淺談電氣主設(shè)備繼電保護技術(shù)分析

1、淺談電氣主設(shè)備繼電保護技術(shù)分析         09-10-27 14:02:00     作者：李平    編輯：studa090420論文關(guān)鍵詞：電氣主設(shè)備；TA飽和；光電壓互感器；繼電保護；技術(shù)分析       論文摘要：近年來，主設(shè)備保護通過對故障過程的電磁暫態(tài)過程的研究、TA飽和特性的研究、內(nèi)部故障理論分析，結(jié)合實際動模和數(shù)字仿真，提出了一些新的原理并已在現(xiàn)場廣泛應(yīng)用。TA飽和

2、問題是主設(shè)備保護共同面對的問題，國內(nèi)外也提出了一些識別TA飽和的辦法，但是也存在不足之處。文章著重介紹了電力系統(tǒng)中主設(shè)備繼電保護的現(xiàn)狀，闡述了發(fā)展趨勢。      電氣設(shè)備的繼電保護主要是研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以稱繼電保護。  隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)繼電保護先后經(jīng)歷了不同的發(fā)展時期。近10年來，電力工業(yè)突飛猛進(jìn)，整個電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出往超高電壓等級、單

3、機容量增大、大聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方向發(fā)展的趨勢，這就對主設(shè)備保護的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性提出了更高的要求。    一、電氣主設(shè)備保護的現(xiàn)狀    以往電力系統(tǒng)大型主設(shè)備（包括發(fā)電機、變壓器、母線、高壓并聯(lián)電抗器等）繼電保護與超高壓線路繼電保護相比，處于一種相對滯后的狀態(tài)，主設(shè)備保護正確動作率一直較低，與線路保護相比有較大差距。  近年來主設(shè)備保護的分析計算方法取得了很大進(jìn)展，比如采用多回路分析法可以比較精確地計算發(fā)電機的內(nèi)部故障，主設(shè)備內(nèi)部故障保護的配置具備了理論基礎(chǔ)。利用真實反應(yīng)主設(shè)備內(nèi)部各種故障及異常工況的動模系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)檢驗主設(shè)備保護，極

4、大地提高了新原理新技術(shù)的驗證水平。隨著基于新硬件平臺的數(shù)字式主設(shè)備保護的推陳出新，實現(xiàn)了主設(shè)備保護雙主雙后的配置方案，保護的設(shè)計方案、配置原則趨于完善，同時，新原理和新技術(shù)的應(yīng)用也大大提高了主設(shè)備保護的安全運行水平。  （一）主設(shè)備保護的雙重化配置和主后一體化趨勢  近年來，雙主雙后保護配置方案逐漸應(yīng)用到主設(shè)備保護的領(lǐng)域，尤其是國電調(diào)2002138號文件防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求繼電保護實施細(xì)則對主設(shè)備保護的雙重化作出規(guī)定后，雙主雙后保護方案成為主設(shè)備保護研制、設(shè)計的指導(dǎo)準(zhǔn)則，并為現(xiàn)場運行提供了極大的方便。  雙主雙后的保護實現(xiàn)方式是針對一個被保護對象

5、，配置2套獨立的保護。每套保護均包含主后備保護，并且每套保護由2個CPU系統(tǒng)構(gòu)成。2個CPU系統(tǒng)之間均能進(jìn)行完善的自檢和互檢，出口方式采用2個CPU系統(tǒng)“與”門出口。這種配置方案概念清晰，徹底解決了保護拒動和誤動的矛盾，即雙重化配置解決了拒動問題，雙CPU系統(tǒng)“與”門出口解決了硬件故障導(dǎo)致的誤動問題。這種思想已成功地應(yīng)用到主設(shè)備保護上，大大提高了主設(shè)備保護的運行水平。  （二）主設(shè)備保護的新原理  近年來，主設(shè)備保護通過對故障過程的電磁暫態(tài)過程的研究、TA飽和特性的研究、內(nèi)部故障理論分析，結(jié)合實際動模和數(shù)字仿真，提出了一些新的原理并已在現(xiàn)場廣泛應(yīng)用。  1差動保護

6、。常規(guī)的兩折線、三折線比率差動、標(biāo)積制動式差動、采樣值差動等已在很多文獻(xiàn)中有所介紹。  2關(guān)于勵磁涌流。目前在工程上應(yīng)用的判別勵磁涌流的原理都是從涌流波形與短路電流波形的不同特征入手，來區(qū)分勵磁涌流與短路的。各種涌流判別原理都具有在故障合閘時，保護動作時間長或動作時間離散度大的缺點。  3關(guān)于TA飽和。TA飽和問題是主設(shè)備保護共同面對的問題。由于大型發(fā)電機變壓器組容量大，故障電流非周期分量衰減時間常數(shù)長，可能引起差動保護各側(cè)TA傳變暫態(tài)不一致或飽和。對于變壓器，各側(cè)TA特性不一致，更易引起TA飽和，這樣可能會造成在區(qū)外發(fā)生故障時差動保護誤動對于母線近端發(fā)生區(qū)外故障時，TA也

