电力系统中电压保护装置的优化分析

电力系统的安全稳定运行依赖于多种保护与控制措施，其中电压保护装置是防止电压越限、保障设备安全和维持电能质量的核心环节。在现代电网中，随着新能源接入比例增加、负荷特性多样化以及输电线路延伸，电压的动态波动频率与幅度均有所提升。这不仅对保护装置的响应速度和准确性提出更高要求，还需要其具备更强的适应性与协调性。传统的电压保护多依赖固定整定值和单一保护逻辑，难以兼顾复杂工况下的多目标优化。

1 电力系统电压保护装置概述

1.1 电压保护的基本功能

电压保护装置的核心功能是在电网电压偏离额定值时，及时发出控制信号或切除故障部分，防止设备过压击穿或欠压失步运行。其主要作用包括： ① 维持母线电压稳定，防止电压塌落导致大面积停电。 ② 保护变压器、发电机及高压电气设备免受过压冲击。 ③ 避免低电压导致电动机启动失败或运行失稳。 ④ 保障继电保护及自动装置在正常电压范围内可靠动作。

在现代系统中，电压保护不仅承担传统防御功能，还需与无功功率调节、频率控制等环节协同，以实现系统电压质量和供电可靠性的双重目标。

1.2 电压保护的分类

根据动作原理与保护对象不同，电压保护装置可分为：

① 过电压保护：用于防止系统电压超过设定值，包括暂态过电压和长

期过电压保护。② 欠电压保护：用于防止系统电压低于允许范围，避免负荷和设备运

行失稳。③ 低电压减载保护：在电压长期低于阈值时，自动切除部分负荷以恢

复电压水平。④ 分段分区保护：在多区域系统中，按分区监测和动作，以减少无关

部分的跳闸风险。

1.3 电压保护在电力系统中的作用

在一次系统中，电压保护可防止设备因电压异常而损坏；在二次系统中，它是自动化监控和调度决策的重要依据。特别是在新能源接入比例高的地区，电压保护能够及时响应因风光功率波动引起的电压异常，保持系统稳定性。此外，它还可与电压无功自动控制（AVC）系统协同，实现多层次调节与优化。

2 电压保护装置的现状与问题

2.1 装置配置与运行现状

目前，国内大多数电力系统采用数字式综合保护装置，并在变电站及重要输电线路上配置独立的电压保护模块。以 110 千伏至 500 千伏电压等级为例，其保护动作时间通常设置在 0.1 至0.5 秒之间，动作范围覆盖 ±10% 的电压偏差[1]。然而，在高负荷运行或多馈线并列供电条件下，部分保护动作会出现延迟或拒动现象。此外，一些老旧设备在数字化改造过程中存在接线方式复杂、数据采集延迟等问题，影响保护精度。

2.2 存在的主要问题

2.2.1 动作灵敏性与选择性不足

部分电压保护装置在低电压缓慢变化的情况下反应迟缓，未能及时发出动作信号；而在电压快速跌落时，可能出现越级跳闸，导致保护范围扩大。这一问题在长距离输电线路、末端供电区域以及多电源并列运行的系统中更为突出。

2.2.2 与其他保护和控制装置的配合性差

电压保护与过流保护、距离保护及无功调节装置之间缺乏有效的协调逻辑，可能造成保护误动或多重切除。例如，在电压骤降同时伴随短路电流波动的情况下，若过流保护和电压保护动作逻辑未合理分配，可能导致同一线路被重复切除，影响系统恢复速度。此外，部分地区的无功补偿装置未与电压保护形成联动，当补偿动作延迟时，保护装置可能提前切负荷，降低供电稳定性。

2.2.3 参数整定不合理

部分运行单位沿用多年未优化的整定值，未根据系统结构调整，导致保护区段覆盖不精确。在电网结构发生变化、负荷曲线波动特征改变或新增电源接入后，若整定值仍按旧数据设定，易出现保护死区或误动作。此外，一些整定工作仅依赖人工经验，缺乏基于运行大数据的科学分析，导致参数对不同运行工况的适应性不足[2]。

2.3 电压保护性能指标分析

为了评估电压保护装置的运行性能，可采用以下指标（见表1）。

表1 电压保护装置主要性能指标

表中数据反映，当前大多数装置在动作准确率方面表现较好，但在动作时间优化及协调性方面仍有改进空间。

3 电压保护装置的优化分析与实施路径

3.1 参数整定与分级控制优化

合理的参数整定是提升保护性能的核心。应根据电力系统结构、短路容量及负荷特性，分区域设置不同的动作阈值与延时参数。例如，在主干网可适当延长延时以提高选择性，而在末端线路则应缩短动作时间以防电压塌落。分级控制策略则要求在主保护未动作前，由快速辅助保护先行介入，以抑制电压异常进一步扩大[3]。

3.2 保护与无功调节装置的协同优化

电压保护装置与无功补偿、变压器分接头调节等设备协同，可显著提高电压恢复速度。在优化中，应建立联动逻辑：当电压接近动作值时，先触发无功调节以稳定电压，若无功调节无效，再启动电压保护跳闸。通过这种分步响应，可减少非必要的切负荷动作，保障供电连续性。

3.3 数字化与智能化升级

数字化改造可提升保护装置的实时监测能力和数据处理速度。新型装置可集成广域测量系统（WAMS）信息，实现跨区域电压监控与联动控制。此外，配合调度中心的信息化平台，可对装置运行状态进行远程诊断与在线升级，减少人工维护周期。

4 结语

电压保护装置在保障电力系统安全稳定运行中具有不可替代的作用。在新能源高比例接入、电网结构日益复杂的背景下，仅依赖传统固定参数和单一逻辑已无法满足运行需求。本文从功能现状、问题分析及优化路径出发，提出了参数整定优化、分级控制策略、与无功调节装置的协同及数字化升级等措施。这些优化方案可在保持保护灵敏性与选择性平衡的同时，提高系统的整体可靠性与适应性。

参考文献

[1]游建宏,马铁军,倪群辉,等.华龙一号厂用保护配置及功能优化研究[J].电工技术,2022,(08):164-166+169.

[2]曹磊胜.矿井高压防爆开关保护装置的改进设计[J].机电工程技术,2020,49(06):197-198.

[3] 申勇. 工厂供电系统过电压保护优化研究[J]. 科技创新导报,2020,17(15):102-103.