國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)的展望

國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)的展望 陳忠(廣電集團(tuán)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(fù)雜,國(guó)內(nèi)微機(jī)保護(hù)時(shí)有一些問題發(fā)生,因此國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)面臨新的發(fā)展。作者在本文討論了國(guó)內(nèi)現(xiàn)在微機(jī)保護(hù)運(yùn)行狀況，展望了國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的發(fā)展和繼電保護(hù)原理的發(fā)展趨勢(shì)。重點(diǎn)討論了差動(dòng)保護(hù)的原理、線路保護(hù)的原理、保護(hù)的檢測(cè)手段及保護(hù)的范圍發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:繼電保護(hù) ; 線路保護(hù); 差動(dòng)保護(hù)；突變量；穩(wěn)定1 緒論從四統(tǒng)一電磁型繼電保護(hù)到微機(jī)型繼電保護(hù)，國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)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(jī)型繼電保護(hù)的開發(fā)，國(guó)內(nèi)的繼電保護(hù)進(jìn)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(guó)內(nèi)各大繼電保護(hù)廠家都開發(fā)出各自成熟的成系列的微機(jī)型繼電保護(hù)，在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。但國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)還在快速發(fā)展，新的運(yùn)行或故障工況不斷地涌現(xiàn)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在的微機(jī)保護(hù)逐漸在系統(tǒng)的運(yùn)行中顯露出一些不足。因此，國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)怎樣發(fā)展下去？也就成為國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)工作者必須深慮的問題。2 國(guó)內(nèi)新型的號(hào)微機(jī)型繼電保護(hù)及其運(yùn)行狀況 國(guó)內(nèi)現(xiàn)在新型的微機(jī)型繼電保護(hù)主要有以下型號(hào)：一、南京南瑞公司的RCS-900系列、RCS-9000系列等微機(jī)型繼電保護(hù)，其中包括國(guó)內(nèi)各電壓等級(jí)線路保護(hù)和各種元件保護(hù)。二、四方公司的CST100、CST200系列等微機(jī)型元件保護(hù)，CSL-100、CSL200系列等微機(jī)型線路保護(hù)，適用各電壓等級(jí)。三、許繼公司的WXH-800系列等微機(jī)型線路保護(hù)，WBH-800、WFH-800、WMH-800系列等微機(jī)型元件保護(hù)，適用各電壓等級(jí)。四、國(guó)電南自公司的PSL-600系列等線路保護(hù)，WBZ-500系列等微機(jī)型元件保護(hù)，適用各電壓等級(jí)。五、深圳南瑞公司的ISA-x系列、BP-x系列等微機(jī)型繼電保護(hù)，其中包括220KV電壓等級(jí)以下的線路保護(hù)和各種元件保護(hù)及各電壓等級(jí)的母線保護(hù)等。國(guó)內(nèi)還有許多廠家都有各自出色的微機(jī)型繼電保護(hù)，這里不再羅列。以上各類型保護(hù)在硬件與軟件方面都較為成熟，在運(yùn)行中的動(dòng)作正確率較高，據(jù)某省電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，這幾年的微機(jī)保護(hù)動(dòng)作正確率都超過99.8，但如下表1所示，誤動(dòng)的原因主要是保護(hù)的制造工藝和原理缺陷方面的原因。然而，只要保護(hù)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(hù)不正確動(dòng)作的次數(shù)及不正確動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)的影響將會(huì)增加，因此國(guó)內(nèi)微機(jī)保護(hù)進(jìn)一步發(fā)展成熟是勢(shì)在必然的。表1 某省電網(wǎng)220KV及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)不正確動(dòng)作原因統(tǒng)計(jì)表原 因2002年2003年次 數(shù)占總誤動(dòng)次數(shù)的比例（）次 數(shù)占總誤動(dòng)次數(shù)的比例（）制造或原理原因866.671583.33運(yùn)行維護(hù)原因216.67211.11基建原因18.3311.25其它原因18.33003 國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)繼電保護(hù)的影響由于我國(guó)的各地區(qū)能源分布不均勻，而各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)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(guó)內(nèi)原來(lái)相對(duì)較獨(dú)立的各大電網(wǎng)之間的聯(lián)系將越來(lái)越緊密，并且電源中心與負(fù)荷中心的距離也相對(duì)較遠(yuǎn)。