电力系统中继电保护自动化技术分析

中图分类号：TM73 文献标识码：A

引言

继电保护技术通过实时监测电力系统运行状态，在发生故障或异常时快速定位并隔离故障点，避免故障范围扩大，是保障电网安全稳定运行的核心手段。继电保护自动化技术的引入，通过智能化、自适应化升级，显著提升了继电保护动作的精准性、响应速度与选择性，成为电力系统安全防护体系的重要技术支撑。

1 继电保护自动化技术概述

早期继电保护系统具备一定的自动化程度，持续监测保护对象运行状态，在识别到短路等电气故障后，限定时间内自行展开保护动作。但由于数据采样精度偏低、环境适应能力较差，在电力系统运行方式、保护对象运行环境发生变化后，仍执行既定保护策略，从而出现装置拒动、误动现象。继电保护自动化技术与常规技术的主要区别在于：重点强化继电保护系统的自动操作能力，不间断采集电力系统的实时运行数据，准确感知系统的总体运行工况，定期判断既定保护策略是否适用，采取改进措施，如重新计算继电保护整定值，精准发现故障问题与展开正确保护动作[1]。

2 继电保护自动化技术在电力系统中的具体应用

2.1 继电保护装置应用

继电保护装置的具体保护方向包括差动保护、过电流保护、距离保护、电压保护。第一，差动保护是利用高精度电流互感器、高速数据通信网络，将采集到的电流数据传输至继电保护装置，继电保护装置进行实时判断，一旦发现差动电流超出阈值，则立即触发保护。第二，过电流保护是基于电流大小进行保护的方式，用于配电线路、电力设备短路的保护。当过电流保护设备检测到电流超出设定值时，立刻快速切断故障线路，防止电流对设备造成损坏。第三，距离保护是通过测量故障点到保护装置的电气距离，以实现故障位置判断，该保护主要面向供配电系统下的高压输电线路。当故障阻抗超出预先设定的阈值，装置快速启动自动跳闸。第四，电压保护负责电压异常检测，一旦线路出现电压过高、过低问题，电压保护装置则能够在电压异常状态下快速启动报警功能。

2.2 变压器保护

变压器作为电网能量转换的核心枢纽，其运行可靠性直接关乎系统供电质量与稳定性。继电保护自动化技术通过多维度保护策略实现变压器故障的精准防御：

（1）瓦斯保护：基于油中溶解气体分析技术，实时监测局部放电、绝缘纸老化等潜伏性故障，通过特征气体浓度阈值触发预警，实现故障早期识别。

（2）差动保护：采用全数字式比率制动算法，结合双端 CT 同步采样技术，在变压器内部匝间/相间短路时实现 20ms 级快速切除，避免故障蔓延。

（3）过流保护：配置三段式反时限特性曲线，动态匹配变压器热容量特性，在过载工况下提供分级保护[2]。

2.3 发电机保护

发电机作为电力系统的原动机，其安全运行是电网稳定的基础。继电保护自动化技术构建多层级防御体系：

纵差保护：基于双端电气量同步比较技术，对定子绕组相间短路故障实现全范围快速响应，动作时间 ⩽15ms 。

横差保护：采用环流检测与谐波分析算法，精准识别定子绕组匝间短路初期特征，在绝缘损伤初期触发告警。

接地保护：通过注入式定子接地保护（注入频率 20Hz ）与乒乓式转子接地保护（动态监测转子对地绝缘电阻）的协同配置，实现发电机本体接地故障的全工况覆盖。

2.4 自动切断故障保护

智能跳闸功能为故障切断保护的核心功能。智能断路器、开关设备，具有自诊断、通信功能，会根据故障检测结果自动执行跳闸。在与继电保护装置、监测系统进行集成的基础上，智能断路器会通过故障检测结果判断是否需要进行跳闸操作。为进一步提高故障切断的稳定性、灵敏度，智能跳闸设备均采用优化跳闸曲线和复合保护的策略，能够根据故障类型、运行状况去动态调整跳闸参数，确保可在各类复杂工况下准确进行故障切断。目前，在自动切断故障保护功能的基础上，智能跳闸设备已发展出自愈恢复功能，该功能主要依赖中央监控系统的大数据分析技术、预测模型技术，依托数据分析结构进行智能化的自愈恢复。在完成故障切断操作后，自愈恢复系统会自主启动自愈恢复程序。这一程序涵盖故障点隔离、备用电源自动切换、负荷自动分配等功能，能够让故障后受影响的区域实现快速恢复供电。

3 继电保护自动化技术面临的问题与挑战

3.1 技术层面

随着电网规模持续扩张与拓扑结构复杂化，继电保护自动化技术需应对复杂电网环境带来的适配性挑战。例如，在特高压输电网络及新能源大规模并网场景下，电网的电磁干扰特性、故障动态行为发生显著变化，对继电保护设备的响应速度、抗干扰能力及算法适应性提出更高要求。当前，不同厂商设备间的信息接口标准与通信协议存在兼容性差异，导致跨系统数据交互效率低下，制约了继电保护自动化系统的协同性能。尽管技术迭代已取得阶段性成果，但在故障智能诊断、自适应策略优化等智能化维度仍有较大提升潜力[3]。

3.2 管理层面

（1）人员能力与培训体系薄弱：部分电力企业存在技术人员专业素养不足、培训机制缺失的问题，导致继电保护自动化装置的运维操作不规范、故障处理效率低下，进而影响设备运行的可靠性。

（2）标准体系滞后于技术发展：继电保护自动化技术更新迭代速度加快，但相关技术标准与行业规范更新滞后，导致市场准入门槛不统一，产品质量良莠不齐，增加了系统集成与长期运维的风险。

4 解决策略与发展建议

4.1 技术创新与研发

加大对复杂电网环境下继电保护自动化技术的研究投入，开发适应特高压电网、新能源接入电网等复杂电网环境的保护算法和装置，提高继电保护自动化技术的适应性。制定统一的信息接口和通信协议标准，实现继电保护自动化系统与电力系统的其他自动化系统之间的无缝信息交互和共享，提高系统的整体性能。引入先进技术提升继电保护自动化装置的智能化水平[4]。

4.2 管理与人才培养

电力企业应加强对技术人员的培训，提高其对继电保护自动化技术的掌握程度和操作维护能力。定期组织技术交流和培训活动，使技术人员及时了解行业最新技术和发展动态。相关部门应加快制定和完善继电保护自动化技术的标准和规范，加强对市场的监管，确保产品质量和性能符合要求，保障电力系统的安全运行[5]。

结束语

现阶段，电力系统建设规模日趋扩大，智能化、自动化成为电力系统发展趋势，电力系统使用功能愈加丰富，显著提升了供电质量及其可靠性。因此，需要充分将继电保护自动化技术的应用优势充分发挥出来，进一步完善电力系统，实现二者的紧密融合。

参考文献

[1]徐攀峰,郝兴宏,刘相利.基于继电保护与配电自动化的配电网故障处 理分析[J].大众用电,2022,37(12):36-37.

[2]张明,刘宇.智能变电站继电保护在线监测系统的应用研究[J].光源与照明,2022(11):122-124.

[3]章亦菲,陈琼琛.电力系统中的继电保护安全策略分析[J].电子技术,2022,51(12):256-257.

[4]姚航,潘育宗.继电保护自动化装置的故障检修与改进措施研究[J].模具制造,2023,23(12):283-285.

[5]王增平,林一峰,王彤,等.电力系统继电保护与安全控制面临的挑战与应对措施[J].电力系统保护与控制,2023,51(6):10-20