電力系統(tǒng)繼電保護發(fā)展探究

摘要：電力系統(tǒng)繼電保護裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運行情況時，用于快速切除故障，消除不正常狀況的成套設備。上世紀90年代繼電保護進入微機保護階段，集保護、監(jiān)視、控制、通信、等功能于一體。為了能夠更加合理、準確地評估繼電保護設備的質(zhì)量，繼電保護的測試內(nèi)容和測試方法進行了諸多完善和改進。智能電網(wǎng)的建設也對繼電保護提出了更高的技術(shù)要求。

關鍵詞：繼電保護發(fā)展趨勢測試智能電網(wǎng)

1 繼電保護基本概念及其發(fā)展趨勢

1.1 繼電保護裝置基本組成

一般而言，整套繼電保護裝置由三個部分組成的，即測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

①測量部分 測量被保護元件工作狀態(tài)（正常工作、故障狀態(tài)）的電氣參數(shù)，并與整定值進行比較，從而判斷保護裝置是否應該啟動。

②邏輯部分 根據(jù)測量部分輸出邏輯信號的性質(zhì)、先后順序、持續(xù)時間等，使保護裝置按一定的邏輯關系判定故障類型和范圍，確定保護裝置如何動作。

③執(zhí)行部分 根據(jù)邏輯部分送的信號，完成保護裝置所擔負的任務。如發(fā)出信號，跳閘或不動作等。

1.2 繼電保護的基本要求

①可靠性——指繼電保護裝置在保護范圍內(nèi)該動作時應可靠動作，不該動作時應可靠不動作。可靠性是對繼電保護裝置性能的最根本的要求。

②選擇性——指只有當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備保護、線路保護或斷路器失靈保護來切除故障。

③速動性——指保護裝置應盡快切除短路故障，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍。

④速動性——指在設備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數(shù)。

1.3 繼電保護的發(fā)展趨勢

1.3.1 計算機化

在微機保護發(fā)展初期，曾設想過用一臺小型計算機做成繼電保護裝置。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設想是不現(xiàn)實的。現(xiàn)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，用成套工控機做成繼電保護的時機已經(jīng)成熟。繼電保護的計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚須進行具體深入的研究。

1.3.2 網(wǎng)絡化

網(wǎng)絡保護是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和通信技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物，它可以實現(xiàn)對變壓器、高低壓線路和母線的相關保護等功能。資源共享是網(wǎng)絡保護的最顯著特性，還可以結(jié)合高頻保護和光纖保護來實現(xiàn)縱聯(lián)保護。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的原理，即將傳統(tǒng)的集中式母線保護分散成若干個保護單元，各保護單元接收本回路的輸入量后，經(jīng)量化處理，通過網(wǎng)絡傳送給其它回路的保護單元，然后各保護單元進行母線差動保護的計算，如果計算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則跳開本回路斷路器，隔離故障母線，其它情況時各保護單元均不動作。這種用計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)的分布式母線保護，顯然比傳統(tǒng)的集中式母線保護有更高的可靠性。

1.3.3 保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化

在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)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(tǒng)計算機網(wǎng)絡上的一個智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡控制中心或任一終端。即實現(xiàn)了保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信的一體化。如果將保護裝置就地安裝在室外變電站的被保護設備旁，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡的傳輸介質(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）已在研究試驗階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應用。

1.3.4 智能化

近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用，電力系統(tǒng)保護領域內(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)絡和模糊控制理論逐步應用于電力系統(tǒng)繼電保護中，為繼電保護解決許多常規(guī)問題提供了新的方法。人工智能技術(shù)給電力系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展注入了新的活力，具有非常美好的發(fā)展前景。

2 繼電保護測試內(nèi)容和測試方法的發(fā)展

目前國內(nèi)繼電保護產(chǎn)品檢測主要依據(jù)IEC 60255系列標準和GB/T 14047國家標準進行。

2.1 繼電保護測試內(nèi)容

傳統(tǒng)的繼電保護測試包括基本性能試驗、功率消耗試驗、溫度試驗、電源影響試驗、機械試驗、絕緣實驗、過載試驗、觸點試驗和電磁兼容試驗。

在原有繼電保護測試項目的基礎上，根據(jù)繼電保護裝置發(fā)展的新特點，新增加的測試內(nèi)容包括基于61850 技術(shù)的繼電保護產(chǎn)品檢測，時間同步能力檢測，產(chǎn)品通信協(xié)議檢測，軟件測試，以及裝置可靠性檢測和安全性檢測。

2.2 微機保護測試自動化

測試自動化是指測試系統(tǒng)可以按照事先編制的測試計劃，自動、連續(xù)的完成繼電保護裝置的電氣性能、可靠性、通信協(xié)議、信息安全的測試。完整的測試體系由以下幾部分組成：①電氣性能在靜態(tài)模擬中的自動測試系統(tǒng)；②電氣性能在動態(tài)模擬中的自動測試系統(tǒng)；③監(jiān)控系統(tǒng)的自動測試系統(tǒng)；④通信協(xié)議的測試系統(tǒng)；⑤信息安全的測試系統(tǒng)；⑥繼電保護測試專家系統(tǒng)。

3 智能電網(wǎng)對繼電保護的影響

隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設的開展，智能電網(wǎng)的特征帶來的網(wǎng)絡重構(gòu)、分布式電源接入、微網(wǎng)運行等技術(shù)，對繼電保護提出了新的要求。

未來智能電網(wǎng)中，電網(wǎng)的自愈特征將會對繼電保護的選擇性、可靠性、速動性、靈敏性提出更高的要求，對常規(guī)繼電保護的配置方法提出新的要求。分布式電源的靈活接入、多變壓器的運行方式帶來的后備保護配合、雙向潮流、系統(tǒng)阻抗的變化等問題均會給繼電保護定值整定帶來困難。

同時，智能電網(wǎng)將給繼電保護的發(fā)展帶來新的契機，智能電網(wǎng)中所采用的新型傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)同步技術(shù)、時鐘同步技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)以及IEC 61850 標準的應用，可以提供區(qū)域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集的高精度同步，滿足數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膶崟r性，保障數(shù)據(jù)傳輸過程的冗余和可靠性。

4 結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)建設的推進，繼電保護要適應電網(wǎng)需求向計算機化、網(wǎng)絡化、智能化、功能一體化方向發(fā)展，同時繼電保護測試內(nèi)容和測試方法也應不斷補充和完善，為智能電網(wǎng)提供技術(shù)支持。

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