電力系統繼電保護技術的發展歷程和前景

摘要:電力作為當今社會的主要能源，對國民經濟的發展和人民生活水平的提高起著極其重要的作用。電力系統的飛速發展對電力系統的繼電保護不斷提出新的要求。近年來，電子技術及計算機通信技術的飛速發展為繼電保護技術的發展注入了新的活力。本文概述了微機繼電保護技術的成就，提出了未來繼電保護技術發展的趨勢。

關鍵詞:繼電保護 現狀 發展

1 繼電保護發展現狀

繼電保護技術是隨著電力系統的發展而發展的，它與電力系統對運行可靠性要求的不斷提高密切相關。50年代，我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術，建立了我國自己的繼電器制造業。因而60年代是我國機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。

我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導的作用，相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原東北電力學院研制的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，揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面，關于發電機失磁保護、發電機保護和發電機-變壓器組保護、微機線路保護裝置、微機相電壓補償方式高頻保護、正序故障分量方向高頻保護等也相繼通過鑒定，至此，不同原理、不同機型的微機線路保護裝置為電力系統提供了新一代性能優良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，此時，我國繼電保護技術進入了微機保護的時代。

2 未來繼電保護技術的發展

微機繼電保護的研究向更高的層次發展，其未來趨勢向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發展。

2.1 計算機化 隨著計算機硬件的迅猛發展，微機保護硬件也在不斷發展。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。微處理機的發展主要體現在單片化及相關功能的極大增強，片內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絡通信芯片的出現及應用等方面。這些發展使硬件設計更加方便，高性價比使冗余設計成為可能，為實現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創造了條件。

我國在2000年220kV及以上系統的微機保護率為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的發展趨勢。電力系統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據的長期存放空間，快速的數據處理功能，強大的通信功能，與其他保護、控制裝置和調度聯網以供享全系統數據、信息和網絡資源的能力、高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。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。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設想是不現實的。現在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時機已經成熟，這將是微機保護的發展方向之一。

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的技術支柱，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的通信手段。因繼電保護的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)，還要保證全系統的安全穩定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統的運行和故障信息的數據，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協調動作，確保系統的安全穩定運行。顯然，實現這種系統保護的基本條件是將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來，亦即實現微機保護裝置的網絡化。這在當前的技術條件下是完全可能的。

電力系統網絡型繼電保護是一種新型的繼電保護，是微機保護技術發展的必然趨勢。它建立在計算機技術、網絡技術、通信技術以及微機保護技術發展的基礎上。網絡保護系統中網省級、省市級和市級主干網絡拓撲結構，以及分站系統拓撲結構均可采用簡單、可靠的總線結構、星形結構、環形結構等。分站保護系統在整個網絡保護系統中是最重要的一個環節。分站保護系統有兩種模式:一是利用現有微機保護;另一個是組建新系統，各種保護功能完全由分站系統保護管理機實現，由于繼電保護在電網中的重要性，必須采取有針對性的網絡安全控制策略，以確保網絡保護系統的安全。

2.3 智能化 隨著計算機技術的飛速發展及計算機在電力系統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、人工神經網絡、遺傳算法、模糊邏輯、小波理論等在電力系統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展，出現了引人注目的新趨勢。例如電力系統繼電保護領域內出現了用人工神經網絡(ANN)來實現故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設備保護等。在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經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;如果用神經網絡方法，經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，則在發生任何故障時都可正確判別。

隨著人工智能技術的不斷發展，新的方法也在不斷涌現，在電力系統繼電保護中的應用范圍也在不斷擴大，為繼電保護的發展注人了新的活力。將不同的人工智能技術結合在一起，分析不確定因素對保護系統的影響，從而提高保護動作的可靠性，是今后智能保護的發展方向。雖然上述智能方法在電力系統繼電保護中應用取得了一些成果，但這些理論本身還不是很成熟，需要進一步完善。隨著電力系統的高速發展和計算機、通信等各種技術的進步和發展，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的問題。

2.4 保護、控制、測量、數據通信一體化 在實現繼電保護的計算機化和網絡化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統計算機網絡上的一個智能終端。它可從網上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。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。

目前，為了測量、保護和控制的需要，室外變電站的所有設備，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。所敷設的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復雜。但是如果將上述的保護、控制、測量、數據通信一體化的計算機裝置，就地安裝在室外變電站的被保護設備旁，將被保護設備的電壓、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，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網絡的傳輸介質，還可免除電磁干擾?，F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。隨著科學技術的發展，功能更全、智能化水平更高、系統更完善的超高壓變電所綜合自動化系統，必將在中國電網建設中不斷涌現，把電網的安全、穩定和經濟運行提高到一個新的水平。

3 結束語

隨著電力系統的高速發展和計算機技術、網絡技術和人工智能技術的進步，繼電保護技術面臨著進一步發展的趨勢。其發展將出現原理突破和應用革命，由數字時代跨入信息化時代，發展到綜合自動化水平。這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務，也開辟了活動的廣闊天地。