電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

胡宇光

摘要：本文主要講述了我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的實(shí)際情況，提出了未來繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用前景，以網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)、圖像顯示、通信、自動(dòng)控制理論為主要技術(shù)，微處理器和計(jì)算機(jī)是未來繼電保護(hù)技術(shù)的核心，網(wǎng)絡(luò)化、一體化以及智能化是未來繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)正在逐步向高層次科學(xué)領(lǐng)域前行。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)技術(shù)；微處理器；計(jì)算機(jī)

1 繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)建國(guó)初期時(shí)，科學(xué)與工業(yè)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際平均水平，盡管如此，我國(guó)的工業(yè)經(jīng)過不懈的努力還是取得了驚人的成績(jī)，繼電保護(hù)技術(shù)研發(fā)進(jìn)展得非常迅速。

在1990年左右，我國(guó)的繼電保護(hù)技術(shù)的研發(fā)主要集中在集成電路的保護(hù)上。不同機(jī)型、不同原理的主設(shè)備保護(hù)、微機(jī)線路各有千秋，微機(jī)保護(hù)裝置取得了重大的研究突破，一批新一代功能齊全、性能優(yōu)良、工作可靠的繼電保護(hù)裝置應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用，新的現(xiàn)代控制原理被廣泛應(yīng)用到微機(jī)繼電保護(hù)中來，從而將微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展推向了更高的層面；目前，繼電保護(hù)技術(shù)主要向計(jì)算機(jī)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化以及智能化等趨勢(shì)發(fā)展。

2 繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 數(shù)字化

隨著電力系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展及進(jìn)步，微機(jī)保護(hù)技術(shù)也受到了很大的挑戰(zhàn)，微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)需要滿足電力技術(shù)進(jìn)步提出的更高要求，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有快速的數(shù)據(jù)處理功能、大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間以及強(qiáng)大的通信能力。類似DigiProII、Protech、WisPRO等數(shù)字化綜合保護(hù)及自動(dòng)裝置，均提供了保護(hù)、測(cè)量、控制及監(jiān)視輸電線路、電容器、變壓器、電動(dòng)機(jī)等主設(shè)備的功能，通過規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)總線接口實(shí)現(xiàn)了后臺(tái)信息共享和綜合系統(tǒng)管理，可以多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作。此方面的技術(shù)代表了未來發(fā)展方向，包括了以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）豐富的自檢功能，使裝置的工作情況能夠被運(yùn)行管理人員準(zhǔn)確地把握?？梢宰龅奖O(jiān)視操作回路，存儲(chǔ)元件，整定參數(shù)，測(cè)量回路等情況的異常。

（2）強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力。采用超大規(guī)模集成電路芯片（VLSI）和高性能數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。

（3）故障查詢和分析簡(jiǎn)易化，能夠記錄故障時(shí)間、故障峰值、故障類型。

（4）模擬量通道精度高，測(cè)量響應(yīng)迅速。

（5）故障錄波通道的啟動(dòng)條件可選。故障時(shí)的電流和電壓波形均可記錄，記錄量大。

（6）豐富的通信接口，除傳輸正常數(shù)據(jù)之外，還可傳輸物理數(shù)據(jù)塊、實(shí)時(shí)波形等，增強(qiáng)的通信協(xié)議。

（7）抗干擾性好，主要信號(hào)回路配有電磁干擾吸收元件，適用于惡劣的電磁環(huán)境，裝置具備了優(yōu)良的電磁兼容特性。

（8）權(quán)限管理可分為的工程級(jí)—調(diào)試級(jí)—用戶級(jí)三級(jí)編程模式，元件參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)方均可設(shè)定。

綜上，繼電保護(hù)裝置的未來發(fā)展趨勢(shì)是計(jì)算機(jī)化、微機(jī)化?？墒窃鯓尤〉酶蟮慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求還需要進(jìn)一步的分析。

2.2 多功能一體化

電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)都可以由保護(hù)裝置從網(wǎng)上獲取，網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一個(gè)終端都可接收到它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)。所以，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不僅要具備繼電保護(hù)功能，還可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化，也可以在無故障正常運(yùn)行情況下完成控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信功能。它是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)多功能終端，也可以說實(shí)際上就是一臺(tái)多功能、高性能的計(jì)算機(jī)。比如變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的JCS（Joint Collaboration Services）綜合保護(hù)系統(tǒng)可以集測(cè)量、保護(hù)、通信、控制、數(shù)據(jù)采集、故障錄波及分析、報(bào)警及處理、調(diào)度等功能為一體。該系統(tǒng)有效結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、繼電保護(hù)技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。系統(tǒng)具有非常靈活的配置方式。分層分布式結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)在總體上所采用的結(jié)構(gòu)，主要由數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、主站系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、子站系統(tǒng)等構(gòu)成。地理跨度站信息管理系統(tǒng)可由多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接方式構(gòu)成。Linux或MS—Windows是系統(tǒng)的軟件的主要構(gòu)成，Visual C++等為其編程語(yǔ)言，結(jié)合模塊化、開放性、安全性、標(biāo)準(zhǔn)化、易維護(hù)性等原則并按照 SQLServer數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成，使系統(tǒng)工作簡(jiǎn)便，性能強(qiáng)勁，可以靈活的開展，能夠穩(wěn)定地運(yùn)作。具有動(dòng)態(tài)的單元組態(tài)和圖元組態(tài)功能；與其他廠家的智能設(shè)備或自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)；用戶可快速地掌握軟件操作，良好的人機(jī)界面，嚴(yán)格、靈活的權(quán)限管理，工作起來簡(jiǎn)單便捷。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化