7、會嚴(yán)重飽和。因此差動保護需有可靠的 TA飽和判據(jù)。  針對TA飽和問題，國內(nèi)外也提出了一些識別TA飽和的辦法：采用附加額外的電路來檢測TA飽和，缺點是現(xiàn)場工程應(yīng)用很不方便；提高定值，缺點是降低了內(nèi)部故障的靈敏度；采用流出電流判據(jù)的標(biāo)積式比率差動，理論計算表明當(dāng)發(fā)電機發(fā)生某些內(nèi)部故障時，也有流出電流，存在拒動的可能性。 二、主設(shè)備保護的發(fā)展趨勢    （一）保護裝置的一體化發(fā)展  1充分的資源共享，一個裝置包含了被保護元件所有的模擬量，保護邏輯的判據(jù)可以充分利用所有電氣量，使保護更加完善、可靠，判據(jù)更加靈活實用。  2主后一體化裝置，給

8、故障錄波、后臺分析帶來了便利。任何一個故障啟動或動作保護裝置就可以錄下整個單元所有模擬量，使得現(xiàn)場故障的綜合分析、定性及事故處理更加方便，而分體式保護只能錄下部分信息。  3主后一體化裝置便于保護雙重化的實現(xiàn)。主后共用一組TA，TA斷線概率大大下降；裝置數(shù)量少，誤動概率降低。  （二）新型光電流互感器、光電壓互感器的應(yīng)用  傳統(tǒng)的電磁式TA是一種非線性電流互感器，具有鐵磁諧振、磁飽和、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動態(tài)范圍小、使用頻帶窄、銅材耗費大，遠(yuǎn)距離傳送造成電位升高等問題。  新型光電流互感器（OTA）、光電壓互感器（OTV）相對于電磁式TA具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢：不

9、存在飽和問題，頻率響應(yīng)寬，動態(tài)范圍大，在很大的電流變化區(qū)間內(nèi)保持線性變換關(guān)系；實現(xiàn)了強電和弱電的完全絕緣隔離，具有很強的抗電磁干擾能力；不存在二次開路的問題，二次輸出值較小，適合與保護直接接口。因此其將成為主設(shè)備微機保護的發(fā)展趨勢。       09-10-27 14:02:00     作者：李平    編輯：studa090420（三）信息網(wǎng)絡(luò)化  變電站監(jiān)控和發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，要求主設(shè)備保護具有強大的通信功能，以便通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)保護動作報文

10、管理、故障數(shù)據(jù)處理、定值遠(yuǎn)方整定、事故追憶等功能，實現(xiàn)了電氣智能設(shè)備運行的深層次管理。  在采用高速度、大容量的微處理器及高速總線設(shè)計后，保護裝置將具有更完善的數(shù)據(jù)處理功能和通信功能，可以更好地實現(xiàn)保護信息化、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計。主設(shè)備保護除了動作后經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)上傳故障報文、數(shù)據(jù)到監(jiān)控系統(tǒng)以外，還可以為系統(tǒng)動態(tài)提供保護裝置的運行狀態(tài)和信息，并可根據(jù)系統(tǒng)運行方式的變化通過數(shù)據(jù)交換，提供修改保護判據(jù)和定值的依據(jù)，保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。  （四）故障分析技術(shù)  新一代主設(shè)備保護必須具有強大的故障錄波功能，除了記錄完整的事件報文、故障數(shù)據(jù)外，裝置還可以記錄故障發(fā)生前后全過程所有

11、的模擬量、開關(guān)量、啟動量、中間量的變化，完整地記錄每個保護的動作行為。主設(shè)備保護的故障信息上傳至電氣監(jiān)控系統(tǒng)或保護信息管理系統(tǒng)后，通過高級應(yīng)用軟件，分析保護的動作行為是否正確，為故障查找、分析提供充分的依據(jù)。完整的故障數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)主設(shè)備的故障再現(xiàn)，對事故進(jìn)行深入分析，為保護性能的改進(jìn)完善提供重要的依據(jù)。  （五）信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)  當(dāng)代繼電保護技術(shù)的發(fā)展，正在從傳統(tǒng)的模擬式、數(shù)字式探索著進(jìn)入信息技術(shù)領(lǐng)域。在變電站綜合自動化方面，保護的配置比較靈活。如果變電站綜合自動化采用傳統(tǒng)模式，也就是遠(yuǎn)方終端裝置（RTU）加上當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)，這時候，保護裝置的信息可以通過遙信輸入回

12、路進(jìn)入RTU，也可以通過串行口與RTU按照約定的通信規(guī)約進(jìn)行信息傳遞。  （六）自適應(yīng)技術(shù)、智能技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展  自適應(yīng)繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進(jìn)一步改善保護的性能。對于主設(shè)備保護而言，它與某些保護的判據(jù)、定值和系統(tǒng)的變化也是息息相關(guān)的，比如發(fā)電機失步保護、變壓器零序保護等。目前，部分保護功能已經(jīng)具備了一定的自適應(yīng)能力，比如浮動門限、變斜率比率差動保護中的制動特性、自適應(yīng)3次諧波電壓比率定子接地判據(jù)等。隨著與微機保護技術(shù)密切相關(guān)的其他科技領(lǐng)域新技術(shù)和新理論的出現(xiàn)，通信技術(shù)、信息技術(shù)、自適應(yīng)控制理論、全球定位系統(tǒng)（GPS）等的應(yīng)用，必將促進(jìn)自適應(yīng)保護的飛速發(fā)展。    三、結(jié)語    隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，范