隨著電力建設(shè)力度的加快，國(guó)內(nèi)各大電網(wǎng)將呈現(xiàn)以下主要特點(diǎn)：一、并網(wǎng)容量會(huì)越來(lái)越大；二、彼此之間的依賴越來(lái)越多，并因季節(jié)不同而不同；三、由于直流輸電在長(zhǎng)距離輸電中的優(yōu)勢(shì)明顯，連接各大電網(wǎng)的直流線路和換流站越來(lái)越多；四、電壓等級(jí)可能升級(jí)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(lái)越大；七、穩(wěn)定性問題越來(lái)越重要等等。電力系統(tǒng)的發(fā)展直接影響著繼電保護(hù)運(yùn)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(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定將越來(lái)越嚴(yán)峻，對(duì)繼電保護(hù)的速動(dòng)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(lái)越嚴(yán)重，這對(duì)差動(dòng)保護(hù)等將產(chǎn)生重要影響。三、直流輸電在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，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(hù)新的運(yùn)行環(huán)境，給繼電保護(hù)提出新的課題。目前已有線路保護(hù)因換流站換相失敗而誤動(dòng)。四、電網(wǎng)中電源和負(fù)荷缺少就地平衡，穩(wěn)定性問題將越來(lái)越突出，也給繼電保護(hù)提出更高的要求。五、電壓等級(jí)的提高將要求保護(hù)的可靠性進(jìn)一步提高，此外，在更高電壓等級(jí)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(hù)有新的適應(yīng)性。4 繼電保護(hù)原理的發(fā)展趨勢(shì)電網(wǎng)的發(fā)展給繼電保護(hù)形成新的運(yùn)行環(huán)境，國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)除了軟件越來(lái)越完善、制造工藝愈來(lái)愈好和使用界面越來(lái)越方便之外，它的原理也必將有新的發(fā)展。 一、差動(dòng)保護(hù)的原理發(fā)展趨勢(shì)：短路容量的增大，電流互感器（CT）的磁通飽和現(xiàn)象將越來(lái)越嚴(yán)重，這增加了差動(dòng)保護(hù)區(qū)外故障的誤動(dòng)可能性。目前的微機(jī)差動(dòng)保護(hù)都使用比率制動(dòng)特性來(lái)避免誤動(dòng)，但這種辦法是有局限性的。為了適應(yīng)更嚴(yán)重的CT飽和，制動(dòng)系數(shù)必須進(jìn)一步提高，差動(dòng)保護(hù)的靈敏度也就進(jìn)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(dòng)系數(shù)必須接近1才能滿足，但這是差動(dòng)保護(hù)無(wú)可接受的。已經(jīng)有廠家開始利用CT飽和識(shí)別原理來(lái)閉鎖差動(dòng)保護(hù)，CT飽和識(shí)別原理將進(jìn)一步完善將成為差動(dòng)保護(hù)避免區(qū)外故障誤動(dòng)的發(fā)展一個(gè)趨勢(shì)。然而，使用CT飽和識(shí)別原理閉鎖不是問題的最終解決辦法，因?yàn)閰^(qū)內(nèi)故障同樣也會(huì)出現(xiàn)CT飽和現(xiàn)象，這時(shí)肯定不能閉鎖。不會(huì)出現(xiàn)飽和的光電電流變換器（俗稱光電CT）的應(yīng)用給差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)的原理將會(huì)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單可靠。此外，在不同運(yùn)用場(chǎng)合的差動(dòng)保護(hù)，針對(duì)于具體的保護(hù)對(duì)象方面的原理將隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的豐富和基礎(chǔ)研究的深入而逐漸成熟，例如變壓器差動(dòng)的勵(lì)磁涌流閉鎖原理，線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)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(jìn)一步完善也差動(dòng)保護(hù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。 二、線路保護(hù)的原理發(fā)展趨勢(shì)：首先，隨著光纖通道在線路保護(hù)推廣，有眾多優(yōu)點(diǎn)的光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的普及將成為趨勢(shì)。但光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的眾多優(yōu)點(diǎn)是建立在通道正常的情況上，而光纖通道發(fā)生故障也時(shí)有發(fā)生，并且光纖通道很難做成有冗余，這時(shí)光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)必須退出。因此，后備保護(hù)的原理進(jìn)一步發(fā)展也是線路保護(hù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。最重要的線路后備保護(hù)是距離保護(hù)，它的原理將在以下方面應(yīng)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?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)微機(jī)距離保護(hù)采用四邊形特性，或帶偏移，或增加對(duì)過渡電阻有自適應(yīng)能力的零序電抗繼電器等手段來(lái)消除過渡電阻的影響，但線路發(fā)生高阻接地時(shí)，距離保護(hù)經(jīng)常拒動(dòng)。