電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

摘要：本文主要概述繼電保護(hù)系統(tǒng)的作用、組成和基本要求，回顧我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程和現(xiàn)狀，同時(shí)指出繼電保護(hù)將朝著計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù) 作用 組成 現(xiàn)狀 發(fā)展

0 引言

通常情況下，發(fā)電機(jī)、變壓器、母線(xiàn)、輸配線(xiàn)路及用電設(shè)備等共同組成電力系統(tǒng)。危險(xiǎn)故障和一些異常運(yùn)行狀態(tài)在電力系統(tǒng)中比較常見(jiàn)，在一定程度上這些現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步發(fā)展成事故，進(jìn)而破壞整個(gè)系統(tǒng)或其中一部分的正常工作，造成對(duì)用戶(hù)少送電、停止送電或者降低電能質(zhì)量，進(jìn)而在一定程度上達(dá)到不容許的地步，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備和人身傷亡等。因此，必須在十分之一秒內(nèi)控制故障元件的切除時(shí)間，或者切除時(shí)間更短。通過(guò)人工操作是不可能完成這項(xiàng)任務(wù)的，為了執(zhí)行這一任務(wù)，需要一套自動(dòng)裝置。

1 繼電保護(hù)的作用及組成

1.1 繼電保護(hù)的作用

通常情況下，在電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、線(xiàn)路等被保護(hù)元件，以及自身發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置將會(huì)自動(dòng)、迅速，從電力系統(tǒng)中有選擇地切除故障元件，進(jìn)而在一定程度上防止故障范圍繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)確保無(wú)故障部分繼續(xù)正常運(yùn)行，同時(shí)保護(hù)故障元件防止繼續(xù)遭受損害；繼電保護(hù)裝置應(yīng)能根據(jù)電力系統(tǒng)的被保護(hù)元件出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)做出及時(shí)反應(yīng)，根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行維護(hù)條件，向運(yùn)行值班人員發(fā)出聲光報(bào)警，以及相應(yīng)的圖文信息等。為了防止發(fā)生不必要的動(dòng)作，或者誤動(dòng)作，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)一般不要求迅速動(dòng)作，而是結(jié)合故障元件對(duì)電力系統(tǒng)及元件的危害程度設(shè)定相應(yīng)的延時(shí)。

1.2 繼電保護(hù)的組成

通常情況下，繼電保護(hù)裝置主要包括測(cè)量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分。

2 繼電保護(hù)的基本要求

可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性，對(duì)于繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)是必須滿(mǎn)足的最基本的要求，而且可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性之間相互聯(lián)系，相互制約。

2.1 選擇性

對(duì)于繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，所謂的選擇性就是指借助故障設(shè)備或線(xiàn)路本身將故障切除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。通常情況下，在故障設(shè)備或線(xiàn)路本身的保護(hù)或斷路器發(fā)生拒動(dòng)時(shí)，通過(guò)相鄰設(shè)備、線(xiàn)路、斷路器失靈等切除故障，完成保護(hù)。對(duì)于整定上、下級(jí)電網(wǎng)（包括同級(jí)）之間的繼電保護(hù)，通常情況下，需要遵守相應(yīng)的逐級(jí)配合原則，進(jìn)而在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，選擇性的切除故障。

2.2 速動(dòng)性

所謂速動(dòng)性是指為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低故障設(shè)備和線(xiàn)路的損壞程度，同時(shí)將故障波及的范圍縮到最低，需要保護(hù)裝置將短路故障盡快切除，進(jìn)而在一定程度上提高自動(dòng)重合閘和備用設(shè)備自動(dòng)投入的效果。

2.3 靈敏性

所謂靈敏性是指在被保護(hù)范圍內(nèi)，設(shè)備或線(xiàn)路發(fā)生金屬性短路，繼電保護(hù)裝置需要具備相應(yīng)的靈敏系數(shù)。通常情況下，利用繼電保護(hù)的整定值來(lái)完成。

2.4 可靠性

繼電保護(hù)裝置的可靠性是指在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，在保護(hù)范圍內(nèi)繼電保護(hù)裝置該動(dòng)作時(shí)就進(jìn)行可靠動(dòng)作，不該動(dòng)作時(shí)應(yīng)可靠不動(dòng)作。在無(wú)繼電保護(hù)的狀態(tài)下，線(xiàn)路、母線(xiàn)、變壓器等電力設(shè)備都不允許運(yùn)行，通常情況下，對(duì)于繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，可靠性是其最根本的性能要求。

