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摘 要：时至今日,在跨大地区域电网和电力行业发展如火如荼,而且为国家带来丰厚利润的大环境下,整个系统运行的安全性和稳固性也面临着严峻的挑战.尤其是改革开放经济大发展的几十年内,偶发的大规模长停电事故正显示出继电保护的拒动与误动是触发一系列故障的罪魁祸首.而回顾过去,整个行业的研究人员始终一直把可靠性分析的重心放在首级系统.正因为如此,导致在二级系统可靠性上理论研究上处于弱势境地.文章将从装置级别与系统级别两个层面对继电保护系统可靠性评估的研究进展进行分析,并结合当前继电保护系统可靠性评估研究报告浅析当前形势下继电保护系统的广域保护,以及利用新工作原理下继电保护系统可靠性所存在的问题.
关 键 词 ：继电保护；可靠性；发展现状；评估指标；状态空间法
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0086-02
1.继电保护系统发展简史
继电保护系统泛指继电保护技术和由各式各样继电保护装置所构成的继电保护系统.这其中包括继电保护的工作原理的设计、调试、研发组装、调整等诸多技术.同样涵盖所获取电量的电压值,互感线圈二次回路,还有继电保护设备至断路器这一整批设备.目前的继电保护技术是依靠电力系统的趋势而发展的.短路是电力系统无法避免的问题之一,当电流增大,短路的可能性随之增大,而工程技术人员为防止发电机组因线圈短路发热烧断,会采取在供电线路中串联熔断器的做法.一旦发生短路,电流迅速增大,大电流会优先使熔断器熔断.此时,短路设备迅速断开,发电机组才得以保护幸存下来.由于该保护措施简单易于操作,使得目前部分低压线路和简单用电设施仍在沿用.当该领域研究到一定阶段时,为适应电力系统的形式,无论是用电设备,还是发电机组,其功率和容量日益增大.而且电网改造后,线路的连接方法日渐复杂精细.当前情况下,简单熔断器的选择性和快速性无法适应需求了,毕竟它无法在19世纪末期直接装载在断路器上.可反应一次电流过电流的继电器应运而生,继电器在19世纪初期才开始应用在电力系统线路的保护上.而正是基于此,其被称为开机电气保护系统的先河.随之而来的是1901年的感应性过电流继电器,1908年提出比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理,1910年方向性电流保护得到推广应用,衍生了电流电压比保护理论.顺应了1920年距离保护装置当继电保护系统发展到一定程度时,伴随着新材料,生产方式,器件等大量关联学科的大发展.继电保护系统无论是从形式、结构,还是加工工艺上都有了很大的提升.有了静态继电保护、数字式、继电式这三个阶段.而当发展到20世纪50年代,晶体管技术日趋成熟,晶体管式继电保护装置出现了.而这种继电保护系统具有接受指令迅速,整体体积小,无机转部件,且不存在触电等诸多特点.而正因为此,我国大量采纳了晶体管式继电保护系统.至20世纪80年代后期,晶体管式也正向集成电路式缓慢过渡.而静态继电保护也成为了当下的主要形式.到了20世纪90年代后半期,由于有了数字式继电保护设施与调度自动化的支持,无人自动化运行技术与变电站自动化技术得以迅猛发展.而集控制面板、测量测绘、保护机制、数据通讯为一体的综合自动化设备成为了我国大规模在建变电站所用的二次设备.而这为我国继电保护层次的发展起到了重要的指导和技术支持作用.
2.新保护原理的提出与配置方案
①当前电网改造使目前的电网环境更加复杂.继电保护系统可靠性的研究成为了当务之急.早些年旧的系统保护基本是简单的继电保护系统.不具有区别正确被保护元件运行状态是区外故障还是保护区故障的功能.简单来说就是无法鉴别正常运行状态还是故障状态.为了实现保护装置这一目标,就要以电力系统的故障前后物理量变化值为基础,使之能够判断电力系统故障与否,其所显现的一些特征如下：电流增大、电压降低、电压和电流间相位角发生.只要我们能合理的判断获取故障时那些量的变化值,便可制定出各种行之有效的继电保护装置.另外不仅有以上反应工频电器量值的判断,还有 “非公频电器量反值”的判断依据.以其为指标,当这种传达的指标积累到一定数值时,工程技术人员便可采用逻辑推理,对数据进行汇集、采集、整理、处理.
