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继电器是电子应用方面的一种电子控制器件,它具有控制系统和被控制系统,在自动控制电路中的应用很多,它的工作原理实际上是用很小的电流来控制较大电流的一种自动调制开关,在电路中的作用是自动调节、安全保护以及转换电路等。熔断器是最早的继电保护装置,随着科学技术的不断进步,相继出现了电磁型继电保护装置、电子型静态继电器和广泛应用在计算机中的数字式继电保护。在电子技术、计算机技术、通信技术的快速发展下,人工智能技术已经在继电保护领域得到了大力的研究应用。由于微机型继电保护装置在电力系统以及工业系统中的应用越来越广泛,所以需要我们对其出现的各类事故问题进行处理及研究工作,为以后的工作打下基础。
一、微机继电保护事故处理的原则
无论做什么事都要遵循一定的规律、原则,因此,在对微机继电保护的事故进行处理之前,就要对处理时候所要遵循的原则有一个十分深的了解和掌握,只有在对这些原则很好地遵循基础上,才能将出现的微机继电保护事故很好地处理。
1.1实事求是的处理态度。微机继电保护事故的处理不但和使用个人有关同时也会关联到运行单位,一旦发生拒动或者是误动的情况,一定要查清楚原因,并且要找出问题的根源所在,尽最大可能的解决问题。在进行一系列的解决处理中,一定会涉及到事故的责任者,情况严重的话将会受到非常严厉的惩罚,在事故发生之后,很多单位以及个人会修改资料信息,导致工作组的调查处理工作很难进行,这样就会对存在的问题无法解决,导致单位产生更严重的经济损失。所以针对这些情况,进行事故调查的专业人员应该本着实事求是的做事态度,严格检查事故发生的原因,对造成事故发生的单位几个人进行严厉的惩罚。
1.2理论结合实际的处理方式。继电保护的事故处理不仅仅与继电保护的原理和元器件有关,并且根据大量的现场处理继电保护事故的经验表明,多数的微机继电保护事故的发生都与基建、设备安装以及调试设备的过程息息相关。所以从事事故处理研究的工作人员掌握必要的微机继电保护基本理论分析是首要条件,其次,还应当结合事故处理现场的经验进行更全更详细的事故处理,只有两者结合才能使事故处理更加迅速准确。
二、微机继电保护事故的种类及原因
要想很好地解决微机继电保护事故,那么就要对微机继电保护出现的事故种类以及出现的原因进行一个总结:
2.1定值问题
2.1.1人为整定错误。人为整定错误顾名思义就是工作人员在进行数值整定时出现了很大的失误,比如说:看错数值、TA,TV变化计算错误、定值区使用错误等等人为失误,这些小小的错误曾经都造成过很大的事故,给相关单位造成了很大的经济损失。上述事故发生的主要原因是,工作人员工作不仔细、相关检查措施较为落后,还有的微机继电保护装置的设计不是很合理,过程太过繁琐复杂,这些都很容易造成现场操作人员的视觉错误,导致最后的事故发生。根据微机继电现场运行的情况来看,要想避免上述情况的不断发生,较好的措施是在设备送电之前至少由两名工作人员再次进行装置定值的校核,确保万无一失方可进行工作。
2.1.2整定数值计算的误差。因为设备的一些特性还没有被人们掌握透彻,很多数据依存于经验值以及估算值,微机继电保护的定值很难定准,并且电力系统的参数或者原器件参数的标准值与实际值之间有很大的出入,某些情况下两者的差别很大,以标准值算出的定值不是很准确,这就使设定的定值在某些特定的事故故障情况下失去了灵敏性和可靠性。因此,设计部门、基建部门及技改部门应该及时、准确地向保护计算机的专业人员提供有关的计算参数和设计图纸,施工部门在调试完保护设备之后也应该及时将有关资料送交给运行部门,这样就能确保整定数值计算误差降到最低。
2.2电源问题
2.2.1逆变稳压电源的问题。微机继电保护逆变电源的工作原理是将输入的220V直流电源经过开关电路变成方波交流,再经过逆变器变成需要的+5V、+24V等电压。这在现场会发生以下几个故障:纹波系数过高的故障,它是指输出中的交流电压与直流电压的比值,交流万分就属于高频范围,一旦高频幅值过高的话就会影响设备的正常寿命;输出功率不足的故障,它是因为电源的输出功率不足的话就会造成输出电压的下降,一旦电压下降过大就会导致电路基准值发生变化,充电电路时间变短等一些问题,继而影响到微机继电保护的逻辑配置。
2.2.2直流熔丝的相关配置问题。工作现场的熔丝配置原则按照从负荷到电源一级比一级熔断电流大的原则配置的,这样是为了保证在直流上发生短路或者过载时熔丝的选择性,由于不同熔丝的底座区别不是很大,并且型号混乱,这就导致运行人员很难掌握,造成的后果是回路上过流时熔丝会发生越级熔断情况,所以设计人员应该针对不同容量的熔丝选择不同的形式,方便工作人员进行区别。
