所謂集成型自動化系統是將間隔的控制、保護、故障錄波、事件記錄和運行支持系統的數據處理等功能集成在一個統一的多功能數字裝置內,間隔內部和間隔間以及間隔同站級間的通信用少量的光纖總線實現,取消傳統的硬線連接??傮w來說,綜合自動化系統打破了傳統二次系統各專業界限和設備劃分原則,改變了常規保護裝置不能與調度(控制)中心通信的缺陷,給變電所自動化賦予了更新的含義和內容,代表了變電所自動化技術發展的一種潮流。隨著科學技術的發展,功能更全、智能化水平更高、系統更完善的超高壓變電所綜合自動化系統,必將在我國電網建設中不斷涌現,把電網的安全、穩定和經濟運行提高到一個新的水平。
4、結束語
我國電力系統繼電保護技術的發展經歷了4個階段。隨著電力系統的高速發展和計算機技術、通信技術的進步,繼電保護技術面臨著進一步發展的趨勢。其發展將出現原理突破和應用革命,由數字時代跨入信息化時代,發展到一個新的水平。這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務,也開辟了活動的廣闊天地。
參考文獻
1、楊奇遜,微型機繼電保護基礎,北京:水利電力出版社,1988.
2、吳斌,劉沛,陳德樹,繼電保護中的人工智能及其應用,電力系統自動化,1995(4)。
3、張宇輝,電力系統微型計算機繼電保護,北京:中國電力出版社,2000.
4、葛耀中,新型繼電保護與故障測距原理與技術,西安:西安交通大學出版社,1996.
5、葛耀中,自適應繼電保護及其前景展望,電力系統自動化,1997,21(9):42~46.
6、楊奇遜,變電站綜合自動化技術發展趨勢,電力系統自動化,1995,19(10): 7~9.
關鍵詞 繼電保護;隱藏故障監測;風險;電力系統
中圖分類號:F407文獻標識碼: A
所謂繼電保護是指對電力系統中發生的故障或異常情況進行檢測,針對相應的檢測情況來發出相應的報警信號,或者直接將系統中的故障部分進行相關隔離和切除的一種重要措施。當電力系統中由于自然的、人為的或設備故障等因素發生故障時,繼電保護裝置必須能夠及時快速的把系統故障進行有效切除,從而來保證電力系統的安全運行穩定,最大限度的降低故障引起的人生傷害和財產損失。
繼電保護系統的隱藏故障是指繼電保護裝置中存在的一種永久缺陷,這種缺陷只有在系統發生故障等不正常運行狀態時才會表現出來,其直接后果是導致被保護元件的錯誤斷開。多次大停電事故的分析結論表明,這種由于繼電保護裝置的隱藏故障引起的大停電事故發生概率雖然很小,但危害極大,這類事故一旦發生將會引起電網的連鎖反應,事故并會迅速蔓延導致電網崩潰,給電網帶來災難性的后果。
隨著電網發展規模的不斷擴大,電網的安全運行顯得尤為重要,隱藏故障依然是威脅電網安全的主要隱患之一。因此開展對繼電保護隱藏故障的研究具有重要的理論和現實意義。
1 繼電保護隱藏故障的概述
繼電保護主要是指在電力系統發生故障或是出現異常情況的時候對其進行檢測,并根據相應的檢測情況發出報警信號或是直接進行處理的一種電力保護措施。繼電保護的主要作用就是在電力系統出現自然的、人為的或是設備故障等故障的時候能夠及時、準確的將故障切斷,以保護電力系統的安全運行,最大限度的降低損失。繼電保護系統主要包括有繼電保護裝置、通訊通道、電壓電流互感器以及斷路器,其中任何一個部分出現故障都會造成繼電保護系統的故障。繼電保護系統隱藏故障主要是指繼電保護系統內部元件存在著的一種永久缺陷,這種缺陷在系統正常運行的情況下是不會對系統造成影響的,而在系統不正常運行的狀態下這種缺陷就會表現出來,并導致一連串的故障發生,最為直接的后果就是導致被保護的元件出現錯誤斷開的情況。雖然繼電保護隱藏故障造成大面積停電的機率很小,但是其危害卻是極大的,這樣的事故一旦發生就會引起一連串的連鎖反應,甚至可能使電網崩潰。
2 繼電保護隱藏故障的監測