線路發(fā)生故障時(shí)，由于對(duì)側(cè)電流的助增，對(duì)于本側(cè)保護(hù)采集到的模擬量來(lái)說(shuō)，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(hù)的距離保護(hù)又不能依靠通信通道把對(duì)側(cè)的模擬量取過來(lái)參加計(jì)算，這就給距離保護(hù)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(hù)原理發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響是眾所周知的，但如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)振蕩時(shí)對(duì)距離保護(hù)閉鎖和振蕩期間發(fā)生故障怎樣開放距離保護(hù)卻成為距離保護(hù)原理的難點(diǎn)。由于系統(tǒng)振蕩閉鎖元件的不完善，傳統(tǒng)的距離保護(hù)較容易在振蕩期間發(fā)生誤動(dòng)?，F(xiàn)在的微機(jī)距離保護(hù)的系統(tǒng)振蕩閉鎖元件有很大進(jìn)步，但在振蕩期間發(fā)生故障開放距離保護(hù)的判據(jù)尚需完善。這方面的進(jìn)一步發(fā)展也將成為距離保護(hù)原理發(fā)展的趨勢(shì)之一。三、繼電保護(hù)檢測(cè)手段的發(fā)展趨勢(shì)：微機(jī)保護(hù)比傳統(tǒng)保護(hù)的最大成功之一是它對(duì)突變量的檢測(cè)。就是因?yàn)橛形C(jī)保護(hù)對(duì)突變量的成功檢測(cè)，才發(fā)展出新型的突變量保護(hù)，如突變量差動(dòng)、突變量距離、突變量方向等保護(hù)。這些以突變量做為參量的保護(hù)，較大地提高了保護(hù)的動(dòng)作速度和靈敏度，目前許多突變量保護(hù)的已經(jīng)做為線路和元件保護(hù)的主保護(hù)。這些突變量保護(hù)的原理進(jìn)一步成熟，也將是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。除了檢測(cè)突變量以外，微機(jī)保護(hù)還有其它檢測(cè)手段，比如檢測(cè)發(fā)生故障時(shí)的行波等。目前行波保護(hù)的應(yīng)用甚少，除了受互感器特性的影響之外，主要的原因是對(duì)行波的特性不夠十分掌握和對(duì)行波的檢測(cè)不夠精確。隨著基礎(chǔ)研究的深入和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的豐富，對(duì)發(fā)生故障時(shí)的行波的檢測(cè)，也將是繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。此外，國(guó)內(nèi)微機(jī)保護(hù)適應(yīng)范圍和保護(hù)的許多輔助功能(如故障錄波功能)等方面也需要進(jìn)一步完善 ，這些方面的完善也是國(guó)內(nèi)微機(jī)保護(hù)走向更成熟趨勢(shì)。5 廣義繼電保護(hù)以上所論述的所有繼電保護(hù)都是針對(duì)具體的某臺(tái)電力元件或某條輸電線路的，但對(duì)具體的某臺(tái)電力元件或某條輸電線路保護(hù)好并不能達(dá)到電力系統(tǒng)的最終安全要求。比如繼電保護(hù)對(duì)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(fù)荷與重要的電源脫離而引發(fā)更嚴(yán)重的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，什么東西來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)？過去，許多變電站都安裝低壓或低頻自動(dòng)減載裝置，就是為維護(hù)系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定而設(shè)的。但分散獨(dú)立的低壓或低頻自動(dòng)減載裝置并不能對(duì)系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)很好的維護(hù)，有時(shí)會(huì)顯得較為盲目。國(guó)內(nèi)許多電網(wǎng)開始對(duì)整個(gè)電網(wǎng)安裝了一套系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置，各個(gè)重要電廠和變電站都裝有模擬量采集和動(dòng)作策略計(jì)算及執(zhí)行裝置，通過通信設(shè)備把它們聯(lián)系起來(lái)。各個(gè)執(zhí)行子站都具有低壓或低頻自動(dòng)減載，但它的動(dòng)作策略是來(lái)自上一級(jí)子站或主站的，是基于整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性來(lái)考慮的，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)實(shí)行保護(hù)。未來(lái)實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)后，系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置將越來(lái)越重要，因此，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置的必須越來(lái)越成熟。6 結(jié)論雖然國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)現(xiàn)在已經(jīng)較為成熟，但國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)還在快速發(fā)展，新的運(yùn)行或故障工況不斷地涌現(xiàn)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在的微機(jī)保護(hù)逐漸在系統(tǒng)的運(yùn)行中顯露出一些不足。因此國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)不但需要軟件越來(lái)越完善、制造工藝愈來(lái)愈好及使用界面的越來(lái)越方便，最重要的還是繼電保護(hù)的原理需要更好的發(fā)展。差動(dòng)保護(hù)