三、继电保护事故处理的检查方法
3.1逆序检查法。在事故发生之后,工作人员如果利用微机的事件记录和故障记录表,在短时间内不能找到事故发生的根本原因时,就应该采取逆顺序的检查方法,从事故发生的结果出发,层层往前查找,直到找到事故发生的根源为止,一定要充分利用工作站内的设备各种信息综合判断分析,将最终的事故原因找出来,此种方法经常应用在继电保护出现误动的时候。
3.2顺序检查法。顺序检查法顾名思义就是按照微机继电保护的工作顺序,从开始层层的检查寻找事故的根源。从外部检查,绝缘检测,定值检查以及对电源性测试、继电保护性能检查的顺序进行。该方法主要被应用在微机继电保护出现拒动或者保护逻辑出现偏差的事故处理中,一定要注意微机继电装置的逻辑判断关系。
3.3采取整组的试验法。这个方法在一定程度上主要是为了检查设备的二次回路以及保护装置的动作逻辑和动作时间是否正常,往往在很短的时间内可以检查出故障,并找出问题的根源,一旦发生异常应及时结合其他方法进行检查维修。
3.4掌握继电保护技术原理。继电保护工作人员要准确掌握必要的理论知识,对电子技术、微机保护原理和组成要很熟悉,同时应该具备技术资料的阅读能力,因为进行微机继电保护事故的处理离不开很多的检修规程、装置使用及技术说明书等专业书籍,这就要求在进行日常工作中,一定要对继电保护的专业书籍进行阅读分析,从中掌握微机保护故障的处理技巧,为以后复杂的工作打下坚实的基础。
结语
计算机技术、通信电子技术在未来会有更大的发展空间,这就给微机继电保护的进一步发展带来了很大的挑战,它的发展和应用将会有很大的变革,我国在此方面的技术会平相对落后,这就要求从事继电保护的工作人员不断努力创新、迎难而上,将我国的微机继电保护水平提上一个新的高度。
参考文献:
[1]王艳芬.继电保护故障信息处理系统构成及应用[J].湖南农机.2011(03)
关键词:微机继电保护;变电站;距离保护;差动保护
作者简介:闵铁军(1983-),男,湖北武汉人,湖北超高压输变电公司,助理工程师;李挺(1982-),男,湖北武汉人,湖北超高压输变电公司,工程师。(湖北 武汉 430051)
中图分类号:TM77?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)30-0128-02
在高压变电站中对自动化的要求越来越高,所以微机继电保护的作用显得尤为重要。由于微机的监控系统全部是集中于一起,虽然有利于系统的维护,但是占据了很大的用地面积,而且消耗了过多的电缆等资源。所以实现分散式的布置成为发展的主要趋势。随着计算机网络技术的不断发展,微机的性能越来越高,高压变电站中的监控系统已经实现了自动化的控制,在实际运作中可以预防停电引起的电力系统失去稳定、频率崩溃等事故的发生。
一、微机继电保护概述
1.基本原理
微机继电保护是指在电力系统中电气元件由于受到破损不能正常工作,继电器通过判断起到跳闸或者发出报警信号的一种自动保护装置。这种装置能够保证设备的安全性以及修复的简单性。继电保护装置的构成包括测量元件、逻辑判断元件、执行输出元件。通过测量并与之前给定元件的物理参量进行准确比较,分析处理信息,然后根据输出信号的性质、持续时间等判断故障的缘由。最后根据前一命令的指令发出信号、跳闸等响应。继电保护的保护分区是为了保护在指定范围内的故障,不属于范围内的不采取控制,这样可以减少因故障跳闸引起的停电区域。所以电力系统中每个继电保护的界限划分得很清楚。当电力系统发生故障,继电保护就会及时切除故障,避免安全事故的发生。
2.500kV变电站系统构成及特点
微机继电保护是电力系统的重要组成部分,在保障电网系统的稳定运行、防止事故的发生、阻止事故的扩大等方面起着十分重要的作用。500kV变电站微机保护系统主要构成包括微机系统、模拟量输入系统、信号接口等。随着微机保护采取的工艺方式不断更新,在运行中的可靠性以及安全性都有很大提高。由于在硬件的结构上没有明显的差异,所以只需要将程序稍加变动就可以改变系统保护功能。在变电所的组成上只需要有微机保护和远程的装置就可以实现遥信、监控、遥测的功能,节省了人力。
