當電力系統中的電力元件(如發電機、線路等)或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全執行時，能夠向執行值班人員及時發出警告訊號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和裝置。實現這種自動化措施的成套裝置，一般通稱為繼電保護裝置。
摘要：變電站作為當代電力系統的中間樞紐，在電力運輸過程中起到了承上啟下的作用，可謂十分關鍵，如果變電站中電力系統的元件或系統本身發生了故障危及到電力系統的安全時，繼電保護裝置可以及時向工作人員發出警告或者直接向斷路器發出跳閘命令阻止發生電路爆炸等安全事故。但是如果繼電保護裝置失效後我們又該怎麼辦呢?本文通過對繼電保護裝置失效後的後果和應該採取的措施進行敘述，希望能對電力裝置的安全性提供一些建議。
關鍵詞：繼電保護裝置 數字化 第三道防線 後備措施
引言
隨著科技的發展，電力的應用已經延展到了世界各地，電力從高電壓的傳輸區域運送到低電壓的居民家中就需要中途經過變電站來進行高電壓到低電壓的轉換，如果沒有變電站，我們就無法正常的用電。變電站的安全問題需要引起我們的重視，當變電站繼電保護裝置失效後，如果電力系統出現了問題，對變電站所管理的整個區域造成的影響和損失是無法估量的。
一、變電站繼電保護裝置失效後的嚴重性
變電站作為電力樞紐，在整個電力傳輸工程中佔據了主導地位，在變電站電力系統出了問題的情況下，如果繼電保護裝置不能夠及時的向工作人員反應情況，很有可能造成電路癱瘓，影響電力傳輸，導致變電站傳輸區域電力受到影響，嚴重的可能會引起爆炸事故，造成大量的經濟和人員損失。
二、數字化變電站繼電保護裝置的應用
為了預防在變電站繼電保護裝置失效後可能會造成的巨大損失，我們可以將變電站升級，建立數字化電力系統，將變電站和繼電保護裝置整個編入程式設定，一旦系統發生故障，且繼電保護裝置沒有任何反應時，數字化電力系統程式就會自動生成錯誤報告，向工作人員發出警告。現在針對數字化變電站繼電保護系統可能會出現問題的情況提出兩種後備措施。
1、保護單元失效的可靠措施
繼電保護裝置失效後，由於數字化程式的執行，變電站的每一層安全系統的變化都會反應到程式中去，程式會通過資訊共享的方式，讓工作人員瞭解到問題的來源。
基於資訊共享，在此提出利用共享後備單元SBPU來實現保護裝置失效的後備。SBPU是一種數字化程式，它能通過採取當前變電站的執行狀態資訊和人工輸入的安全係數做出對比，如果發現有差異，就會立刻將資訊反應給總部。
圖(1)是採用公共後備保護單元的系統結構圖。其中保護單元1～n是變電站自己所配置的保護單元，SBPU是共享後備保護單元。
圖(1)保護單元系統結構圖
如上圖所示，當各個保護單元都正常工作時，SBPU不會採取資料，但是如果發生了故障，當某個單元例如交換機或者合併器失效或者發生電路狀況時，由保護交換機連線著的SBPU就會檢測到該單元所發生的的傳輸數值的變化，並根據下載失效物件的保護定值來採集間隔的資料，自動承擔故障單元的保護工作，並將電路中失效部位的電流資料傳輸給總部。這樣既能做到保護了整個系統的不間斷性，又可以實時將出現的狀況返還給我們。這個方案的流程圖如下圖(2)所示：
圖(2)SBPU方案訊號流切換流程
如圖所示，圖中DS表示檢測訊號，ASS表示啟用SBPU訊號，AMS表示告知過程層裝置資訊換向訊號，DLS表示為保護定值的下載訊號，MS為測量訊號。此方案的好處在於：
1.1通過SBPU程式所形成的.保護網，不必刻意的去對電力系統中每一個程式都嚴格的監控就可以實現保護裝置的作用，能提高保護系統的可靠性，加強保護能力，減少所耗費的能源，特別適合在中小型低壓電網未採用雙重化配置的情況。
1.2變電站繼電保護裝置失效後，不用立刻去現場進行更換裝置，適合於無人監守的變電站。
1.3程式中各個階段訊號的傳播都採用光纖，不需要電纜的連線，工程容易簡單且成本較低。
