继电保护的基本元件
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继电保护的基本元件范文第1篇
[关键词]变电站；继电保护；基本原理；瑕疵；完善
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0369-01
引言
电力对国家的发展与正常运作起着至关重要的作用，不仅各行各业的生产和发展离不开电力，国民的日常生活同样也离不开电力的支撑。但是，由于国内的变电站发展过于迅速并且发展时间也不如发达国家那么扎实。在变电站的电力供应过程中，电力系统的检修和维护尤为重要，同时也是为电力系统提供持之以恒供电能力的一个重要渠道，在检修和维护中，继电保护则为重中之重，所谓的继电保护就是指在研究电力系统发生故障或者电力运行出现问题的情况下，在发展的过程中主要用有触电接触点的继电器来检修和保护电力系统以及发电机、变压器、输电线路等基本元件，使这些电路设备免受损害的一种具有针对性强的电力保护措施。
一、电力系统继电保护装置的基本要求
1.1 灵敏性
保护装置灵敏与否一般用灵敏系数来衡量。在继电保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作；但在保护区外发生故障时，又不应该产生错误动作。
1.2 选择性
当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能选择性地将故障部分切除。首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。
1.3 可靠性
保护装置如不能满足可靠性的要求，反而会成为扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，必须确保保护装置的设计原理、整定计算、安装调试正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量可靠、运行维护得当、系统简化有效，以提高保护的可靠性。
1.4 速动性
速动性是指保护装置应尽可能快地切除短路故障。缩短切除故障的时间以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。
二、变电站继电保护的现状及问题
2.1 人工智能手段的引入
人工智能体系引入继电保护过程中是对变电站系统管理的一大进步。如专家系统、人工神经网络ANN等被广泛地应用于非线性问题障碍的排除上，我们知道，电力系统的继电保护是一种较为典型的离散控制方式，它分布于电路系统的各个环节中，对于电路的正常或者故障状态都能进行常态评估，这也是进行保护的关键步骤。由于AI的逻辑能力以及逻辑思维的存在，AI已经成为在线评估的重要工具，在现实的电力系统的应用中也表现得越发频繁。与此同时，变压器保护、发电机保护以及自动重合闸保护等领域也对此进行了广泛的应用。但是在继电保护的电力应用中，人工智能手段的引入无疑也存在可靠与否等方面的考验或者说存在该方面的弊端，不得不引起电力研究领域的重视。
2.2 继电保护系统与高科技领域紧密结合
在电力系统中，网络化的电力保护技术也已经成为主导，也就是说在进行电力保护的过程中实现网络化管理，把现有的高科技手段应用于电力测量、控制、保护以及通信一体化的数据传输方面，这都对电力保护起到了翻天覆地的变化。如数字变电站内光互感器、智能终端、GOOSE、SV等新技术的应用，在变电站内的继电保护方面应用高科技手段，大大减少了电路运行的危险性，使得各个需要保护的单元与重合闸装置在分析和处理数据上相互协调，达到匹配，即实现网格化管理，这虽然实现了变电站内继电保护的基本目的，但是这种技术在继电保护领域还处于初始阶段，很多关键技术还不成熟，不能成为主流，对国外先进技术的引入成为继电保护的一大问题。
2.3 微机系统在继电保护中被大量使用