在微机处理系统中的继电保护装置存在运行中存在以下特点:一是适用于500kV以上的高压电压网络线路,可以实现集中保护以及后备保护的作用,在一些大中型的电机组能够实现独立工作,完成双重化的保护任务。二是可以进行远程的通讯功能。工作人员运用远程的通讯可以随时监控系统的工作状态,能够快速及时进行数值的处理、调用、更改,为系统运行的管理提供了很大的便捷。三是能够自动检测出故障的位置。这对于保护系统装置的安全运行起到了保障的作用,在系统装置的检测周期上可以有效地进行延缓,而且减少了不必要的检测手段。
二、500kV变电站的微机继电保护方式
1.500kV变电站微机保护的振荡闭锁
由于微机保护中留有距离保护的功能,所以在运行中如果保护被闭锁,距离保护会起到作用。在系统装置中距离保护出现问题时,通过振荡闭锁用手动或者自动装置的方式减少装置前端的负荷,可保持系统的完整性。将保护闭锁进入到振荡闭锁的状态中。观察几秒钟,如果振荡消失,才能重新开放系统的保护。在判断系统是否为振荡时,可以用过流元件的3ZJ的判距作比较,如果它先行动作,其他的故障反应就不会引起跳闸,所以在微机保护中找到适当的判距就可以区别系统是否发生振荡。
2.500kV变电站微机继电纵差保护
高频纵差保护实现了全线路上的功能保护。在系统的运行中,由于距离保护和零序电流保护在功能上存在一定的局限性,不能进行全线路的保护。在方向元件上的选取要有一定的根据,负序和零序方向上的元件一般不采用,正确选取元件才能进行各种方式的方向保护。在传统的保护系统中常采用距离元件和零序元件相结合的方式进行工作,反映出高频距离保护的故障。但是在500kV变电站系统的运行中存在振荡现象,所以需要在振荡闭锁关闭以后才能运行。在高频保护中虽然可以进行开放式的工作方式,但是要注意快速的高频保护所引起的延时作用。在选取方向元件时一般采用工频变化量方向的元件继电器,其在危机高频方向的保护中发挥了很大的作用,所以被广泛使用。
3.500kV变电站微机继电零序电流方向保护
在500kV变电站微机继电保护中对保护元件的选取要很慎重。零序电流保护由于具有操作简单、安全可靠以及抗过渡电阻能力强等特点,在微机继电保护中有着广泛的应用前景。500kV变电站微机保护中采用自产的3U0,一般在PT断线时改用这种形式。由于在工作中零序方向的接线方式存在一定的弊端,当出现故障时,3U0超过3I0的规定范围,给工作的运行带来了很大的麻烦。在实际运行中3U0的回路会影响到自产3U0,所以在系统运行中要将二、三次的线分开,系统才能正常运行。在PT断开的时候,距离保护和高频保护都要退出运行,零序方向也不能正常运作,所以要有无方向的零序电流保护和一相电流保护才能保护线路的正常运作。
三、500kV变电站微机继电保护中的变压器差动保护
1.500kV变电站微机变压器差动保护
常规机械型差动继电器只能按一种原理实现,性能单一,难以适应各种运行工况。在500kV变电站微机保护中继电器由软件实现,完全可以根据不同工况采用不同原理,获得最佳性能。微机变压器的差动保护一般用一个综保实现,高低压(或者高中低三侧)CT二次接入同一综保内,进行差动电流换算即可。至于高压侧联跳低压侧可在综保内编程实现,也可不通过综保,直接用接点接入断路器分闸回路。主要控制组成是第一条通道由比例制动元件、励磁涌流检测产生的跳闸反应。另外一条是由差电流速断直接作用引起的跳闸反应。采用比率制动元件额可以在很大程度上提高保护的灵敏度,可以防止由于外界因素导致的电流突增的动作保护。可以通过对励磁涌流元件的判别来闭锁比率制元件。
2.考虑励磁特性的变压器内部短路微机继电保护
在500kV变电站电力系统继电保护的作用中,微机保护与零序差动可以共同利用电流互感器,零序差动保护与空载励磁涌流没有关系,可以提高Yn侧引线及绕组接地短路的灵敏度部分。变压器差动保护存在的问题是被保护变压器各绕组间存在磁的耦合,励磁涌流和过励磁电流将引起误动作,即使是分侧差动保护和零序差动保护也存在这样的缺点。微机保护的出现,使得人们有可能依靠建立数学模型通过算法寻求一种全新的变压器内部保护原理。数学模型构建的前提是要使绕组漏电感和电阻相等,虽然这种技术还不是很成熟,但是却标志着新一代电气主设备微机继电保护的发展前景。
四、结束语
随着经济的快速发展,电力系统的不断更新对继电保护提出更高的要求。为了满足我国电力系统对继电保护的需求,就要不断测试其性能以及提高继电保护装置。智能化、计算机化、网络化的继电保护技术将会运用到实际中来,使电力系统能够安全、可靠、经济的运行。
参考文献:
[1]李红兵,陈树衡.基于DSP的微机高压短线路保护装置的研制[J].船电技术,2005,(3).
