电气工程中继电保护技术运用研究

引言：在全面促进电力网络升级转型的背景下，面对用电需求的多样化以及大规模新能源并网建设，对于电力系统的安全稳定性等均提出了一定的要求。作为保障电力系统平稳运行的关键，继电保护技术应用较为广泛，其在检测、识别以及隔离系统故障方面发挥着不可替代的重要作用。而随着电网规模的不断扩大，则机电保护技术也在不断革新，从传统的继电器到智能型保护装置的发展，形成了不可忽视的重要作用。

1 继电保护的重要意义

对于电气工程而言，继电保护是确保电网平稳运行的关键所在，也是电网运行中最为关键的重要组成部分，继电保护技术随着近年来的技术发展，逐渐融合了前沿的计算机通信、远动技术以及信息技术等，在实际应用中展现出更加卓越的优势。在电气工程中可实现故障快速切除，动作时间从秒级压缩至毫秒级，避免设备烧毁或爆炸，同时通过选择性跳闸可实现故障区域精准隔离，对于维持电力系统稳定具有重要意义。

2 继电保护技术发展现状

为满足更加复杂的电气工程使用需求，面对电力工程建设规模的逐步扩大，继电保护技术也在逐步革新，当前继电保护技术通过充分融合前沿技术手段的方式已经形成了更加智能的应用表现。通过与数字技术相结合，基于数字信号处理技术等形成了数字式继电保护技术，可支持复杂算法应用，如傅里叶变换以及小波分析等技术内容，适用于高精度的故障识别等环境。同时联合 5G 通信技术，通过 IEC 61850 协议实现保护装置间的信息交互，可支持 GOOSE 报文实现快速跳闸，提升系统响应速度，从而形成网络化与通信技术专项成果。

3 继电保护在电气工程中的应用

3.1 应用于输电线路

继电保护技术在近年来的电气工程中广泛应用，以输电线路为主，成为了继电保护的重点内容。如在超高压输电线路中，通过纵连差动保护结合距离保护的方式，可在输电线路发生故障问题后快速切除，具体来讲，基于距离保护原理，通过对故障点进行定位，测量其到保护安装处距离阻抗值的方式，对故障位置继续进行判断 [1]。实际作业中主要依靠三段式特征Ⅰ段展开瞬时动作，可覆盖输电线路整体结构的 80%～85% 左右，Ⅱ段则以附带短延时为主，覆盖剩余线路以及相邻线路的部分，Ⅲ段则作为后备保护，形成更加完善的保护作用，利用方向阻抗继电器方式反方向的故障误动，这一继电保护技术适用于 110kV及以上的高压输电线路，能够满足长距离、多分支结构的使用需求。而纵连差动保护则是通过对输电线路两端电流幅值以及相位等进行对比的方式，若实际测量电流幅值以及相位大于在制动系数下的电流幅值以及相位，则证明当前区域内发生故障问题，通常适用于短距离的输电线路，可全线移动，动作时间相对较短。

3.2 应用于变电站

以 500kV 变电站为例，通过应用三套完全独立保护装置的方式，可保障重要设备始终处于安全状态。一方面，继电保护可满足变电站母线保护需求，基于基尔霍夫电流定律的原理，通过对进出线电流矢量和进行对比的方式，判断变电站母线是否出现故障问题。利用高阻抗差动对少量进出母线进行保护，抗CT 饱和能力项相对较强，而低阻抗差动则支持多分支母线，对于 CT 特性提出一致性要求。另一方面，在变电站保护中，继电保护技术也可以对变压器起到良好的保护作用，主要表现为瓦斯保护以及差动保护两方面的内容。通过检测变压器油内气体的方式，可告警指示变压器内部轻微故障问题，若实际检测变压器油流速发生突变，则立即跳闸，切断故障问题。差动保护则是以保护电流为主，通过比率制动特性对励磁涌流误动起到一定的预防作用，同时引入二次谐波制动，可对涌流加以识别。

