淺析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展

王少軍　王玉強(qiáng)　陳　晨　范　楊

【摘 要】 我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。其發(fā)展將出現(xiàn)原理突破和應(yīng)用革命，由數(shù)字時(shí)代跨入信息化時(shí)代。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功能更全、智能化水平更高、系統(tǒng)更完善的超高壓變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，必將在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中不斷涌現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】 繼電保護(hù)；技術(shù)發(fā)展；趨勢(shì)

一、繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀

繼電保護(hù)技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，它與電力系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行可靠性要求的不斷提高密切相關(guān)。建國(guó)后，我國(guó)繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無(wú)到有，在大約10年的時(shí)間里走過(guò)了先進(jìn)國(guó)家半個(gè)世紀(jì)走過(guò)的道路。50年代，我國(guó)工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國(guó)外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)，建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)全國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長(zhǎng)起了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國(guó)外先進(jìn)的繼電器制造技術(shù)，建立了我國(guó)自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國(guó)已建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系。這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代，為我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

國(guó)內(nèi)微機(jī)保護(hù)的研究開始于70年代末期，起步較晚，但發(fā)展很快。1984年我國(guó)第一套微機(jī)距離保護(hù)樣機(jī)在試運(yùn)行后通過(guò)鑒定并批量生產(chǎn)，以后每年都有新產(chǎn)品問(wèn)世；1990年第二代微機(jī)線路保護(hù)裝置正式投入運(yùn)行。目前，高壓線路、低壓網(wǎng)絡(luò)、各種主電氣設(shè)備都有相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)裝置在系統(tǒng)中運(yùn)行，特別是線路保護(hù)已形成系列產(chǎn)品，并得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)在2000年220kV及以上系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)率為43．99％，線路微機(jī)保護(hù)占86％，到2003年底，220kV以上系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)已占到70．29％，線路的微機(jī)化率達(dá)到97．6％。實(shí)際運(yùn)行中，微機(jī)保護(hù)的正確動(dòng)作率要明顯高于其他保護(hù)，一般比平均正常動(dòng)作率高0．2～0．3個(gè)百分點(diǎn)。國(guó)產(chǎn)微機(jī)保護(hù)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際運(yùn)行，依靠先進(jìn)的原理和技術(shù)及良好的工藝已全面超越進(jìn)口保護(hù)。從80年代220KV及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)全部采用進(jìn)口保護(hù)，到現(xiàn)在220KV系統(tǒng)繼電保護(hù)基本國(guó)產(chǎn)化，反映了繼電保護(hù)技術(shù)在我國(guó)的長(zhǎng)足發(fā)展和國(guó)產(chǎn)繼電保護(hù)設(shè)備的明顯優(yōu)勢(shì)。

微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的成熟與發(fā)展是近三十年來(lái)繼電保護(hù)領(lǐng)域最顯著的進(jìn)展。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐，現(xiàn)在人們已普遍認(rèn)可了微機(jī)保護(hù)在電網(wǎng)中無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)保護(hù)具有自檢功能，有強(qiáng)大的邏輯處理能力、數(shù)值計(jì)算能力和記憶能力，并且具備很強(qiáng)的數(shù)字通信能力，這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，更高性能、更高精度的

數(shù)字外圍器件的采用，一直是微機(jī)繼電保護(hù)不斷發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。

二、繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。

1、 智能化

近年來(lái)，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問(wèn)題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的短路就是一非線性問(wèn)題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過(guò)大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問(wèn)題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)的一些研究工作也轉(zhuǎn)向人工智能的研究。專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和模糊控制理論逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，為繼電保護(hù)的發(fā)展注入了活力。

2、 自適應(yīng)控制技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

自適應(yīng)繼電保護(hù)的概念始于20世紀(jì)80年代，它可定義為能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或定值的新型繼電保護(hù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使保護(hù)能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。這種新型保護(hù)原理的出現(xiàn)引起了人們的極大關(guān)注和興趣，是微機(jī)保護(hù)具有生命力和不斷發(fā)展的重要內(nèi)容。自適應(yīng)繼電保護(hù)具有改善系統(tǒng)的響應(yīng)、增強(qiáng)可靠性和提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)，在輸電線路的距離保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、自動(dòng)重合閘等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。針對(duì)電力系統(tǒng)頻率變化的影響、單相接地短路時(shí)過(guò)渡電阻的影響、電力系統(tǒng)振蕩的影響以及故障發(fā)生問(wèn)題，采用自適應(yīng)控制技術(shù)，從而提高保護(hù)的性能。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。

3、變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護(hù)和計(jì)量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)

高壓、超高壓變電站正面臨著一場(chǎng)技術(shù)創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化的緊密結(jié)合，它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠(yuǎn)方控制與信息共享。以遠(yuǎn)方終端單元（RTU）、微機(jī)保護(hù)裝置為核心，將變電所的控制、信號(hào)、測(cè)量、計(jì)費(fèi)等回路納入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護(hù)屏，能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資，提高二次系統(tǒng)的可靠性。目前，為了測(cè)量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾。現(xiàn)在光電流互感器（OTA）和光電壓互感器（OTV）已在研究試驗(yàn)階段，將來(lái)必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用OTA和OTV的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距OTA和OTV最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近。OTA和OTV的光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測(cè)量量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992年天津大學(xué)提出了保護(hù)、控制、測(cè)量、通信一體化問(wèn)題，并研制了以TMS320C25數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。

三、結(jié)論

我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。其發(fā)展將出現(xiàn)原理突破和應(yīng)用革命，由數(shù)字時(shí)代跨入信息化時(shí)代，發(fā)展到一個(gè)新的水平?？傮w來(lái)說(shuō)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)各專業(yè)界限和設(shè)備劃分原則，改變了常規(guī)保護(hù)裝置不能與調(diào)度（控制）中心通信的缺陷，給變電所自動(dòng)化賦予了更新的含義和內(nèi)容，代表了變電所自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一種潮流。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功能更全、智能化水平更高、系統(tǒng)更完善的超高壓變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，必將在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中不斷涌現(xiàn)，把電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提高到一個(gè)新的水平。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ 張國(guó)峰，梁文麗，李玉龍；電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展［J］；中國(guó)科技信息；2005．