【关键词】微机保护;事故分析;分析技巧;基本方法
最近,电力系统发展日新月异,其保护方式大致经过了几代交替,从电磁式继电保护到集成式继电保护装置到微机保护。传统的电磁式继电器和集成电路式的保护方式基本上退出了历史的舞台,微机保护成为了现代电力系统的主流保护方式,并且也是数字化变电站和近期提出的智能化电网保护的基础。
1.微机保护事故的原因分析
1.1定值问题
1.1.1整定计算的误差。由于人们尚未透彻掌握设备的特性,很多数据依存于经验值和估算值,继电保护的定值不容易定准,且因电力系统参数或元器件参数的标幺值与实际值有出入,在两者的差别比较大的情况下,以标幺值算出的定值较不准确,使设定的定值在某些特定的故障情况下失去灵敏性和可靠性。设计、基建、技改主管部门应及时、准确地向保护计算人员提供有关计算参数(有些参数,如线路参数应实测)、图纸,施工部门在保护设备调试完毕后也应及时将有关保护资料移交运行部门。
1.1.2人为整定错误。人为整定错误的情况主要有:看错数值;CT、PT变比计算错误;在微机保护菜单中找错位置,定值区使用错误;运行人员投错压板(联结片)等,这些错误都曾造成事故的发生。产生上述情况的主要原因为:工作不仔细,检查手段落后;有些微机保护装置菜单设计不合理,过于繁琐,人性化概念差等,容易造成现场操作人员的视觉失误。从现场运行角度出发,避免上述情况发生的主要措施是在设备送电之前至少由2人再次校核装置的定值。
1.1.3装置定值的漂移。a)元器件老化及损坏。元器件的老化必然引起元器件特性的变化和元器件的损坏,不可逆转地影响微机保护的定值;b) 温度与湿度的影响。电子元器件在不同的温度与湿度下表现为不同的特性,在某些情况下造成了定值的漂移;c) 定值漂移问题。现场运行经验表明:如果定值的漂移不严重,一般不影响保护的特性;如果定值的偏差≤5%,则可忽略其影响;当定值的偏差≥5%时,应查明原因后才能投入运行。
1.2电源问题
1.2.1逆变稳压电源问题。微机保护逆变电源的工作原理是,将输入的220V或110V直流电源经开关电路变成方波交流,再经逆变器变成需要的+5V、±12V、+24V等电压。其在现场容易发生的故障有以下几种情形:a)纹波系数过高。变电站的直流供电系统正常供电时大都运行于“浮充”方式下。纹波系数是输出中的交流电压与直流电压的比值。由于交流成分属于高频范畴,高频幅值过高会影响设备的寿命,甚至造成逻辑错误或导致保护拒动,因此要求直流装置有较高的精度;b)输出功率不足或稳定性差。电源输出功率不足会造成输出电压下降。若电压下降过大,则会导致比较电路基准值的变化、充电电路时间变短等一系列问题,从而影响到微机保护的逻辑配合,甚至导致逻辑功能判断失误。尤其是在事故发生时,有出口继电器、信号继电器、重动继电器等相继动作,这就要求电源输出有足够的容量。如果在现场发生事故时,出现微机保护无法给出后台信号或是重合闸无法实现等现象,则应考虑电源的输出功率是否因元件老化而下降。
1.2.2直流熔丝的配置问题。现场熔丝的配置原则是,按照从负荷到电源,一级比一级熔断电流大,以便保证在直流电路发生短路或过载时熔丝的选择性。但是不同熔丝的底座没有区别,型号混乱,运行人员难以掌握,造成的后果是在回路发生过流时熔丝越级熔断。建议设计者对不同容量的熔丝选择不同的形式,以便于区别。同时,现行微机保护使用的直流熔丝和小型空气断路器的特性配合也值得很好地研究。
1.2.3带直流电源操作插件。微机保护的集成度很高,一套装置由几块插件组成,若在不停直流电源的情况下拔各种插件,可能会造成装置损坏或事故。因此现场应加强监督,必须做到一人操作一人监护,严禁带电插拔插件。
1.3抗干扰问题
运行经验表明:微机保护的抗干扰性能较差,对讲机和其他无线通讯设备在保护屏附近使用都会导致一些逻辑元件误动作。现场曾发生过在进行氩弧焊接时,电焊机的高频信号感应到保护电缆上使微机保护误跳闸的事故。因此要严格执行有关反事故技术措施,尽可能避免操作干扰、冲击负荷干扰、直流回路接地干扰等问题的发生。
1.4保护性能问题
保护性能问题主要包括两方面,即装置的功能和特性缺陷。有些保护装置在投入直流电源时出现误动;高频闭锁保护存在频拍现象时会误动;有些微机保护的动态特性偏离静态特性很远也会导致动作结果的错误。
1.5插件绝缘问题
微机保护装置的集成度高,布线密度大。在长期运行过程中,由于静电作用使插件的接线焊点周围聚集大量静电尘埃,在外界条件允许时,会在两焊点之间形成导电通道,从而引起装置故障或者事故的发生。
2.微机保护事故分析的基本思路
2.1正确、充分地利用微机提供的故障信息
对经常发生的简单事故是容易排除的,但也有少数故障仅凭经验是难以解决的,对此应采取正确的方法和步骤。
2.1.1正确对待人为事故。有些继电保护事故发生后,按照现场的信号指示无法找到故障原因,或者断路器跳闸后没有信号指示,无法界定是人为事故或是设备事故。这种情况的发生往往与工作人员的重视程度不够、措施不力等原因有关。人为事故必须如实反映,以便正确分析和判断,避免浪费时间。
2.1.2充分利用故障录波和时间记录。微机事件记录、故障录波图形、装置灯光显示信号是事故处理的重要依据,根据有用信息作出正确判断是解决问题的关键。若通过一、二次系统的全面检查,发现一次系统故障使继电保护正确动作,则不存在继电保护事故处理的问题。若判断故障出在继电保护上,应尽量维持原状,做好记录,做出故障处理计划后再开展工作,以避免原始状况的破坏给事故处理带来不必要的麻烦。
2.2运用正确的检查方法
2.2.1逆序检查法。如果利用微机事件记录和故障录波不能在短时间内找到事故发生的根源时,应注意从事故发生的结果出发,一级一级往前查找,直到找到根源为止。
2.2.2顺序检查法。该方法是利用检验调试的手段来寻找故障的根源,按外部检查、绝缘检测、定值检查、电源性能测试、保护性能检查等顺序进行。这种方法主要用于微机保护出现拒动或者逻辑出现问题的事故处理中。