由于繼電保護的隱藏故障在電力系統正常運行的情況下是不會表現不來的,而只有在系統運行狀態不正常的時候還會顯現,也就是說,繼電保護隱藏故障只有在系統運行的時候才會顯露出來,所以,檢測繼電保護的隱藏故障采用傳統的離線檢測方式是不適合的。由此可見,對繼電保護隱藏故障的監測需要的是在線監控系統,可是目前并沒有專門的監控系統對繼電保護隱藏故障進行保護,而只能依靠微機保護中的自檢功能來保證系統的安全運行。早在1996年,一些國際著名的保護權威專家就指出致使電網發生聯鎖故障的最主要原因之一就是保護裝置與系統中的隱藏故障,并進行了詳細的研究,針對繼電保護隱藏故障提出了監測和控制的技術方案。該系統主要是為了對電網中存在高脆弱性指數的保護裝置進行監測與控制,系統首先會對輸入繼電器內部的信號進行分析診斷,事實上就是對該保護的算法與功能進行復制,最后將系統的輸出結果和處于運行中的繼電保護裝置的輸出結果進行相應的邏輯關系的對比分析,兩者的輸出結果若是相同,那么就會允許執行保護跳閘命令;而若是兩者的輸出結果不同,那么跳閘命令就會被禁止執行,這時,該系統就相當于起到了閉鎖的作用。但是從二十世紀九十年代至今,微機保護裝置自身的軟、硬件技術和變電站的綜合自動化成為了繼電保護技術與變電站自動化發展中的重點,而對繼電保護隱藏故障的監測與控制方面的研究卻處于停滯狀態。從而也就形成了目前仍然是采用微機保護的自檢功能來確保系統的安全運行的現狀。
3 繼電保護隱藏故障的風險
從對繼電保護隱藏故障的分析中我們就能看出,繼電保護隱藏故障和常規故障之間的區別就在于隱藏故障不會立刻引發系統故障,而是要在系統處于不正常運行的情況下才會出現,這也是繼電保護隱藏故障最危險的一點。繼電保護隱藏故障的發生機制主要是在電力系統故障時或是故障后瞬間的非正常狀態之下,但是初次之外,電力系統中的任何一個元件都可能出現隱藏故障。相關資料表明,電網中出現大規模的擾動事件有四分之三都和繼電保護中的隱藏故障有關,而它們也存在著一個顯著的特點就是:所存在的缺陷與隱患是不能被檢測出來的,只有在相鄰的事故發生后才會表現出來,并使事故進一步惡化。
繼電保護隱藏故障發生的位置不同,其對電力系統所造成的危害程度也不相同,其主要是取決于隱藏故障的發生位置。為了對隱藏故障的風險進行評估,有的學者就提出了應用風險理論建立隱藏故障的風險評估的方案。繼電保護隱藏故障風險評估的基本思想就是利用隱藏故障的概率,根據系統的拓撲結構對建立的連鎖故障的模型進行仿真計算,其主要是對繼電保護中所有隱藏的故障均進行風險評估,然后根據評估結果找出電力系統的薄弱環節,并采取相應的預防措施。
4繼電保護隱藏故障監測方法
由繼電保護隱藏故障的定義可知,繼電保護裝置的隱藏故障在正常運行時并不表現出來,而在系統出現壓力的情況下才顯現,也就是說隱藏故障只會在系統運行中暴露出來,因此,傳統的離線式檢測方法并不適合用來監測隱藏故障,必須研究針對繼電保護裝置隱藏故障的在線監測系統。目前尚無專門的監控系統用以檢測運行中的繼電保護系統是否存在隱藏故障,而是僅依靠微機保護中一些簡單的自檢功能來保障保護系統的運行。不管是保護系統的定期計劃檢修還是保護裝置自檢功能,都屬于離線式的檢測方法,均沒有考慮裝置現場運行中的情況,因此,這些目
前廣泛采用的離線檢測方式都不是可以信賴的檢測方案,無法實現對于繼電保護隱藏故障的檢測。
目前廣泛采用的常規檢測方法往往是在保護裝置離線情況下進行的,由于隱藏故障是在運行過程中才爆發,因此傳統的檢測方法并不能對隱藏故障進行全面的檢測??紤]到隱藏故障存在的特點,完善的檢測方法應做到對保護裝置進行在線監測,這樣才能夠在系統暴露出隱藏故障時,及時發現其中的錯誤動作傾向,對存在隱藏故障的保護裝置進行動作閉鎖或者使其退出運行,阻止由于保護裝置的隱藏故障而造成保護誤動作的行為。
對隱藏故障而言,當系統在正常運行的時候,該故障一般不會表現出來;但是,當系統工作不正常時,往往暗示存在其中的隱藏故障已經達到了承受極限。當系統運行狀況超過這個極限,保護裝置就會出現誤動或拒動的錯誤行為,因此,保護裝置的狀態經歷了一個從正常到故障的動態過程
結論
繼電保護的隱藏故障對電力系統的影響是非常大的,而且在電力系統正常運行的情況下,隱藏故障是不能被發現的。因此,隱藏故障的監測不僅重要而且是存在著一定難度的。在很早之前有研究者提出了隱藏故障的監測與控制系統,但是在其后的電力自動化的研究中重點研究的則是微機保護自身的軟、硬件技術以及變電站的自動化技術,在隱藏故障的監測與控制方面的研究一直處于停滯狀態。近年來,繼電保護的隱藏故障的監測與控制的研究也逐漸的發展起來。
參考文獻
[1]曾麗柳.繼電保護隱藏故障監測及風險分析方法研究[J].科技風,2012(13).
[2]周鴻坤.繼電保護隱藏故障監測方法研究[J].硅谷,2011(24):92-92.