淺談電力系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展

楊愷晉 程曉君

【摘 ?要】繼電保護是電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)體系中的重要環(huán)節(jié)。繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性與其采用的設計原理，配置和整定密切相關?；仡櫸覈娏ο到y(tǒng)的繼電保護的發(fā)展過程，可以看到繼電保護技術發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，繼電保護整定計算的技術難度和工作量隨著單利系統(tǒng)科技的不斷進步日趨復雜。往常主要是依靠人工并且輔以專用計算工具進行整定計算的方法。通過分析了我國電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，在基于計算機化的技術改善模式的情況下，探討了我國電力系統(tǒng)保護在適應智能電網(wǎng)的情況下發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】電網(wǎng)系統(tǒng);繼電保護;發(fā)展趨勢

1繼電保護的基本概念

繼電保護是對運行中電力系統(tǒng)的設備和線路，在一定范圍內(nèi)經(jīng)常監(jiān)測有無發(fā)生異?；蚴鹿是闆r，并能發(fā)出跳閘命令或信號的自動裝置。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件使之免遭損害，所以沿稱繼電保護。電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務是：當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi)自動將故障設備從系統(tǒng)中切除，或者給出信號由值班人員消除異常工況的根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響可靠性是指一個元件、設備或系統(tǒng)在預定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力、可靠性工程涉及到元件失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和處理，系統(tǒng)可靠性的定量評定，運行維護，可靠性和經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)等各方面。

2繼電保護現(xiàn)狀

現(xiàn)階段各種主電氣設備、低高壓線路都有相對應的微機保護裝置對其進行保護，特別是線路保護已形成系列產(chǎn)品，并得到廣泛應用。在實際的工作生活中微機保護是比較高的，遠遠高于其他的各種保護措施。目前對于220KV的繼電保護裝置已經(jīng)基本是國產(chǎn)的，我國繼電保護技術發(fā)展非常迅速，國產(chǎn)的繼電器優(yōu)勢方面非常明顯。

3 我國繼電保護的發(fā)展歷史

隨著科學技術的發(fā)展和電力系統(tǒng)日益的完善，對繼電保護提出了更多的要求，再加上計算機技術和通訊技術的飛速進步，給繼電保護不斷注入新的活力，因此，伴隨著時代的進步，繼電保護技術日趨成熟，日益完善。在40余年的時間里完成了4個發(fā)展的歷史階段。

建國后，我國逐步開展了繼電保護科學、繼電保護規(guī)劃、繼電器制造產(chǎn)業(yè)和繼電保護技術隊伍等方面的研究，50年代，一支具有深厚的繼電保護理論知識和豐富操作經(jīng)驗繼電保護技術隊伍在我國成立了，憑借著相關技術科研人員的創(chuàng)新型吸收、消化、領悟國外先進繼電保護設備的性能和運行技術。在60年代中我國已經(jīng)建立成了繼電保護研究，獨立研制并生產(chǎn)了第一套高壓電網(wǎng)復雜保護，即整流型距離保護，這是電磁式繼電保護起步的關鍵時代，為日后繼電保護技術在我國飛速的發(fā)展奠定了扎實的基礎，從70年代末即已開始了計算機繼電保護研究，我國慢慢開始廣泛采用晶體管型保護。80年代末集成電路的保護已有獨自完整的體系，并慢慢的取代晶體管保護。集成電路保護時代一直到90年代初，集成電路保護的研究、生產(chǎn)、運用此時此刻仍處于主導位。1984年微機線路保護通過鑒定并獲得應用，此后，不同原理、不同種類的微機保護相繼研制生產(chǎn)，取得了引人注目的成果，到90年代，我國繼電保護技術已完全進入微機保護數(shù)字式時代。國內(nèi)的電力系統(tǒng)大部分用的是交流電發(fā)展至今，特點是投資少、技術要求低，變壓后可直接接入負荷。

4 電力系統(tǒng)繼電保護發(fā)展趨勢

4.1 計算機化

按照著名的摩爾定律，芯片上的集成度每隔18―24個月翻一番。其結果是不僅計算機硬件的性能成倍增加，價格也在迅速降低。微處理機的發(fā)展主要體現(xiàn)在單片化及相關功能的極大增強，片內(nèi)硬件資源得到很大擴充，單片機與DSP芯片二者技術上的融合，運算能力的顯著提高以及嵌入式網(wǎng)絡通信芯片的出現(xiàn)及應用等方面。這些發(fā)展使硬件設計更加方便，高性價比使冗余設計成為可能，為實現(xiàn)靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創(chuàng)造了條件。