2.2.3整组试验法。此方法的主要目的是检查保护装置的动作逻辑、动作时间是否正常。用此方法往往可以在很短的时间内再现故障,并判明问题的根源。
参考文献
[1]王梅义主编.四统一高压线路继电保护装置原理设计.第一版.北京:水利电力出版社,1990
[2]洪佩孙,许正亚.输变电线路距离保护.第1版.北京水利电力出版社,1989
[3]王维俭,电气主设备继电保护原理与应用.北京:中国电力出版社,1996
关键词:继电保护 运行现状 发展前景
1、我国电力系统
继电保护技术的发展现状继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的,它与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关。熔断器就是最初出现的简单过电流保护,时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。由于电力系统的发展,用电设备的功率、发电机的容量不断增大,发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化,电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大,熔断器已不能满足选择性和快速性的要求,于是出现了作用于专门的断流装置的过电流继电器。本世纪初随着电力系统的发展,继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。
自本世纪初第一代机电型感应式过流继电器(1901年)在电力系统应用以来,继电保护已经经历了一个世纪的发展。在最初的二十多年里,各种新的继电保护原理相继出现,如差动保护(1908年)、电流方向保护(1910年)、距离保护(1923年)、高频保护(1927年),这些保护原理都是通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的。尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护,但是这些保护的基本原理并没有变,至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。
继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。满足电力系统安全运行的要求是继电保护发展的基本动力。快速性、灵敏性、选择性和可靠性是对继电保护的四项基本要求。为达到这个目标,继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段作出不懈的努力。经过近百年的发展,在继电保护原理完善的同时,构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。
50年代,我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术,建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍,对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术,建立了我国自己的继电器制造业。因而60年代是我国机电式继电保护繁荣的时代,为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
自50年代末,晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间,从70年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列,逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位,这是集成电路保护时代。
国内微机保护的研究开始于70年代末期,起步较晚,但发展很快。1984年我国第一套微机距离保护样机在试运行后通过鉴定并批量生产,以后每年都有新产品问世;1990年第二代微机线路保护装置正式投入运行。目前,高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行,特别是线路保护已形成系列产品,并得到广泛应用。我国在2000年220kV及以上系统的微机保护率为43.99%,线路微机保护占86%,到2003年底,220kV以上系统的微机保护已占到70.29%,线路的微机化率达到97.6%。实际运行中,微机保护的正确动作率要明显高于其他保护,一般比平均正常动作率高0.2~0.3个百分点。国产微机保护经过多年的实际运行,依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护。从80年代220KV及以上电压等级的电力系统全部采用进口保护,到现在220KV系统继电保护基本国产化,反映了继电保护技术在我国的长足发展和国产继电保护设备的明显优势。
微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显著的进展。经过长期的研究和实践,现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能,有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力,并且具备很强的数字通信能力,这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步,更高性能、更高精度的数字外围器件的采用,一直是微机继电保护不断发展的强大动力。