2、數字互感器失效的可靠措施
數字化的互感器作為數字化變電站的主要特徵，通過應用高科技的感應技術來對資訊進行提取和分析，並以此來實現繼電保護裝置失效後所提供的後備SB，確保在變電器發生故障而繼電保護裝置沒有采取任何反應時可以第一時間將訊息傳遞給總部。根據克西霍夫電流定律：
i1+i2+i3=0
以圖(3)所示為例：
圖(3)系統網路結構圖
在上述克西霍夫電流定律的公式中，i1為支路L1的電流，i2為支路L2的電流，i3為支路L3的電流。因此，不管任一電路發生電路短路或者電路短路故障，都可以通過電流的回量來計算總電流，從而判斷是否存在差錯。這樣同樣意味著，當某一條迴路中互感器發生故障的時候，可以用其他迴路的電流來間接獲取故障迴路中的電流。避免電路短路，導致電壓過高，引發火災，爆炸等事故。
圖(4)是假如迴路2發生故障，感測器失效時，該回路資料可以從其他迴路獲取訊號的流程圖。
圖(4)SB方案訊號流程圖
通過以上圖表，可以看出。如果間隔1的保護單元檢測出該回路中互感器發生故障或者產生異常情況時，則該間隔的保護單元就會立刻向間隔2和間隔3的合併器申請傳送線路L2和L3的電流，通過電流網路獲得相關回路的電流取樣之後用於代替L1的電流。這時候，保護單元1仍然獲得了L1迴路的電流資料，待資料傳輸回來，工作人員即可通過對資料進行分析和處理，對L2迴路做出相應的應對措施和保護措施，數字感測器的應用，也間接的保護了變電站的穩定工作。
綜上所述，這種利用數字化感測器的方法不需要新增硬體裝備，僅僅依靠軟體所指定的程式，利用軟體功能的呼叫和訊號傳遞方向的改變就可以將繼電保護裝置失效後備功能做到成功。
三、“第三道防線”的應用
繼電保護裝置所承載的繼電保護系統是包含斷路器、感測器和繼電器以及相關的線路在內的電力系統的第二道防線，到目前為止，繼電器作為整個系統的重要組成部分，已經從傳統的工藝發展到現在的更為先進的功能。
繼電器的使用，給變電站在安全上和在效益上都創造了不小的成果，繼電器不但具有一種或多種原理的保護功能，而且還能夠對其它的硬體進行資料測量、監控、控制和通訊，是一種智慧電子裝置。
在20世紀80年代，我國為了防止大範圍的停電、電力系統崩潰事故，制定了《電力系統安全穩定守則》，該守則闡述了長時間的電力事故的發生機理和預防措施，規定了為了防止在繼電保護裝置失效後所造成的嚴重損失而應該採取的技術性方式。總稱為變電站保護的“第三道防線”。這是我國電力方面的學者和專家對我國電力技術領域所作出的重大貢獻，“第三道防線”的概念圖如下圖(5)所示：
圖(5)三道防線
該防線的建立主要意義是，在發生電力故障時，繼電保護裝置處於保護電力系統的最前沿，對發生故障的電路或者元件進行準確的控制甚至切除，並儘可能的保證對整條線路的供電，最大限度的防止系統因為某一個電路或者元件故障而造成的系統癱瘓，將系統擾動減小到最大程度，為實施以後的控制措施贏取時間和創造好的系統條件。
當繼電保護裝置失效時，整個保護系統便處於冷卻狀態，此時，便輪到第三道防線，校正控制，通過對繼電保護裝置中繼電器的監測可以瞭解繼電器中是否有電流通過，從而確定繼電器是否處於正常工作狀態，如果發現繼電器發生故障而停止執行，就會將實時情況返還給總部，工作人員即可以立刻進行修復工作，避免大型電力故障的發生。
四、結論
電力系統的癱瘓會對當地區域造成嚴重的經濟和效益上的損失，維持電力系統的安全是當前電力工作者和學者的基本任務也是主要任務，電力的傳輸和變電站的維修工作，都應該得到當前相關電力部門的重視，不可存在僥倖心理。繼電保護裝置失效後備措施的出現，在一定程度上避免了此類電力事故的發生，數字化變電站中保護單元和感測器的應用以及第三道防線的建立都對我國電力安全工程有很大的影響，希望相關部門能夠對電力安全和繼電保護裝置失效後備措施重視起來，讓電力系統執行的更加安全。
參考文獻：
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