電力系統繼電保護技術之現狀與發展

【摘要】　回顧了我國電力系統繼電保護技術發展之過程，概述了微機繼電保護技術之成就，提出了未來繼電保護技術發展之趨勢是：計算機化，網絡化，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化。陽光電子學校維修專家分析認為：
【關鍵詞】　繼電保護　現狀　發展

1　繼電保護發展現狀

　　電力系統之飛速發展對繼電保護不斷提出新之要求，電子技術、計算機技術與通信技術之飛速發展又為繼電保護技術之發展不斷地注入了新之活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年之時間里完成了發展之4個歷史階段。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10年之時間里走過了先進國家半個世紀走過之道路。陽光電子學校維修專家分析認為：50年代，我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進之繼電保護設備性能和運行技術^［1］，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗之繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍之建立和成長起了指導作用。陽光電子學校維修專家分析認為：阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進之繼電器制造技術，建立了我國自己之繼電器制造業。陽光電子學校維修專家分析認為：因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學之完整體系。陽光電子學校維修專家分析認為：這是機電式繼電保護繁榮之時代，為我國繼電保護技術之發展奠定了堅實基礎。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　自50年代末，晶體管繼電保護已在開始研究。陽光電子學校維修專家分析認為：60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用之時代。陽光電子學校維修專家分析認為：其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究之500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制之晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500 kV線路上^［2］，結束了500kV線路保護完全依靠從國外進口之時代。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器之集成電路保護已開始研究。陽光電子學校維修專家分析認為：到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。陽光電子學校維修專家分析認為：到90年代初集成電路保護之研制、生產、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。陽光電子學校維修專家分析認為：在這方面南京電力自動化研究院研制之集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用^［3］，天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制之集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kV和500kV線路上運行。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護之研究^［4］，高等院校和科研院所起著先導之作用。陽光電子學校維修專家分析認為：華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式之微機保護裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：1984年原華北電力學院研制之輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統中獲得應用^［5］，揭開了我國繼電保護發展史上新之一頁，為微機保護之推廣開辟了道路。陽光電子學校維修專家分析認為：在主設備保護方面，東南大學和華中理工大學研制之發電機失磁保護、發電機保護和發電機?變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運行。陽光電子學校維修專家分析認為：南京電力自動化研究院研制之微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。陽光電子學校維修專家分析認為：天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制之微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制之正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。陽光電子學校維修專家分析認為：至此，不同原理、不同機型之微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統提供了一批新一代性能優良、功能齊全、工作可靠之繼電保護裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：隨著微機保護裝置之研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。陽光電子學校維修專家分析認為：可以說從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護之時代。陽光電子學校維修專家分析認為：

