國內(nèi)繼電保護發(fā)展趨勢的展望

國內(nèi)繼電保護發(fā)展趨勢的展望 陳忠(廣電集團廣東省輸變電工程公司 ,廣州 ) 摘要:隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷復雜,國內(nèi)微機保護時有一些問題發(fā)生,因此國內(nèi)繼電保護面臨新的發(fā)展。作者在本文討論了國內(nèi)現(xiàn)在微機保護運行狀況，展望了國內(nèi)電力系統(tǒng)的發(fā)展和繼電保護原理的發(fā)展趨勢。重點討論了差動保護的原理、線路保護的原理、保護的檢測手段及保護的范圍發(fā)展趨勢。關鍵詞:繼電保護 ; 線路保護; 差動保護；突變量；穩(wěn)定1 緒論從四統(tǒng)一電磁型繼電保護到微機型繼電保護，國內(nèi)繼電保護走過一段很不平凡的路。尤其是從九十年代中期開始，由于微機型繼電保護的開發(fā)，國內(nèi)的繼電保護進入飛躍性發(fā)展階段，并且還在一刻不停地發(fā)展著。目前，國內(nèi)各大繼電保護廠家都開發(fā)出各自成熟的成系列的微機型繼電保護，在國內(nèi)電力系統(tǒng)得到廣泛的應用。但國內(nèi)電力系統(tǒng)還在快速發(fā)展，新的運行或故障工況不斷地涌現(xiàn)，國內(nèi)現(xiàn)在的微機保護逐漸在系統(tǒng)的運行中顯露出一些不足。因此，國內(nèi)繼電保護怎樣發(fā)展下去？也就成為國內(nèi)繼電保護工作者必須深慮的問題。2 國內(nèi)新型的號微機型繼電保護及其運行狀況 國內(nèi)現(xiàn)在新型的微機型繼電保護主要有以下型號：一、南京南瑞公司的RCS-900系列、RCS-9000系列等微機型繼電保護，其中包括國內(nèi)各電壓等級線路保護和各種元件保護。二、四方公司的CST100、CST200系列等微機型元件保護，CSL-100、CSL200系列等微機型線路保護，適用各電壓等級。三、許繼公司的WXH-800系列等微機型線路保護，WBH-800、WFH-800、WMH-800系列等微機型元件保護，適用各電壓等級。四、國電南自公司的PSL-600系列等線路保護，WBZ-500系列等微機型元件保護，適用各電壓等級。五、深圳南瑞公司的ISA-x系列、BP-x系列等微機型繼電保護，其中包括220KV電壓等級以下的線路保護和各種元件保護及各電壓等級的母線保護等。國內(nèi)還有許多廠家都有各自出色的微機型繼電保護，這里不再羅列。以上各類型保護在硬件與軟件方面都較為成熟，在運行中的動作正確率較高，據(jù)某省電網(wǎng)統(tǒng)計，這幾年的微機保護動作正確率都超過99.8，但如下表1所示，誤動的原因主要是保護的制造工藝和原理缺陷方面的原因。然而，只要保護的制造工藝和原理方面的缺陷依然存在，隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，保護不正確動作的次數(shù)及不正確動作對系統(tǒng)的影響將會增加，因此國內(nèi)微機保護進一步發(fā)展成熟是勢在必然的。表1 某省電網(wǎng)220KV及以上系統(tǒng)繼電保護不正確動作原因統(tǒng)計表原 因2002年2003年次 數(shù)占總誤動次數(shù)的比例（）次 數(shù)占總誤動次數(shù)的比例（）制造或原理原因866.671583.33運行維護原因216.67211.11基建原因18.3311.25其它原因18.33003 國內(nèi)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及其對繼電保護的影響由于我國的各地區(qū)能源分布不均勻，而各地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平差別較大，并且南北氣候差別較大，因此，為了調(diào)配能源，國內(nèi)原來相對較獨立的各大電網(wǎng)之間的聯(lián)系將越來越緊密，并且電源中心與負荷中心的距離也相對較遠。