3 繼電保護(hù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)也在不斷地發(fā)展著。當(dāng)前，用電設(shè)備的數(shù)量、功率，以及發(fā)電機(jī)組的容量等，隨著社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展而不斷增大，在一定程度上使得電力系統(tǒng)變得越來(lái)越龐大，同時(shí)人民生活對(duì)電力系統(tǒng)的依賴(lài)性逐漸增強(qiáng)，因此，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，進(jìn)而對(duì)繼電保護(hù)也提出了新的要求。另外，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及通信技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)而在一定程度上為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展注入了活力。可以說(shuō)，我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)先后經(jīng)歷了50年代的機(jī)電式繼電保護(hù)時(shí)代、60年代中到80年代中的晶體管式繼電保護(hù)時(shí)代、80年代中到90年代中的集成電路式繼電保護(hù)時(shí)代、從90年代到現(xiàn)在的微機(jī)式繼電保護(hù)時(shí)代。

目前，我國(guó)新建的發(fā)電廠(chǎng)、變電站、高壓輸電線(xiàn)路等電力系統(tǒng)已全部實(shí)現(xiàn)微機(jī)式綜合自動(dòng)化繼電保護(hù)。

4 繼電保護(hù)的未來(lái)發(fā)展方向

隨著基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向?qū)⑹窍蛴?jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和綜合自動(dòng)化發(fā)展。

4.1 計(jì)算機(jī)化

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)逐步完善，在這種情況下，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)提出新的要求：繼電保護(hù)系統(tǒng)除了具備基本的保護(hù)功能外，還要對(duì)數(shù)據(jù)有更高的處理能力，更大豐富的故障信息，更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，更完善的通信功能，以及與其他保護(hù)裝置、控制裝置、電力調(diào)度系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源共享的能力等。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)，通訊等性能隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展得到了鞏固和強(qiáng)化，為繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化奠定基礎(chǔ)和提供了保證。對(duì)于繼電保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)化是其發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)于計(jì)算機(jī)化來(lái)說(shuō)，其內(nèi)涵比較豐富，一方面對(duì)設(shè)備、操作、監(jiān)視系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化，另一方面系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)軟件化和信號(hào)數(shù)字化。在這種情況下，各種機(jī)電式、機(jī)械式、模擬式設(shè)備等一定程度上完全摒棄，同時(shí)大大提高了繼電保護(hù)的速動(dòng)性、靈敏性、可靠性，進(jìn)而為電力系統(tǒng)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4.2 網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì)50年代，人們開(kāi)始將彼此獨(dú)立發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，這就是后來(lái)發(fā)展成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。作為信息和數(shù)據(jù)通信工具，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)逐漸成為信息化時(shí)代重要的技術(shù)支柱，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與繼電保護(hù)的完美結(jié)合，在一定程度上為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。對(duì)于現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)要求每個(gè)保護(hù)單元都能進(jìn)行共享，在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置能夠協(xié)調(diào)動(dòng)作，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接全系統(tǒng)各主要電氣設(shè)備的保護(hù)裝置這是實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件，進(jìn)而完成計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。現(xiàn)在微機(jī)保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施，但是它還處于起步階段，仍有較大的發(fā)展空間和潛力。

4.3 智能化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的廣泛使用，新的控制原理和方法在計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)中被廣泛運(yùn)用。近年來(lái)，自適應(yīng)理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯、小波理論等人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛使用，進(jìn)而推動(dòng)繼電保護(hù)的研究朝著縱深方向發(fā)展，并且出現(xiàn)新的趨勢(shì)。

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)、通信等各種技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，進(jìn)而在一定程度上使得人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域得到廣泛使用，利用人工智能技術(shù)可以輕松地解決常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題。將整合各種人工智能技術(shù)，通過(guò)分析保護(hù)系統(tǒng)受不確定因素的影響，在一定程度上指明了智能保護(hù)的發(fā)展方向。

4.4 綜合自動(dòng)化

微機(jī)繼電保護(hù)裝置隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲取的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。通常情況下，繼電保護(hù)系統(tǒng)一方面實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能，另一方面完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信等功能，也就是對(duì)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信等實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在中國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中，將會(huì)不斷涌現(xiàn)功能更全、智能化水平更高、系統(tǒng)更完善的電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，進(jìn)而在一定程度上將電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提高到新的水平。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信、人工智能等技術(shù)，以及繼電保護(hù)理論也逐漸完善和成熟，在一定程度上為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了空間。在其發(fā)展過(guò)程中，將會(huì)出現(xiàn)原理性突破，以及應(yīng)用性革命，進(jìn)而由數(shù)字時(shí)代進(jìn)入信息化時(shí)代，最后提升到微機(jī)智能綜合自動(dòng)化水平。對(duì)于繼電保護(hù)工作者來(lái)說(shuō)，將會(huì)面臨艱巨的挑戰(zhàn)，也為其提供了廣闊的發(fā)展天地。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊奇遜.微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)[M].北京：水利電力出版社，1988.

[2]許建安.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].中國(guó)水力水電出版社，2005.

[3]張宇輝.電力系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.