2、微机继电保护的主要特点
微机保护充分利用了计算机技术上的两个显著优势:高速的运算能力和完备的存贮记忆能力,以及采用大规模集成电路和成熟的数据采集,A/D模数变换、数字滤波和抗干扰措施等技术,使其在速动性、可靠性方面均优于以往传统的常规保护,而显示了强大生命力,与传统的继电保护相比,微机保护有许多优点,其主要特点如下:
1)改善和提高继电保护的动作特征和性能,正确动作率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护;可引进自动控制、新的数学理论和技术,如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等,其运行正确率很高,已在运行实践中得到证明。
2)可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等,可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。
3)工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用,制造容易统一标准;装置体积小,减少了盘位数量;功耗低。
4)可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响,不易受元件更换的影响;且自检和巡检能力强,可用软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。
5)使用灵活方便,人机界面越来越友好。其维护调试也更方便,从而缩短维修时间;同时依据运行经验,在现场可通过软件方法改变特性、结构。
6)可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能,与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。
3、未来继电保护技术的发展前景
微机保护经过近20年的应用、研究和发展,已经在电力系统中取得了巨大的成功,并积累了丰富的运行经验,产生了显著的经济效益,大大提高了电力系统运行管理水平。近年来,随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用,新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中,以期取得更好的效果,从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展,其未来趋势向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
3.1 微计算机硬件的更新和网络化发展在计算机领域,发展速度最快的当属计算机硬件,按照著名的摩尔定律,芯片上的集成度每隔18~24个月翻一番。其结果是不仅计算机硬件的性能成倍增加,价格也在迅速降低。微处理机的发展主要体现在单片化及相关功能的极大增强,片内硬件资源得到很大扩充,单片机与DSP芯片二者技术上的融合,运算能力的显著提高以及嵌入式网络通信芯片的出现及应用等方面。这些发展使硬件设计更加方便,高性价比使冗余设计成为可能,为实现灵活化、高可靠性和模块化的通用软硬件平台创造了条件。硬件技术的不断更新,使微机保护对技术升级的开放性有了迫切要求。网络特别是现场总线的发展及其在实时控制系统中的成功应用充分说明,网络是模块化分布式系统中相互联系和通信的理想方式。如基于网络技术的集中式微机保护,大量的传统导线将被光纤取代,传统的繁琐调试维护工作将转变为检查网络通信是否正常,这是继电保护发展的必然趋势。微机保护设计网络化,将为继电保护的设计和发展带来一种全新的理念和创新,它会大大简化硬件设计、增强硬件的可靠性,使装置真正具有了局部或整体升级的可能。
继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务),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,实现微机保护装置的网络化。这样,继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多,对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确,大大提高保护性能和可靠性。
3.2 智能化进入20世纪90年代以来,人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。专家系统、人工神经网络(ANN)和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中,为继电保护的发展注入了活力。
人工神经网络(ANN)具有分布式存储信息、并行处理、自组织、自学习等特点,其应用研究发展十分迅速,目前主要集中在人工智能、信息处理、自动控制和非线性优化等问题。近年来,电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络(ANN)来实现故障类型的判别、故障距离的测定、方向保护、主设备保护等。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动;如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。可以预见,人工智能技术在继电保护领域必会得到应用,以解决用常规方法难以解决的问题。