隨著電力建設力度的加快，國內(nèi)各大電網(wǎng)將呈現(xiàn)以下主要特點：一、并網(wǎng)容量會越來越大；二、彼此之間的依賴越來越多，并因季節(jié)不同而不同；三、由于直流輸電在長距離輸電中的優(yōu)勢明顯，連接各大電網(wǎng)的直流線路和換流站越來越多；四、電壓等級可能升級為500KV以上的電網(wǎng)；五、各大電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將趨向更加合理；六、短路容量將越來越大；七、穩(wěn)定性問題越來越重要等等。電力系統(tǒng)的發(fā)展直接影響著繼電保護運行環(huán)境。主要表現(xiàn):一、電網(wǎng)供電容量和短路容量的增大，意味著設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定將越來越嚴峻，對繼電保護的速動性和選擇性有更高的要求。二、短路容量的增大，電流互感器的飽和現(xiàn)象將越來越嚴重，這對差動保護等將產(chǎn)生重要影響。三、直流輸電在系統(tǒng)發(fā)生故障時，將出現(xiàn)換相失敗和諧波量增大現(xiàn)象，這就構(gòu)成繼電保護新的運行環(huán)境，給繼電保護提出新的課題。目前已有線路保護因換流站換相失敗而誤動。四、電網(wǎng)中電源和負荷缺少就地平衡，穩(wěn)定性問題將越來越突出，也給繼電保護提出更高的要求。五、電壓等級的提高將要求保護的可靠性進一步提高，此外，在更高電壓等級的系統(tǒng)發(fā)生短路的過程中將有新的現(xiàn)象出現(xiàn)，也就要求繼電保護有新的適應性。4 繼電保護原理的發(fā)展趨勢電網(wǎng)的發(fā)展給繼電保護形成新的運行環(huán)境，國內(nèi)繼電保護除了軟件越來越完善、制造工藝愈來愈好和使用界面越來越方便之外，它的原理也必將有新的發(fā)展。 一、差動保護的原理發(fā)展趨勢：短路容量的增大，電流互感器（CT）的磁通飽和現(xiàn)象將越來越嚴重，這增加了差動保護區(qū)外故障的誤動可能性。目前的微機差動保護都使用比率制動特性來避免誤動，但這種辦法是有局限性的。為了適應更嚴重的CT飽和，制動系數(shù)必須進一步提高，差動保護的靈敏度也就進一步下降。極限的CT飽和幾乎使二次輸不出電流，這就要求制動系數(shù)必須接近1才能滿足，但這是差動保護無可接受的。已經(jīng)有廠家開始利用CT飽和識別原理來閉鎖差動保護，CT飽和識別原理將進一步完善將成為差動保護避免區(qū)外故障誤動的發(fā)展一個趨勢。然而，使用CT飽和識別原理閉鎖不是問題的最終解決辦法，因為區(qū)內(nèi)故障同樣也會出現(xiàn)CT飽和現(xiàn)象，這時肯定不能閉鎖。不會出現(xiàn)飽和的光電電流變換器（俗稱光電CT）的應用給差動保護提供了解決CT飽和問題的最好辦法，隨著以后光電CT的推廣，差動保護的原理將會變得越來越簡單可靠。此外，在不同運用場合的差動保護，針對于具體的保護對象方面的原理將隨著運行經(jīng)驗的豐富和基礎研究的深入而逐漸成熟，例如變壓器差動的勵磁涌流閉鎖原理，線路縱聯(lián)差動保護的消除電容電流原理及數(shù)據(jù)同步原理等，這些原理的進一步完善也差動保護發(fā)展的一個趨勢。 二、線路保護的原理發(fā)展趨勢：首先，隨著光纖通道在線路保護推廣，有眾多優(yōu)點的光纖縱聯(lián)差動保護的普及將成為趨勢。但光纖縱聯(lián)差動保護的眾多優(yōu)點是建立在通道正常的情況上，而光纖通道發(fā)生故障也時有發(fā)生，并且光纖通道很難做成有冗余，這時光纖縱聯(lián)差動保護必須退出。因此，后備保護的原理進一步發(fā)展也是線路保護發(fā)展的趨勢之一。最重要的線路后備保護是距離保護，它的原理將在以下方面應有更好的發(fā)展：（1）更好地消除過渡電阻的影響；（2）更好地解決系統(tǒng)振蕩閉鎖和開放等。現(xiàn)在國內(nèi)微機距離保護采用四邊形特性，或帶偏移，或增加對過渡電阻有自適應能力的零序電抗繼電器等手段來消除過渡電阻的影響，但線路發(fā)生高阻接地時，距離保護經(jīng)常拒動。線路發(fā)生故障時，由于對側(cè)電流的助增，對于本側(cè)保護采集到的模擬量來說，過渡電阻并不完全呈阻性，而是因?qū)?cè)助增電流的不同而不同，但做為線路后備保護的距離保護又不能依靠通信通道把對側(cè)的模擬量取過來參加計算，這就給距離保護消除過渡電阻造成了困難。