3.3 应用于发电机与电动机保护

继电保护技术在电气工程的发电机以及电动机保护中较为常见，包括失磁保护、负序电流保护、过负荷保护以及定子接地保护等内容。在发电机失去励磁之后，从系统吸收无功功率，则导致机端阻抗轨迹进入到阻抗圆中，从而形成一定的隐患问题。通过抗阻元件结合低电压元件与防振荡误动延时的方式，可对异步运行引发过热以及系统电压崩溃形成一定的防护作用。通过继电保护技术对发电机展开负序电流保护的主要作用是预防不对称故障或是转子表面过热等问题，由于产生负序电流之后在转子感应中可能会产生倍感电流，从而引发局部灼烧问题，而通过延时动作的方式，反时限特征匹配转子热积累方程，进而可有效规避可能发生的故障问题。展开过负荷保护，基于反时限特性的方式，对称发电机过负荷，则可保护定子绕组 [2]。而电动机角度则是建立在检验高定值过流的方式进行瞬时跳闸，模拟热积累模型等方式的基础上实现堵转保护以及过热保护。最后展开定子接地保护，注入 20Hz 低频电压监测接地回路阻抗变化，实现 100% 定子接地，适用于中性点经配电接地系统。

4 继电保护应用实践

以某 220kV 智能变电站继电保护系统改造项目为例，该变电站原有电磁保护响应速度较慢，并且误动率相对较高，难以形成良好的保护作用。基于此，则该变电站选择更新继电保护技术，采用微机保护装置结合 IEC 61850 通信架构的方式进行优化。该变电站所应用的传统电磁继电器响应迟缓，平均故障切除时间 120ms，造成这一问题的主要根源是由于机械惯性大，动作阶梯延时累积明显。并且根据调查，发现继电器误动率较高，年均误动超过 5 次以上，并且维护困难，故障定位耗时较长。

针对上述问题，设计 RCS-931 光纤差动保护装置实现线路保护，动作时间控制在 25ms 以内，并基于四方继保形式，控制变压器保护涌流制动比处于15%～25% 的可调整状态。引进 SGB-750 数字母线保护，间隔 24h 展开 CT 饱和检测。IEC 61850 通信建立在智能终端的基础上，对电气设备故障数值进行采样，随后合并单元 MU 连通保护装置，上传 GOOSE 报文，指挥智能终端跳闸，以 GOOSE 跳闸的方式取代硬接线，跳闸指令传输时间控制在 8ms 以内。同时支撑 COMTRADE 格式，记录故障前 20 周波 + 后 100 周波数据。与此同时，该变电站在优化继电保护技术的过程中，选择使用距离保护的定值优化结合变压器保护逻辑改进的方式，打造更加智能的继电保护技术。将阻抗特性从原来的圆特性更改为多变形特性，躲负荷能力提升 30% 以上，并增加振荡闭锁模块。差动保护部分引入波形对称算法，促使涌流误动率降低至 0.1% 左右。

对改造前后的效果对比，故障切除时间显著缩短，并且继电保护正确动作率有效提升，继电保护系统可靠性提升到 99.993% 以上。在 2024 年 3 月 12 日雷击引起 110kV 线路单相接地处理中，故障检测时间从 35ms 缩短到 8ms，跳闸执行时间从85ms降低至22ms，重合闸单相重合成功，瞬时恢复供电，无用户停电，证明本次继电保护技术改造良好。

结束语：通过对继电保护意义与技术发展现状展开研究分析，总结了其在输电线路、变电站、发电机与电动机保护中的应用，结合实际案例证明继电保护技术随现代社会的发展能够形成更加智能高效的应用表现，对于保障电气工程安全性具有重要作用。

参考文献：

[1] 尚静 .AI 技术在电气工程继电保护自动化控制中的应用 [J]. 机电元件 ，2025，45（03）：26-28+59.

[2] 王宇飞 . 电气工程中电力综合自动化系统与变电站继电保护 [J]. 中国科技信息 ，2024，（18）：118-120.

作者简介：

作者一姓名：张春首；性别：男；出生年月：1991.03 ；籍贯：内蒙古赤峰市；民族：汉；最高学历：大专；目前职称：助理工程师；研究方向：电力工程作者二姓名：刘敏；性别：女；出生年月：1994.11 ；籍贯：内蒙古呼和浩特市；民族：汉；最高学历：大专；目前职称：助理工程师；研究方向：电力工程