微机已经在20世纪开始大规模应用于各个领域，在变电站内的继电保护方面也应用频繁。微机进行保护主要的优点在于先进的计算能力和逻辑处理能力，能够提高继电保护的性能，近些年来，为了强化这种稳定性和敏锐性，必然就出现了对微机保护的改进措施，但是随着科技的发展，电力系统内引入微机保护的效率应该引起重视，如果滞后于微机技术的发展，继电保护就无实效性可言。
三、完善变电站内继电保护的基本思路
变电站内的小功率机器的继电保护在现阶段已经引起了足够的重视，如何实现继电保护的长效性、科学性，是一个亟需解决的课题，随着多年来的电力维修和保护的实践，总结出如下几点继电保护的基本思路：
3.1 完善继电保护的可靠性与速度性
这种可靠主要体现在保护装置的可靠性方面，也就是说在电力系统出现故障时，保护装置能够及时有效地反映出电力所出现的具体问题，速度既体现在发现故障方面，还体现在维修速度方面，不能够出现误差，同时不能对整个电力系统的运作有较大的影响。电力系统是一个多元素构成的有机整体，机构相对复杂，并且在适用上各个元件所体现的价值寿命是不同的，因此可靠性显得尤为重要，要对各种设备的基本功能进行完善修整，实现操作无误差。
3.2 继电保护实现选择性与灵敏性
在变电站的继电保护中，选择性是指在发生故障时，系统有选择地将元件与故障系统隔离分开，使之不受到更大的损害，不受损害的部分仍然能够继续工作，这个过程既要求选择性，同时也要求灵敏性，需要对受到损害的元件与未受损害的元件进行区分，并使之与系统有效隔离，实现系统的完整性运转，避免不必要的损失，快速保护动作时间在0.06～2.12s之间，最快可达0.01～0.04s。
3.3 实现科技贯穿于整个继电保护过程
以上文中我们了解到，继电保护需要在高科技支撑下进行运作，也只有这样的运作能够对变电站电力系统的维护有一定的作用，对于吸收继电保护的先进科技是实现继电保护的有效途径，也是实现电力系统稳定发展的巨大支撑。
四、结语
变电站的继电保护是电力传输系统的一个重要环节，其工作的稳定性，需要我们对变电站安全运行以及电力系统的稳定进行全面掌握，对继电保护的上述研究只是其中的一个弱小方面，加强变电站的继电保护需要对整个电力产业以及电力科技的发展有较为熟悉的掌握，使得继电保护能够成为变电站电力系统维护的一个重要举措，同时也是我们电力行业发展的一个重要使命。
参考文献
继电保护的基本元件范文第2篇
关键词：农科院校；继电保护；多媒体教学
作者简介：李裕（1979-），女，云南通海人，云南农业大学工程技术学院，讲师。（云南 昆明 650201）徐云江（1978-），男，云南石林人，昆明供电局石林供电有限责任公司，助理工程师。（云南 石林 652200）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0070-02
一、“电力系统继电保护原理”课程现状分析
“电力系统继电保护原理”是电力类各专业的一门主干专业课程，几乎以下所有教材一直都在按电力系统的几大组成部分来组织教学内容：继电保护基本元件、线路保护原理、变压器保护原理、发电机保护原理、母线保护原理、重合闸及微机保护等。“电力系统继电保护”作为农科院校电气专业的一门必修专业课，目前在云南农业大学电气系的教学中存在以下问题：
1.“电力系统继电保护原理”教学内容与工程实际脱节
目前的继电保护装置多为微机型继电保护，而“电力系统继电保护”教材大多数都用电磁型或集成型保护装置来讲解保护原理，这些装置结构复杂，所涉及知识面较广，学生学习难度较大，看不懂装置图，对原理也一知半解，学生毕业后，普遍反映所学知识与工作实际不一样，所学内容在实际中“没有什么用”。
2.“电力系统继电保护原理”教学内容与工作实际脱节
教学内容一般包括各种电压等级的线路保护、各种大小容量的变压器、发电机保护、母线保护等，内容较多，存在“多而不精”的现象，学生学习起来感觉压力很大，影响基础知识的掌握。
3.“电力系统继电保护原理”课程大系统的教学理念不强