2　繼電保護之未來發展

　　繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發展。陽光電子學校維修專家分析認為：

2.1　計算機化
　　隨著計算機硬件之迅猛發展，微機保護硬件也在不斷發展。陽光電子學校維修專家分析認為：原華北電力學院研制之微機線路保護硬件已經歷了3個發展階段：從8位單CPU結構之微機保護問世，不到5年時間就發展到多CPU結構，后又發展到總線不出模塊之大模塊結構，性能大大提高，得到了廣泛應用。陽光電子學校維修專家分析認為：華中理工大學研制之微機保護也是從8位CPU，發展到以工控機核心部分為基礎之32位微機保護。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　南京電力自動化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎之微機線路保護，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護硬件系統。陽光電子學校維修專家分析認為：東南大學研制之微機主設備保護之硬件也經過了多次改進和提高。陽光電子學校維修專家分析認為：天津大學一開始即研制以16位多CPU為基礎之微機線路保護，1988年即開始研究以32位數字信號處理器(DSP)為基礎之保護、控制、測量一體化微機裝置，目前已與珠海晉電自動化設備公司合作研制成一種功能齊全之32位大模塊，一個模塊就是一個小型計算機。陽光電子學校維修專家分析認為：采用32位微機芯片并非只著眼于精度，因為精度受A/D轉換器分辨率之限制，超過16位時在轉換速度和成本方面都是難以接受之；更重要之是32位微機芯片具有很高之集成度，很高之工作頻率和計算速度，很大之尋址空間，豐富之指令系統和較多之輸入輸出口。陽光電子學校維修專家分析認為：CPU之寄存器、數據總線、地址總線都是32位之，具有存儲器管理功能、存儲器保護功能和任務轉換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點數部件都集成在CPU內。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　電力系統對微機保護之要求不斷提高，除了保護之基本功能外，還應具有大容量故障信息和數據之長期存放空間，快速之數據處理功能，強大之通信能力，與其它保護、控制裝置和調度聯網以共享全系統數據、信息和網絡資源之能力，高級語言編程等。陽光電子學校維修專家分析認為：這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機之功能。陽光電子學校維修專家分析認為：在計算機保護發展初期，曾設想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設想是不現實之。陽光電子學校維修專家分析認為：現在，同微機保護裝置大小相似之工控機之功能、速度、存儲容量大大超過了當年之小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護之時機已經成熟，這將是微機保護之發展方向之一。陽光電子學校維修專家分析認為：天津大學已研制成用同微機保護裝置結構完全相同之一種工控機加以改造作成之繼電保護裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：這種裝置之優點有：(1)具有486PC機之全部功能，能滿足對當前和未來微機保護之各種功能要求。陽光電子學校維修專家分析認為：(2)尺寸和結構與目前之微機保護裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，可運行于非常惡劣之工作環境，成本可接受。陽光電子學校維修專家分析認為：(3)采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，對于不同之保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　繼電保護裝置之微機化、計算機化是不可逆轉之發展趨勢。陽光電子學校維修專家分析認為：但對如何更好地滿足電力系統要求，如何進一步提高繼電保護之可靠性，如何取得更大之經濟效益和社會效益，尚須進行具體深入之研究。陽光電子學校維修專家分析認為：

2.2　網絡化
　　計算機網絡作為信息和數據通信工具已成為信息時代之技術支柱，使人類生產和社會生活之面貌發生了根本變化。陽光電子學校維修專家分析認為：它深刻影響著各個工業領域，也為各個工業領域提供了強有力之通信手段。陽光電子學校維修專家分析認為：到目前為止，除了差動保護和縱聯保護外，所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處之電氣量。陽光電子學校維修專家分析認為：繼電保護之作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。陽光電子學校維修專家分析認為：這主要是由于缺乏強有力之數據通信手段。陽光電子學校維修專家分析認為：國外早已提出過系統保護之概念，這在當時主要指安全自動裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：因繼電保護之作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務)，還要保證全系統之安全穩定運行。陽光電子學校維修專家分析認為：這就要求每個保護單元都能共享全系統之運行和故障信息之數據，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據之基礎上協調動作，確保系統之安全穩定運行。陽光電子學校維修專家分析認為：顯然，實現這種系統保護之基本條件是將全系統各主要設備之保護裝置用計算機網絡聯接起來，亦即實現微機保護裝置之網絡化。陽光電子學校維修專家分析認為：這在當前之技術條件下是完全湖南陽光電子學校維修專家認為：也許之。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　對于一般之非系統保護，實現保護裝置之計算機聯網也有很大之好處。陽光電子學校維修專家分析認為：繼電保護裝置能夠得到之系統故障信息愈多，則對故障性質、故障位置之判斷和故障距離之檢測愈準確。陽光電子學校維修專家分析認為：對自適應保護原理之研究已經過很長之時間，也取得了一定之成果，但要真正實現保護對系統運行方式和故障狀態之自適應，必須獲得更多之系統運行和故障信息，只有實現保護之計算機網絡化，才能做到這一點。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　對于某些保護裝置實現計算機聯網，也能提高保護之可靠性。陽光電子學校維修專家分析認為：天津大學1993年針對未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護之原理^［6］，初步研制成功了這種裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：其原理是將傳統之集中式母線保護分散成若干個(與被保護母線之回路數相同)母線保護單元，分散裝設在各回路保護屏上，各保護單元用計算機網絡聯接起來，每個保護單元只輸入本回路之電流量，將其轉換成數字量后，通過計算機網絡傳送給其它所有回路之保護單元，各保護單元根據本回路之電流量和從計算機網絡上獲得之其它所有回路之電流量，進行母線差動保護之計算，如果計算結果證明是母線內部故障則只跳開本回路斷路器，將故障之母線隔離。陽光電子學校維修專家分析認為：在母線區外故障時，各保護單元都計算為外部故障均不動作。陽光電子學校維修專家分析認為：這種用計算機網絡實現之分布式母線保護原理，比傳統之集中式母線保護原理有較高之可靠性。陽光電子學校維修專家分析認為：因為如果一個保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動時，只能錯誤地跳開本回路，不會造成使母線整個被切除之惡性事故，這對于象三峽電站具有超高壓母線之系統樞紐非常重要。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　由上述可知，微機保護裝置網絡化可大大提高保護性能和可靠性，這是微機保護發展之必然趨勢。陽光電子學校維修專家分析認為：