因此，如何更好地消除過渡電阻的影響，將成為距離保護原理發(fā)展的一個趨勢。系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響是眾所周知的，但如何實現(xiàn)系統(tǒng)振蕩時對距離保護閉鎖和振蕩期間發(fā)生故障怎樣開放距離保護卻成為距離保護原理的難點。由于系統(tǒng)振蕩閉鎖元件的不完善，傳統(tǒng)的距離保護較容易在振蕩期間發(fā)生誤動。現(xiàn)在的微機距離保護的系統(tǒng)振蕩閉鎖元件有很大進步，但在振蕩期間發(fā)生故障開放距離保護的判據(jù)尚需完善。這方面的進一步發(fā)展也將成為距離保護原理發(fā)展的趨勢之一。三、繼電保護檢測手段的發(fā)展趨勢：微機保護比傳統(tǒng)保護的最大成功之一是它對突變量的檢測。就是因為有微機保護對突變量的成功檢測，才發(fā)展出新型的突變量保護，如突變量差動、突變量距離、突變量方向等保護。這些以突變量做為參量的保護，較大地提高了保護的動作速度和靈敏度，目前許多突變量保護的已經(jīng)做為線路和元件保護的主保護。這些突變量保護的原理進一步成熟，也將是微機保護發(fā)展的趨勢之一。除了檢測突變量以外，微機保護還有其它檢測手段，比如檢測發(fā)生故障時的行波等。目前行波保護的應用甚少，除了受互感器特性的影響之外，主要的原因是對行波的特性不夠十分掌握和對行波的檢測不夠精確。隨著基礎研究的深入和運行經(jīng)驗的豐富，對發(fā)生故障時的行波的檢測，也將是繼電保護的發(fā)展趨勢之一。此外，國內(nèi)微機保護適應范圍和保護的許多輔助功能(如故障錄波功能)等方面也需要進一步完善 ，這些方面的完善也是國內(nèi)微機保護走向更成熟趨勢。5 廣義繼電保護以上所論述的所有繼電保護都是針對具體的某臺電力元件或某條輸電線路的，但對具體的某臺電力元件或某條輸電線路保護好并不能達到電力系統(tǒng)的最終安全要求。比如繼電保護對某條發(fā)生故障的線路正確跳閘，但可能因這條線路的跳閘使重要的負荷與重要的電源脫離而引發(fā)更嚴重的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。對于系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，什么東西來實現(xiàn)保護？過去，許多變電站都安裝低壓或低頻自動減載裝置，就是為維護系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定而設的。但分散獨立的低壓或低頻自動減載裝置并不能對系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定實現(xiàn)很好的維護，有時會顯得較為盲目。國內(nèi)許多電網(wǎng)開始對整個電網(wǎng)安裝了一套系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置，各個重要電廠和變電站都裝有模擬量采集和動作策略計算及執(zhí)行裝置，通過通信設備把它們聯(lián)系起來。各個執(zhí)行子站都具有低壓或低頻自動減載，但它的動作策略是來自上一級子站或主站的，是基于整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性來考慮的，對整個電網(wǎng)實行保護。未來實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)后，系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置將越來越重要，因此，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的必須越來越成熟。6 結(jié)論雖然國內(nèi)繼電保護現(xiàn)在已經(jīng)較為成熟，但國內(nèi)電力系統(tǒng)還在快速發(fā)展，新的運行或故障工況不斷地涌現(xiàn)，國內(nèi)現(xiàn)在的微機保護逐漸在系統(tǒng)的運行中顯露出一些不足。因此國內(nèi)繼電保護不但需要軟件越來越完善、制造工藝愈來愈好及使用界面的越來越方便，最重要的還是繼電保護的原理需要更好的發(fā)展。差動保護