“电力系统继电保护原理”课程需要学生掌握电路、电机学、电力系统分析、自动控制、电力电子技术等相关知识，但学生在学习先修专业课程时，一方面由于教师缺乏对整个课程大系统的全局梳理，使一些知识重复讲授，导致学生学习压力较大，普遍感觉学习“目的不明确”，另一方面，更使学生对电气工程及自动化专业没有一个完整的认识，从而导致对理论性较强的知识掌握不到位，不能将其与工程实际、与“电力系统继电保护原理”课程联系起来，导致学生因没有掌握先修课程的知识而不能很好地理解继电保护知识。
作为农科院校的工程专业，本专业定位为“农科专业服务”，学校对该专业投资较少，实践教学环节比较薄弱，实验设备相对落后，教师开出的实验以简单的验证性实验为主，不利于学生创新能力和综合能力的培养。
鉴于上述原因，笔者提出以本专业“以农业电气化与自动化为专业特色，培养高素质农业电气化应用型人才”的培养目标为基础以满足农科院校电气专业就业岗位职能要求为目标的课程改革。
二、明确学生的岗位职责与职业能力
云南农业大学电气系专业学生一次就业的岗位主要是云南省县电力公司、地方电力设计院、地方小水电及工矿企业，主要从事110kV及以下电压等级的变电站、5万kW及以下发电厂的设计、调试、运行、检修岗位以及工矿企业等用户供用电的技术管理。岗位职业能力对“电力系统继电保护原理”课程的要求是使学生熟练掌握各类保护装置的构成、动作过程、保护范围与运行维护；使其能够进行保护装置及按元件的调试；会进行简单的保护配置与设计及简单的整定计算。
三、教学内容优化改革
笔者根据电力行业对继电保护人才的要求，结合学校电气工程及自动化专业培养目标的具体要求及历届毕业生就业岗位情况，对教材内容进行分析，优化改革教学内容。
1.对专业课程进行全面规划
对专业课程进行全面梳理，将相互影响、联系密切的课程进行整合优化，梳理出先修课程与后修课程之间重复部分、环环相扣部分，然后重新修改各课程教学大纲及教学计划，以加强该专业电力系统的全局观念，完善整体课程体系，这样有利于减少学生学习的负担并利于学生将专业知识与工程实际进行结合。例如在“电路”课程中加强对继电器、热敏元件及熔断器的讲解，而在“电力系统继电保护原理”课程中只涉及如何用它们来保护设备；在教学计划中增加“MATLAB”课程，为微机保护部分提供上机实践机会；在教学计划中将“发电厂及变电站二次回路”课程提前到“电力系统继电保护原理”课程之前，增加对以保护装置二次回路图为例的讲解，以便学生学习保护二次图；“微机保护”教材中数据采集、数字信号处理与“数字信号处理”、“微机原理”课程相关内容重复，可减少该部分学时或直接删除该部分内容。
2.优化教学内容
笔者本着“强调基础，够用为度，应用为主”的原则，对“电力系统继电保护原理”教学内容进行优化。
（1）“强调基础”是指强调各种保护原理的讲解。从目前继电保护的发展前景看，保护的发展主要是构成方式的发展，而原理的发展不会有太多变化。
（2）“够用为度”是指只要求教学内容能满足学生就业岗位的要求。考虑到学生毕业后多在县级供电企业工作，多涉及110kV 及以下电压等级电网、变压器的保护，故将教学内容作一下调整：线路保护部分重点讲解电流、电压保护及距离保护原理，详细讲解其配置及整定计算方法，而将纵联保护等速动保护内容简化，只讲基本原理及需注意的特殊问题；变压器、发电机保护部分，重点讲解适用于小容量变压器、发电机的保护原理和整定方法；母线保护部分只讲解基本原理。将原来独立教学的“电力系统继电保护原理”和“微机保护”两门课程合为一门，两门课程结合后，在“电力系统继电保护”部分详细讲解原理，而在“微机保护”部分就可以重点讲解硬件装置组成、微机保护算法，而对保护原理可以简单带过。
“应用为主”是指在教学过程中要结合工程实例进行整定讲解，同时增加事故案例分析，提高学生的应用能力。
四、教学方法与教学手段的改革
教师对课程的教学除应该重视各个模块、各个知识点的讲解外，还应该对知识点之间、理论教学与实践教学之间、理论与工程实际之间的衔接多加与重视，并重点研究对这种衔接点的讲解方法及讲解形式，以使学生对知识的整体有较好的理解从而能更好地掌握各知识点。