2.3　保護、控制、測量、數據通信一體化
　　在實現繼電保護之計算機化和網絡化之條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能之計算機，是整個電力系統計算機網絡上之一個智能終端。陽光電子學校維修專家分析認為：它可從網上獲取電力系統運行和故障之任何信息和數據，也可將它所獲得之被保護元件之任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能，亦即實現保護、控制、測量、數據通信一體化。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　目前，為了測量、保護和控制之需要，室外變電站之所有設備，如變壓器、線路等之二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。陽光電子學校維修專家分析認為：所敷設之大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復雜。陽光電子學校維修專家分析認為：但是如果將上述之保護、控制、測量、數據通信一體化之計算機裝置，就地安裝在室外變電站之被保護設備旁，將被保護設備之電壓、電流量在此裝置內轉換成數字量后，通過計算機網絡送到主控室，則可免除大量之控制電纜。陽光電子學校維修專家分析認為：如果用光纖作為網絡之傳輸介質，還可免除電磁干擾。陽光電子學校維修專家分析認為：現在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗階段，將來必然在電力系統中得到應用。陽光電子學校維修專家分析認為：在采用OTA和OTV之情況下，保護裝置應放在距OTA和OTV 近之地方，亦即應放在被保護設備附近。陽光電子學校維修專家分析認為：OTA和OTV之光信號輸入到此一體化裝置中并轉換成電信號后，一方面用作保護之計算判斷；另一方面作為測量量，通過網絡送到主控室。陽光電子學校維修專家分析認為：從主控室通過網絡可將對被保護設備之操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執行斷路器之操作。陽光電子學校維修專家分析認為：1992年天津大學提出了保護、控制、測量、通信一體化問題，并研制了以TMS320C25數字信號處理器(DSP)為基礎之一個保護、控制、測量、數據通信一體化裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：

2.4　智能化
　　近年來，人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用，在繼電保護領域應用之研究也已開始^［7］。陽光電子學校維修專家分析認為：神經網絡是一種非線性映射之方法，很多難以列出方程式或難以求解之復雜之非線性問題，應用神經網絡方法則可迎刃而解。陽光電子學校維修專家分析認為：例如在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經過渡電阻之短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置之判別，從而造成誤動或拒動；如果用神經網絡方法，經過大量故障樣本之訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發生任何故障時都可正確判別。陽光電子學校維修專家分析認為：其它如遺傳算法、進化規劃等也都有其獨特之求解復雜問題之能力。陽光電子學校維修專家分析認為：將這些人工智能方法適當結合可使求解速度更快。陽光電子學校維修專家分析認為：天津大學從1996年起進行神經網絡式繼電保護之研究，已取得初步成果^［8］。陽光電子學校維修專家分析認為：可以預見，人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用，以解決用常規方法難以解決之問題。陽光電子學校維修專家分析認為：

3　結束語

　　建國以來，我國電力系統繼電保護技術經歷了4個時代。陽光電子學校維修專家分析認為：隨著電力系統之高速發展和計算機技術、通信技術之進步，繼電保護技術面臨著進一步發展之趨勢。陽光電子學校維修專家分析認為：國內外繼電保護技術發展之趨勢為：計算機化，網絡化，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化，這對繼電保護工作者提出了艱巨之任務，也開辟了活動之廣闊天地。陽光電子學校維修專家分析認為：

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