3.3 自适应控制技术在继电保护中的应用自适应继电保护的概念始于20世纪80年代,它可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护的基本思想是使保护能尽可能地适应电力系统的各种变化,进一步改善保护的性能。这种新型保护原理的出现引起了人们的极大关注和兴趣,是微机保护具有生命力和不断发展的重要内容。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点,在输电线路的距离保护、变压器保护、发电机保护、自动重合闸等领域内有着广泛的应用前景。针对电力系统频率变化的影响、单相接地短路时过渡电阻的影响、电力系统振荡的影响以及故障发展问题,采用自适应控制技术,从而提高保护的性能。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间,也取得了一定的成果,但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应,必须获得更多的系统运行和故障信息,只有实现保护的计算机网络化,才能做到这一点。
3.4 变电所综合自动化技术现代计算机技术、通信技术和网络技术为改变变电站目前监视、控制、保护和计量装置及系统分割的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。高压、超高压变电站正面临着一场技术创新。实现继电保护和综合自动化的紧密结合,它表现在集成与资源共享、远方控制与信息共享。以远方终端单元(RTU)、微机保护装置为核心,将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统,取代传统的控制保护屏,能够降低变电所的占地面积和设备投资,提高二次系统的可靠性。
综合自动化技术相对于常规变电所二次系统,主要有以下特点:
1)设备、操作、监视微机化。综合自动化系统的各个子系统全部微机化,其内涵中还包括系统的功能软件化和信号数字化的内容,完全摒弃了常规变电所中各种机电式、机械式、模拟式设备,大大提高了二次系统的可靠性和电气性能。操作、监视完全微机化,且方便地通过人机联系系统(MMI)对变电所实施监视和控制。
2)通信局域网络化、光缆化。计算机局域网络技术和光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍的应用。因此,系统具有较高的抗电磁干扰的能力,能够实现高速数据传输,满足实时性要求,组态更灵活,易于扩展,可靠性大大提高,而且大大简化了常规变电所繁杂量大的各种电缆,方便施工。
3)运行管理智能化。智能化的表现是多方面的,除了常规自动化功能以外,如自动报警、报表生成、电压无功调节、小电流接地选线、故障录波、事故判别与处理等方面,还具有强大的在线自诊断功能,并实时地将其送往调度(控制)中心,即以主动模式代替了常规变电所的被动模式,这一点是与常规二次系统最显著的区别之一。
竞争的电力市场将促进新的自动化技术的开发和应用,在经济效益的驱动下,变电站将向集成自动化方向发展。根据变电站自动化集成的程度,可将未来的自动化系统分为协调型自动化和集成型自动化。协调型自动化仍然保留间隔内各自独立的控制、保护等装置,各自采集数据并执行相应的输出功能,通过统一的通信网络与站级相连,在站级建立一个统一的计算机系统,进行各个功能的协调。而集成型自动化既在间隔级,又在站级对各个功能进行优化组合,是现代控制技术、计算机技术和通信技术在变电站自动化系统的综合应用。所谓集成型自动化系统是将间隔的控制、保护、故障录波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能集成在一个统一的多功能数字装置内,间隔内部和间隔间以及间隔同站级间的通信用少量的光纤总线实现,取消传统的硬线连接。总体来说,综合自动化系统打破了传统二次系统各专业界限和设备划分原则,改变了常规保护装置不能与调度(控制)中心通信的缺陷,给变电所自动化赋予了更新的含义和内容,代表了变电所自动化技术发展的一种潮流。随着科学技术的发展,功能更全、智能化水平更高、系统更完善的超高压变电所综合自动化系统,必将在我国电网建设中不断涌现,把电网的安全、稳定和经济运行提高到一个新的水平。
4、结束语
我国电力系统继电保护技术的发展经历了4个阶段。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,继电保护技术面临着进一步发展的趋势。其发展将出现原理突破和应用革命,由数字时代跨入信息化时代,发展到一个新的水平。这对继电保护工作者提出了艰巨的任务,也开辟了活动的广阔天地。
参考文献
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6、杨奇逊,变电站综合自动化技术发展趋势,电力系统自动化,1995,19(10): 7~9.
关键词 继电保护;隐藏故障监测;风险;电力系统
中图分类号:F407文献标识码: A
所谓继电保护是指对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测,针对相应的检测情况来发出相应的报警信号,或者直接将系统中的故障部分进行相关隔离和切除的一种重要措施。当电力系统中由于自然的、人为的或设备故障等因素发生故障时,继电保护装置必须能够及时快速的把系统故障进行有效切除,从而来保证电力系统的安全运行稳定,最大限度的降低故障引起的人生伤害和财产损失。
继电保护系统的隐藏故障是指继电保护装置中存在的一种永久缺陷,这种缺陷只有在系统发生故障等不正常运行状态时才会表现出来,其直接后果是导致被保护元件的错误断开。多次大停电事故的分析结论表明,这种由于继电保护装置的隐藏故障引起的大停电事故发生概率虽然很小,但危害极大,这类事故一旦发生将会引起电网的连锁反应,事故并会迅速蔓延导致电网崩溃,给电网带来灾难性的后果。
随着电网发展规模的不断扩大,电网的安全运行显得尤为重要,隐藏故障依然是威胁电网安全的主要隐患之一。因此开展对继电保护隐藏故障的研究具有重要的理论和现实意义。