1.运用启发式教学可以提高学生学习积极性，激发学生的思维活动
采用启发式教学要依据教材特点和学生情况，设计、组织、提出问题，启发学生积极思维。例如电网电流保护部分可以设计问题如下：保护在电力系统中的任务是什么，电流线路故障与正常运行时有何区别，电流I段保护如何保证线路末端故障和下一线路首端故障是正确动作，电流I段有何优缺点，如何改进。通过教师的不断提问，引导学生把“电力系统继电保护”课程的相关内容串连起来。这样既可以把“电力系统继电保护”所有内容介绍给学生，还可以使学生易于掌握基本的继电保护知识。
2.采用以“教师为主导，以学生为主体”的精讲方式
“教师为主导”是指在整个教学过程中教师扮演带领学生有重点、有计划地学习的角色，主要体现在有计划、有重点地讲授课程内容，讲授分析问题与解决问题的方法。“学生为主体”是指在整个教学过程中学生是学习的主体，根据教师指导，有重点、有计划完成课程的学习，具体形式是教师要求学生完成重点、难点章节的课前预习报告，要求学生撰写专题报告并在讲堂上宣讲、讨论等。
3.采用多媒体教学
“电力系统继电保护”课程相关知识比较抽象，以往采用板书教学时，教师要画图结合图型进行讲解，讲述起来不直观，且教师课堂工作量也大，教学效果不好。多媒体课件传递的信息更为丰富和形象，表达较直观，能让学生比较容易理解课堂内容。例如在讲解电流保护的工作原理时，尽管教师会配合图纸进行详细分析，但学生还是很难理解。而采用多媒体中的动画效果就可以把正常运行、短路运行各种运行状态下保护的动作过程很生动形象地描述清楚，具有较好的教学效果。
五、实践环节的改革
本校“电力系统继电保护”课程的实践环节主要通过课程实验、课程设计、生产实习、毕业实习和毕业设计几个部分构成，通过开展这些实践环节，循序渐进地完成对继电保护专业技能的训练，培养学生创新思维和动手能力。
因该专业在本校是新开办专业且受资金短缺影响，所以“电力系统继电保护”实验环节目前只能开设验证性实验（继电器特性实验）和两个设计性实验（单电源三段式电流保护实验、线路低电压保护实验），实验环节教学改革的目标是要加强实验室建设，在加强验证性实验的操作、训练、理解及结果分析的同时还要强调综合性、设计性实验，这样培养的学生才会满足实际工程的需要，为以后的职业生涯打下良好的基础。
课程设计是培养学生实践能力的一个教学环节，在专业实践教学中具有举足轻重的作用，改革课程设计内容、方法等显得尤为重要。根据本专业的培养目标对“电力系统继电保护”课程设计内容进行如下改革：首先，考虑到课程设计内容应与实际生产实践相结合，根据课程设计时间短、学生的动手实践能力较弱的情况，课程设计配置方案选择简单但自成系统的课题，为此，笔者选取了一些典型电网、变电站、发电厂进行继电保护设计，让学生进行短路分析计算、保护配置比较和整定值计算。其次，因为整定计算是继电保护岗位职能要求中的重要内容，在课程设计环节中，可将继电保护中的整定值计算知识分为针对电网不同故障类型保护的整定计算、变压器主、后备保护的整定计算、发电机主、后备保护的整定计算等几个模块来分配课程设计任务，使学生通过具体的实例掌握保护配置原则、整定计算原则及整定计算内容。最后，电气工程及其自动化专业学生毕业后的就业岗位多涉及110kV及以下电压等级，故课程设计的电网主要进行35kV～110kV电压等级的设计，发电机主要进行50MW及以下的设计。
六、结束语
“电力系统继电保护”是一门综合性较强、理论和实践并重的课程。本文分析了目前本校该课程教学中存在的问题，从培养“农业电气化应用人才”的目标出发，结合历届毕业生就业岗位的专业要求，对该课程的教学内容、教学方法、教学手段及课程设计等方面进行了一些探索改革，提出了一些见解，对农科院校“电力系统继电保护”课程教学工作的开展具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]戴志辉，焦彦军，徐岩，等.基于解耦思想的继电保护教学方法研究与实现[J].电气电子教学学报，2011，（S1）.
