淺論電力系統繼電保護技術的發展及應用

【摘 要】本文對電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力，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。可以說從20世紀90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。

【關鍵詞】農村電網；繼電保護；配置；可靠性

1 繼電保護技術發展的歷史概況

電力系統技術的發展對繼電保護提出了新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的發展又為繼電保護技術的發展注入了新的動力，繼電保護技術的發展，也是科技實力的發展。

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年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。20世紀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。在引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術后，建立了我國自己的繼電器制造業。在60年代中期我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是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。

20世紀50年代末，晶體管繼電保護已開始研究。60年代中期到80年代中期是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。我國研制的500kV晶體管方向高頻保護和晶體管高頻閉鎖距離保護的成功運行，結束了500kV線路保護依靠進口的時代。從70年代中期，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。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。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。

20世紀70年代末開始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。1984年原華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，東南大學和華中理工大學研制的發電機失磁保護、發電機保護和發電機變壓器組保護也相繼于l989年、l994年通過鑒定并投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的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的正序故障分量方向高頻保護也相繼于l993年、l996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的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。從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代，開始走上高科技的發展時代。

2 繼電保護技術的發展前景

智能化進入20世紀90年代以來，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，電力系統保護領域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專家系統、人工神經網絡（ANN）和模糊控制理論逐步應用于電力系統繼電保護中，為繼電保護的發展注入了活力。隨著計算機技術的飛速發展以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被不斷應用于計算機繼電保護中，以期取得更好的效果，從而使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。微計算機硬件的更新和網絡化發展在計算機領域，發展速度最快的當屬計算機硬件，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。硬件技術的不斷更新，使微機保護對技術升級的開放性有了迫切要求。未來的繼電保護技術、變電所綜合自動化技術現代計算機技術、通信技術和網絡技術為改變變電站目前監視、控制、保護和計量裝置及系統分割的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術創新。實現繼電保護和綜合自動化的緊密結合，它表現在集成與資源共享、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，取代傳統的控制保護屏，能夠降低變。

自適應繼電保護的概念始于20世紀80年代，它可定義為能根據電力系統運行方式和故障狀態的變化而實時改變保護性能、特性或定值的新型繼電保護。自適應繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應電力系統的各種變化，進一步改善保護的性能。這種新型保護原理的出現引起了人們的極大關注和興趣，是微機保護具有生命力和不斷發展的重要內容。自適應繼電保護具有改善系統的響應、增強可靠性和提高經濟效益等優點，在輸電線路的距離保護、變壓器保護、發電機保護、自動重合閘等領域內有著廣泛的應用前景。隨著電力系統的高速發展和計算機技術、通信技術的進步，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，發展到一個新的水平。未來中國電力系統繼電保護技術的發展前景，會以嶄新的姿態走在世界前列。

3 10KV線路保護中容易被忽視的問題及解決方法

（1）10kV線路如裝有大量的配電變壓器，在線路投入時，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產生的勵磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產生了一個復雜的電磁暫態過程，在系統阻抗較小時，會出現較大的涌流，時間常數也較大。二段式電流保護中的電流速斷保護由于要兼顧靈敏度，動作電流值往往取得較小，特別在長線路或系統阻抗大時更明顯。勵磁涌流值可能會大于裝置整定值，使保護誤動。這種情況在線路變壓器個數少、容量小以及系統阻抗大時并不突出，因此容易被忽視，但當線路變壓器個數及容量增大后，就可能出現。

勵磁涌流的特征，就是它含有大量的二次諧波，另一特征就是它的大小隨時間而衰減，一開始涌流很大，一段時間后涌流衰減為零，流過保護裝置的電流為線路負荷電流，利用涌流這個特點，在電流速斷保護加入一短時間延時，一般為0.15～0.2s的時限，就可以防止勵磁涌流引起的誤動作，這樣雖然會增加故障時間，但在對穩定運行影響較小的地方還是適用的。

（2）10kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農網中的變電所，它們往往遠離電源，系統阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會隨著系統規模及運行方式改變而改變。隨著系統規模的不斷擴大，10kV系統短路電流會隨著變大，可以達到TA一次額定電流的幾百倍，系統中原有一些能正常運行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路電流中含大量非周期分量，又會進一步加速TA飽和。在10kV線路短路時，由于TA飽和，感應到二次側的電流會很小或接近于零，使保護裝置拒動，影響供電可靠性，而且嚴重威脅運行設備的安全。

避免TA飽和一是在選擇TA時，變比不能選得太小，要考慮線路短路時TA飽和問題，一般10kV線路保護TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負載阻抗，盡量避免保護和計量共用TA，縮短TA二次電纜長度及加大二次電纜截面等，就能很好的防止TA飽和現象。

4 結束語

隨著科技的進步和電力系統的迅猛發展，對繼電保護的要求也不斷提出新要求，加之電子技術、計算機技術與通訊技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷注入新的活力。因此，新時期的繼電保護技術也要與時俱進，未來的電力秉統繼電保護技術逐步的走在世界前列。該文在回靨繼電保護技術發展歷史的同時，也在眺望未來繼電保護技術的美好前景。

[責任編輯：丁艷]