②对继电保护系统的要求.我们安装继电保护装置的作用是对继电器进行继电保护.而这就必须在技术指标上达到灵敏性、可靠性、选择性、速动性.灵敏性是一种对保护装置的反应能力.具体是当我们所使用的电气设备或电网线路在发生严重不稳定运行故障时所发挥的应急作用.可靠性是继电保护系统的稳定性,可概括为安全性和依赖性.依赖性表现在规定范围内进行应有动作的可靠程度.而安全性则为继电系统不需其发生动作时不做出动作.继电线路的拒动性和误动作都能使电力系统崩溃甚至陷入长时间的瘫痪.速动性是指继电保护系统在故障发生时,会快速反应切除故障.试想我们昂贵的设备在低电压、高电流恶劣环境下运行,会带来怎样的危害.选择性是相邻两者间线路和设备将故障排除,仅把产生故障部分从该系统中切除,从而使其它非故障部分得以继续工作.
3.继电保护系统可靠性研究现状
根据以往文献资料可以看出,可靠性理论在继电保护的应用研究处于稳步发展时期,毕竟该领域可参考的文献资料并不那么丰富.世界各国的著名学者都对如何评估继电保护系统可靠性进行了长期的技术攻关.在该系统可靠性的指标体系内,无论是理论推导还是工程实践.都取得了一定的实质性的进展.在众多研究继电系统可靠性的方法中,不少专家运用了“状态空间法”,这是在可修复系统领域能找到的高效途径之一,即利用“状态空间法”对其进行运算求出可靠性指标.在各个领域可靠性概率数据明确的前提下进一步综合其他方面的可靠性的指标,进行继电保护系统可靠性数据的整合,分析运算,这对优化问题有很大的促进作用.建立一套继电保护系统可靠性评估体系,无论是对我们研究继电保护的长期以来的可靠性程度,还是对电网运行的角度迅速预测目前存在的可能风险,都具有重要的作用.这需要我们持久的对该继电保护系统可能出现的各种不稳定状态进行研究,之后就从所存在的可能性或预估的严重程度这两个方面进行量化考核评估.而目前我们对“继电保护系统可靠性评估体系”的探讨主要把继电保护系统或继电保护设施作为研究的对象,所以当有必要综合考虑该误动与正确动作、误动结合经济效益等限制时,需有机结合运用状态空间法这一途径.而且以概率法和相应的方法建立出一套出可靠性研究的模型,并严格的依据模型模量来采取定性或定量的分析评估研究.
4.继电保护系统可靠性研究方面的意义
继电保护系统是根据元件中电气量的骤变完成继电保护作用的.在当前电气环境下,电力系统能否安全并持续运转直接影响着国民经济的发展.故而,该系统的可靠性要求对运行的作用可见一斑,可靠性问题就被提到了前所未有的高度.但纵观国际,也并没有制定非常成熟并完备的体系,所以结合目前的形势发展,需要一步一个脚印,先定一个短期切实可行的技术标准,为往后进一步深层次的继电保护设施可靠性打下坚实的基础.这为防止近些年来因电网故障导致的大范围停电,给国民经济发展和群众生产生活带来影响提供了一定的保障.继电保护是处于我们保障大电网安全的第一道防线,其可靠、快速、正确的动作将帮助我们有效地阻止系统状态进一步的恶化,从而起到保障电网安全可靠运行的作用.对此提高继电保护系统可靠性就体现出了举足轻重的地位和意义.
5.结 语
针对目前继电保护系统可靠性研究现状,需要进一步使之完备.数字化保护与四大要求理论已经针对应用研究全面展开了,目前继电保护系统可靠性是重中之重,它将根据所涉及各个领域的需要使继电系统可靠、稳定运行.可见其主导地位,特别是当前的国际大背景下,全数字化等各种新理论和技术纷纷问世,其相关设施也将愈加复杂,继电保护系统可靠性会涉及许多不确定因素,指标评估困难等,因而仍有待于进行深入的研究.