继电保护的基本元件范文第3篇
【关键词】自适应距离保护 人工神经网络 BP算法
一、引言
距离保护长期以来一直是复杂电网中高压输电线路最重要的也是应用最广泛的保护方案。这种保护有许多独特的优点，如能瞬时切除输电线80%～90%范围内的各种故障。但是有许多原因会影响阻抗的测量精度，从而影响测量阻抗的计算，使测量阻抗为短路阻抗与附加阻抗之和，从而会引起误动或者拒动。
基于这些问题，本文提出了人工神经网络。近年来，人工神经网络（ANN）逐渐得到电力系统研究人员的高度重视和广泛研究。人工神经网络是由众多的神经元广泛互联而成的网络。人工神经网络以其具有自学习、自适应、较好的容错性和优良的非线性逼近能力，广泛应用于模式识别和模式分类等方面。
本文所采用的三层前向神经网络的学习算法为反传学习算法，即BP算法，学习过程采用反向传播法。
二、基于人工神经网络的距离保护模型
BP网络模型也即多层前向网络（Multi-layer Feedforward Neural Network，MFNN），因其训练算法采用反向传播算法，也即BP算法。由于这种算法在本质上是一种神经网络学习的数学模型，所以，BP算法也通常暗示着神经网络的拓扑结构是一种无反馈的多层前向网络。
人工神经网络是由大量简单的基本元件——神经元相互连接而成的自适应非线性动态系统。一般而言，只要采用三层神经网络，而且对各层神经元数目不加限制，则可在模式空间构成任意复杂程度的几何图形，从而对任意复杂的对象进行分类。
人工神经网络含有输入层、输出层以及处于输入输出层之间的中间层。中间层有单层或多层，由于他们与外界没有直接联系，故也称为隐层。在隐层中的神经元也称隐单元。隐层虽然和外界不连接，但是他们的状态则影响输入输出之间的关系。BP网络的结构的每一层连接权值都可以通过学习来调节，它的基本处理单元（输入层）除外通常为非线性输入输出关系。
三、神经网络的训练及检验
本文通过EMTP仿真的数据预处理中得出了这两个子网络的权值和阀值矩阵中，用一些不同于训练样本的检测样本（本文在故障检测与选相子网络是用40组进行训练，13组进行检测的；对故障定位子网络是用35组进行训练，14组进行校验的）。每一个子网络的隐含层节点的数目，是在训练过程中根据最快的收敛速度和最好的精度标准通过多次采用不同的隐含层节点数目进行训练，反复比较，根据实际的收敛效果和计算精度来选择确定的。其中，故障检测与选相子网络（ANN1）的隐含层数目取为42个，故障定位子网络（ANN2）的隐含层数目取为33个。
在确定了两个子网络的隐含层以后，开始对故障检测和选相子网络（ANN1）和故障定位子网络（ANN2）采用BP算法进行训练。经过对子网络的多次训练，其训练过程是收敛的，其训练速度也是令人满意。
下面将2个子网络的部分训练样本、检验样本及检验结果。
在对第一个、第二个子网络故障检测与选相子网络其训练过程过程是收敛的，其训练速度也是令人满意的。
下面是子网络ANN1的训练样本和训练样本及检测样本。故障类型有：内部故障，A相接地、内部故障，B相接地、内部故障，C相接地、内部故障，两相短路、内部故障，两相接地短路、内部故障，三相短路。理想输出：1，0，0，0；0，1，0，0；0，0，1，0；0，0，0，1；0，0，0，1；0，0，0，1。检验结果：
0.9985，0.0378，0.0838，0.0230；0.0315，0.9988，0.0607，0.0121；0.1004，0.1718，0.9980，0.2715；0.2815，0.0499，0.0614，0.9864；0.2496，0.3688，0.0370，0.9798；0.0197，0.0551，0.0187，0.9981。
从上面可以清楚的看出，故障检测和选相子网络在各种故障情况下都能正确反映故障，并启动保护和正确选相。
在第二个子网络训练过程也是表明故障定位子网络ANN2也是收敛的，其训练速度也是令人满意的。
下面是故障定位子网络ANN2的训练样本和检验样本及结果举例。当故障点线路全长线路全长83%，故障类型分别为单相接地、两相故障、三相故障时，其理想输出为1、1、1；当故障点线路全长线路全长87%，其理想输出为0、0、0。检测结果：当故障点线路全长线路全长83%，输出：0.9867、0.9827、0.9572。当故障点线路全长线路全长87%，输出：0.1758、0.1820、0.1602。
从上面数据可以看到，故障定位子网络距离保护经过训练以后，基本能够正确的识别故障点位置。
四、结论
本论文针对传统距离保护在系统发生振荡和系统经过过渡电阻发生故障时，可能会误动或拒动等，因此，提出了基于BP人工神经网络自适应距离保护原理由两个相互独立的子网络来实现，即故障检测与选相子网络和故障定位子网络。两个子网络组成一个并行处理系统，经过大量的训练样本进行训练，投入实际运行线路中，根据本身需要提取输电线路的运行参数，对电力系统运行状态进行判断。研究结果表明，用人工神经网络实现最复杂的保护原理——距离保护是可行的，而且具有显著的优点。
参考文献：
[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2001.