1 继电保护隐藏故障的概述
继电保护主要是指在电力系统发生故障或是出现异常情况的时候对其进行检测,并根据相应的检测情况发出报警信号或是直接进行处理的一种电力保护措施。继电保护的主要作用就是在电力系统出现自然的、人为的或是设备故障等故障的时候能够及时、准确的将故障切断,以保护电力系统的安全运行,最大限度的降低损失。继电保护系统主要包括有继电保护装置、通讯通道、电压电流互感器以及断路器,其中任何一个部分出现故障都会造成继电保护系统的故障。继电保护系统隐藏故障主要是指继电保护系统内部元件存在着的一种永久缺陷,这种缺陷在系统正常运行的情况下是不会对系统造成影响的,而在系统不正常运行的状态下这种缺陷就会表现出来,并导致一连串的故障发生,最为直接的后果就是导致被保护的元件出现错误断开的情况。虽然继电保护隐藏故障造成大面积停电的机率很小,但是其危害却是极大的,这样的事故一旦发生就会引起一连串的连锁反应,甚至可能使电网崩溃。
2 继电保护隐藏故障的监测
由于继电保护的隐藏故障在电力系统正常运行的情况下是不会表现不来的,而只有在系统运行状态不正常的时候还会显现,也就是说,继电保护隐藏故障只有在系统运行的时候才会显露出来,所以,检测继电保护的隐藏故障采用传统的离线检测方式是不适合的。由此可见,对继电保护隐藏故障的监测需要的是在线监控系统,可是目前并没有专门的监控系统对继电保护隐藏故障进行保护,而只能依靠微机保护中的自检功能来保证系统的安全运行。早在1996年,一些国际著名的保护权威专家就指出致使电网发生联锁故障的最主要原因之一就是保护装置与系统中的隐藏故障,并进行了详细的研究,针对继电保护隐藏故障提出了监测和控制的技术方案。该系统主要是为了对电网中存在高脆弱性指数的保护装置进行监测与控制,系统首先会对输入继电器内部的信号进行分析诊断,事实上就是对该保护的算法与功能进行复制,最后将系统的输出结果和处于运行中的继电保护装置的输出结果进行相应的逻辑关系的对比分析,两者的输出结果若是相同,那么就会允许执行保护跳闸命令;而若是两者的输出结果不同,那么跳闸命令就会被禁止执行,这时,该系统就相当于起到了闭锁的作用。但是从二十世纪九十年代至今,微机保护装置自身的软、硬件技术和变电站的综合自动化成为了继电保护技术与变电站自动化发展中的重点,而对继电保护隐藏故障的监测与控制方面的研究却处于停滞状态。从而也就形成了目前仍然是采用微机保护的自检功能来确保系统的安全运行的现状。
3 继电保护隐藏故障的风险
从对继电保护隐藏故障的分析中我们就能看出,继电保护隐藏故障和常规故障之间的区别就在于隐藏故障不会立刻引发系统故障,而是要在系统处于不正常运行的情况下才会出现,这也是继电保护隐藏故障最危险的一点。继电保护隐藏故障的发生机制主要是在电力系统故障时或是故障后瞬间的非正常状态之下,但是初次之外,电力系统中的任何一个元件都可能出现隐藏故障。相关资料表明,电网中出现大规模的扰动事件有四分之三都和继电保护中的隐藏故障有关,而它们也存在着一个显著的特点就是:所存在的缺陷与隐患是不能被检测出来的,只有在相邻的事故发生后才会表现出来,并使事故进一步恶化。
继电保护隐藏故障发生的位置不同,其对电力系统所造成的危害程度也不相同,其主要是取决于隐藏故障的发生位置。为了对隐藏故障的风险进行评估,有的学者就提出了应用风险理论建立隐藏故障的风险评估的方案。继电保护隐藏故障风险评估的基本思想就是利用隐藏故障的概率,根据系统的拓扑结构对建立的连锁故障的模型进行仿真计算,其主要是对继电保护中所有隐藏的故障均进行风险评估,然后根据评估结果找出电力系统的薄弱环节,并采取相应的预防措施。
4继电保护隐藏故障监测方法
由继电保护隐藏故障的定义可知,继电保护装置的隐藏故障在正常运行时并不表现出来,而在系统出现压力的情况下才显现,也就是说隐藏故障只会在系统运行中暴露出来,因此,传统的离线式检测方法并不适合用来监测隐藏故障,必须研究针对继电保护装置隐藏故障的在线监测系统。目前尚无专门的监控系统用以检测运行中的继电保护系统是否存在隐藏故障,而是仅依靠微机保护中一些简单的自检功能来保障保护系统的运行。不管是保护系统的定期计划检修还是保护装置自检功能,都属于离线式的检测方法,均没有考虑装置现场运行中的情况,因此,这些目
前广泛采用的离线检测方式都不是可以信赖的检测方案,无法实现对于继电保护隐藏故障的检测。
目前广泛采用的常规检测方法往往是在保护装置离线情况下进行的,由于隐藏故障是在运行过程中才爆发,因此传统的检测方法并不能对隐藏故障进行全面的检测。考虑到隐藏故障存在的特点,完善的检测方法应做到对保护装置进行在线监测,这样才能够在系统暴露出隐藏故障时,及时发现其中的错误动作倾向,对存在隐藏故障的保护装置进行动作闭锁或者使其退出运行,阻止由于保护装置的隐藏故障而造成保护误动作的行为。
对隐藏故障而言,当系统在正常运行的时候,该故障一般不会表现出来;但是,当系统工作不正常时,往往暗示存在其中的隐藏故障已经达到了承受极限。当系统运行状况超过这个极限,保护装置就会出现误动或拒动的错误行为,因此,保护装置的状态经历了一个从正常到故障的动态过程
结论
继电保护的隐藏故障对电力系统的影响是非常大的,而且在电力系统正常运行的情况下,隐藏故障是不能被发现的。因此,隐藏故障的监测不仅重要而且是存在着一定难度的。在很早之前有研究者提出了隐藏故障的监测与控制系统,但是在其后的电力自动化的研究中重点研究的则是微机保护自身的软、硬件技术以及变电站的自动化技术,在隐藏故障的监测与控制方面的研究一直处于停滞状态。近年来,继电保护的隐藏故障的监测与控制的研究也逐渐的发展起来。
参考文献
[1]曾丽柳.继电保护隐藏故障监测及风险分析方法研究[J].科技风,2012(13).
[2]周鸿坤.继电保护隐藏故障监测方法研究[J].硅谷,2011(24):92-92.