我國在2000年220kV及以上系統(tǒng)的微機保護率為43.99%，線路微機保護占86%，到2003年底，220kV以上系統(tǒng)的微機保護已占到70.29%，線路的微機化率達到97.6%。實際運行中，微機保護的正確動作率要明顯高于其他保護，一般比平均正常動作率高0.2―0.3個百分點。

繼電保護裝置的計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護基本功能外，還應具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強大的通信功能，與其他保護、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以供享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡資源的能力、高級語言編程等。

4.2 網(wǎng)絡化

網(wǎng)絡保護是計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術和微機保護相結合的產(chǎn)物，通過計算機網(wǎng)絡來實現(xiàn)各種保護功能，如線路保護、變壓器保護、母線保護等。網(wǎng)絡保護的最大好處是數(shù)據(jù)共享，可實現(xiàn)本來由高頻保護、光纖保護才能實現(xiàn)的縱聯(lián)保護。另外，由于分站保護系統(tǒng)采集了該站所有斷路器的電流量、母線電壓量，所以很容易就可實現(xiàn)母線保護，而不需要另外的母線保護裝置。

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡型繼電保護是一種新型的繼電保護，是微機保護技術發(fā)展的必然趨勢。它建立在計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術以及微機保護技術發(fā)展的基礎上。網(wǎng)絡保護系統(tǒng)中網(wǎng)省級、省市級和市級主干網(wǎng)絡拓撲結構，以及分站系統(tǒng)拓撲結構均可采用簡單、可靠的總線結構、星形結構、環(huán)形結構等。分站保護系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡保護系統(tǒng)中是最重要的一個環(huán)節(jié)。分站保護系統(tǒng)有2種模式：一是利用現(xiàn)有微機保護;另一個是組建新系統(tǒng)，各種保護功能完全由分站系統(tǒng)保護管理機實現(xiàn)。由于繼電保護在電網(wǎng)中的重要性，必須采取有針對性的網(wǎng)絡安全控制策略，以確保網(wǎng)絡保護系統(tǒng)的安全。

4.3 智能化

隨著計算機技術的飛速發(fā)展及計算機在電力系統(tǒng)繼電保護領域中的普遍應用，新的控制原理和方法不斷被應用于計算機繼電保護中，近年來人工智能技術如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、模糊邏輯、小波理論等在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用，從而使繼電保護的研究向更高的層次發(fā)展，出現(xiàn)了引人注目的新趨勢。例如電力系統(tǒng)繼電保護領域內(nèi)出現(xiàn)了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）來實現(xiàn)故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設備保護等。在輸電線兩側系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動;如果用神經(jīng)網(wǎng)絡方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。

4.4 綜合自動化

現(xiàn)代計算機技術、通信技術和網(wǎng)絡技術為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護和計量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術創(chuàng)新。實現(xiàn)繼電保護和綜合自動化的緊密結合，它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元（RTU）、微機保護裝置為核心，將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護屏，能夠降低變電所的占地面積和設備投資，提高二次系統(tǒng)的可靠性。

綜合自動化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)各專業(yè)界限和設備劃分原則，改變了常規(guī)保護裝置不能與調(diào)度（控制）中心通信的缺陷，給變電所自動化賦予了更新的含義和內(nèi)容，代表了變電所自動化技術發(fā)展的一種潮流。隨著科學技術的發(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化系統(tǒng)，必將在中國電網(wǎng)建設中不斷涌現(xiàn)，把電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提高到一個新的水平。

5 結束語

智能電網(wǎng)的建設并不是簡單的事情，智能電網(wǎng)的發(fā)展將影響到我國的各項經(jīng)濟發(fā)展，隨著我國社會和經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及全國聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的實施，為了達到保護、測量和控制的需要，室外變電站的所有設備的發(fā)展戰(zhàn)略體得到一個新的高度，改進繼電保護系統(tǒng)的裝置，以確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運行以及促使國民經(jīng)濟長期快速的穩(wěn)定增長，這是一項艱難的任務，同時也是我國的經(jīng)濟的發(fā)展一個機遇。

參考文獻：

[1]李青云，電力系統(tǒng)繼電保護技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究[J]，硅谷，2010（5）

[2]顧毅華電力系統(tǒng)繼電保護技術的發(fā)展和前景[J]，硅谷，2009（9）

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）