保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化是未來的趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)化可以自動(dòng)化采集并傳輸設(shè)備的各種信息，增強(qiáng)系統(tǒng)的便捷化及智能化，因此其應(yīng)用范圍極廣。靈活運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以保障裝置產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化。一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)、管理和經(jīng)營(yíng)等各方面全都離不開網(wǎng)絡(luò)化，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）將是控制系統(tǒng)的主要組成因素。保護(hù)裝置利用光纖、PLC及互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)異地瀏覽和交換信息，網(wǎng)絡(luò)化能幫助用戶進(jìn)行及時(shí)的反饋故障信息，對(duì)于保護(hù)裝置的問題進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，對(duì)軟件進(jìn)行更新等工作，能直接與異地用戶交流。在河北西合營(yíng)500kV升壓站中，采用應(yīng)用了智能網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的繼電保護(hù)設(shè)備，可以直接在遠(yuǎn)方利用調(diào)度平臺(tái)后臺(tái)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，這樣不僅及時(shí)了解電力系統(tǒng)線路的運(yùn)行情況，同時(shí)幫助運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)線路上出現(xiàn)的故障及異?，F(xiàn)象，如短路或接地等情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，從而及時(shí)進(jìn)行停電檢修、維護(hù)工作。同時(shí)，該成熟的應(yīng)用系統(tǒng)，還能夠?qū)崿F(xiàn)繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方控制，例如修改定值投退重合閘及安穩(wěn)裝置等，使得工作效率大大提升。目前全世界都在研究新型的網(wǎng)絡(luò)化、智能化保護(hù)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)化可以極大地加強(qiáng)微機(jī)保護(hù)裝置的便捷性和穩(wěn)定性。

2.4 智能化

人工智能技術(shù)和微處理器的進(jìn)步與使用極大地促進(jìn)了繼電保護(hù)產(chǎn)品智能化。繼電保護(hù)產(chǎn)品由于微電子技術(shù)的進(jìn)步可以進(jìn)一步與微控制器、微處理器、DSP芯片級(jí)嵌入式系統(tǒng)和嵌入式軟件相結(jié)合，數(shù)字化儀器儀表得以實(shí)現(xiàn)，不斷加強(qiáng)其智能化進(jìn)步。

目前現(xiàn)代繼電保護(hù)產(chǎn)品中人機(jī)交互、多媒體技術(shù)、人工神經(jīng)元、模糊控制網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。尤其是近年來電力系統(tǒng)中逐漸應(yīng)用的模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波理論、遺傳算法以及專家系統(tǒng)等，這都是智能化發(fā)展的標(biāo)志，不但提高了電力系統(tǒng)的智能化水平，同時(shí)推動(dòng)了繼電保護(hù)的智能化發(fā)展，使得智能繼電保護(hù)產(chǎn)品在測(cè)量速度、靈敏度、精確度、性能價(jià)格比和自動(dòng)化程度等方面都具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。此類系列智能保護(hù)裝置，可以控制、保護(hù)與監(jiān)視線路、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容器等回路及主設(shè)備。單元化的設(shè)計(jì)使其可集中組屏，也能方便地配備于一次設(shè)備（高壓開關(guān)柜等）。多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作得到了規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)總線接口支持，實(shí)現(xiàn)綜合信息共享和系統(tǒng)級(jí)管理。此系列智能保護(hù)裝置的特點(diǎn)為：運(yùn)用精煉的硬件設(shè)計(jì)，采用超大規(guī)模集成電路芯片和高性能處理器，裝置復(fù)雜程度得以減輕；使本裝置保護(hù)功能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。減少了現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，可自動(dòng)將測(cè)量值全部換算成一次值。抑制噪聲與偏移能夠通過改進(jìn)的測(cè)量算法得到減輕。與其他設(shè)備的聯(lián)鎖和閉鎖可以實(shí)現(xiàn)，故障類型、故障時(shí)間、故障峰值的保護(hù)動(dòng)作事件可以獲得記錄，便于故障分析。可靈活地運(yùn)行于各種工況；并且裝置無論是連接在模擬信號(hào)屏環(huán)境下，還是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，大量的現(xiàn)場(chǎng)信息均可顯示。在不遠(yuǎn)的將來，繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)廣泛采用人工智能技術(shù)處理各種難題。

3 結(jié)語(yǔ)

繼電保護(hù)技術(shù)這種以網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)、圖像顯示、通信、自動(dòng)控制理論作為關(guān)鍵技術(shù)，以計(jì)算機(jī)和微處理器作為核心技術(shù)目前已經(jīng)在向智能化等更深的研究方向發(fā)展，雖然面向市場(chǎng)投入還有許多困難待解決，而且需要比較長(zhǎng)的一段時(shí)間，但對(duì)于我國(guó)電力繼電保護(hù)技術(shù)的未來發(fā)展具有著深遠(yuǎn)及重要的意義；此外，不斷發(fā)展的繼保技術(shù)，對(duì)我們電力系統(tǒng)相關(guān)工作人員提出了更高的要求，需要不斷提高自身的知識(shí)和業(yè)務(wù)水平，從而滿足電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱云龍.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)淺析[J].科研，2015（17）：28.

[2]范洪偉.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)探析[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2015（1）：339.

[3]張健康.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].裝備制造技術(shù)，2011（2）：109110.