微機繼電保護裝置在輸電線路中的應用

李建忠

引言：本文從傳統繼電保護裝置的發展，介紹了微機繼電保護裝置在輸電線路中的應用。介紹了微機繼電保護裝置的現狀、特點以及其組成。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，微機繼電保護的研究也會向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化方向發展。

一、概述

繼電保護裝置是保證電力系統安全運行的重要設備。滿足電力系統安全運行的要求是繼電保護發展的基本動力。快速性、靈敏性、選擇性和可靠性是對繼電保護的四項基本要求。為達到這個目標，繼電保護專業技術人員借助各種先進科學技術手段作出不懈的努力。隨著科技發展，在繼電保護原理完善的同時，構成繼電保護裝置的元件、材料等也發生了巨大的變革。繼電保護裝置經歷了機電式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機式等不同的發展階段。

微機繼電保護技術的成熟與發展是近三十年來繼電保護領域最顯著的進展。經過長期的研究和實踐，現在人們已普遍認可了微機保護在電網中無可替代的優勢。微機保護具有自檢功能，有強大的邏輯處理能力、數值計算能力和記憶能力，并且具備很強的數字通信能力，這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的。計算機技術的進步，更高性能、更高精度的數字外圍器件的采用，一直是微機繼電保護不斷發展的強大動力。

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。

二、微機保護裝置

1.微機保護的現狀

傳統的繼電保護裝置，調試工作量很大，尤其是一些復雜的保護。微機具有高速運算、邏輯判斷和記憶能力，微機保護是通過軟件程序實現的，具有極大的靈活性，因而微機保護可以實現很復雜的保護功能，也可以實現許多傳統保護模式無法實現的新功能。目前，微機保護的平均無故障時間長達十萬小時以上，這說明了微機保護是十分可靠的。

微機保護經過近20年的應用、研究和發展，已經在電力系統中取得了巨大的成功，并積累了豐富的運行經驗，產生了顯著的經濟效益，大大提高了電力系統運行管理水平。特高壓輸電線和直流輸電在國內的建設、大容量緊湊型輸電技術的應用、FACTS技術的發展，變電站自動化技術的成熟以及集成智能化電力設備（智能開關及組合電器）、電子或光電式互感器的投入運行都對微機保護技術的發展提出了新的課題，他們對保護運行的可靠性、抗干擾能力、快速性、靈敏性，保護的構成方式，保護動作行為的改進，保護裝置的高速通信能力以及保護新原理研究等方面提出了更高的要求。在新的硬件和軟件基礎上，這些性能需求能夠得到更好的滿足和實現。

微機保護在現場的普遍應用已經為現場繼電保護人員帶來了無可比擬的優越性，不僅保護的正確動作率大大提高，而且由于其調試的方便性使調試工作量大為減少，從而縮短了調試時間。然而，實現裝置內部100%的實時狀態監視和自檢，特別是加強對裝置內部薄弱部位的監視以及實現裝置的全自動化測試，不僅是繼電保護裝置安全穩定運行的要求，更是現場繼電保護工作者不斷追求的目標。

2.微機繼電保護裝置的特點

2.1維護調試方便

目前國內大量使用的整流型或晶體管型繼電保護裝置的調試工作量很大，尤其是一些復雜保護，例如距離保護，調試一套常常需要一周，甚至更長的時間。究其原因，這類保護裝置是布線邏輯的，保護的每一種功能都有相應的硬件器件和連線來實現。為確認保護裝置是否完好，就需要把所具備的各種功能通過模擬試驗來校核一遍。微機保護則不同，它的硬件是一臺計算機，各種復雜的功能是由相應的軟件來實現的。換言之，它是一個只會做幾種單調的、簡單操作的硬件，配以軟件，把許多簡單操作組合完成各種復雜功能的。因而只要用幾個簡單的操作就可以 檢驗微機的硬件是否完好。或者說如果微機硬件有故障，將會立即表現出來，如果硬件完好，對于以成熟的軟件，只要程序和設計時一樣，就必然會達到設計的要求，用不著逐臺作各種模擬試驗來檢驗每一種功能是否正確。實際上如果經檢查，程序和設計時的完全一樣，就相當于布線邏輯的保護裝置的各種功能已被檢查完畢。一般微機保護裝置都具有自檢功能，對硬件各部分和存放在EPROM中的程序不斷進行自動檢測，發現異常就會發出警報。通常只要接上電源后沒有警報，就可確認裝置完好。

2.2可靠性高

計算機在程序指揮下，有極強的綜合分析和判斷能力，因而它可以實現常規保護很難辦到的自動糾錯，即自動地識別和排除干擾，防止由于干擾而造成的誤動作。另外，它有自診斷能力，能夠自動檢測出本身硬件的異常部分，配合多重化可以有效地防止拒動，因此可靠性很高。

2.3易于獲得附加功能

應用微型計算機后，如果配置一個打印機，或者其它顯示設備，可以在系統發生故障后提供多種信息。例如保護各部分的動作順序和動作時間記錄，故障類型和相別及故障前后電壓和電流的波形記錄等。還可以提供故障點的位置。這將有助于運行部門對事故的分析和處理。

2.4靈活性大

由于計算機保護的特性主要有軟件決定，因此，只要改變軟件就可以改變保護的特性和功能。從而可靈活地適應電力系統運行方式的變化。

2.5保護性能得到很好改善

由于計算機的應用，使很多原有型式的繼電保護中存在的技術問題，可找到新的解決辦法。例如對接地距離的允許過度電阻的能力，距離保護如何區別振蕩和短路等問題都以提出許多新的原理和解決辦法。

2.6保護裝置體積縮小

一套微機保護裝置，可以實現多種保護功能，例如一套LFP-901A微機保護裝置有3個獨立的CPU可以實現距離保護、零序保護、自動重合閘等功能。因此在組屏時，體積要縮小，便于現場的安裝維護。

3.微機保護裝置的組成

微機保護裝置的數字核心一般由CPU、存儲器、定時器/計數器、Watchdog等組成。目前數字核心的主流為嵌入式微控制器（MCU），即通常所說的單片機；輸入輸出通道包括模擬量輸入通道（模擬量輸入變換回路、低通濾波器及采樣、A/D轉換）和數字量輸入輸出通道（人機接口和各種告警信號、跳閘信號及電度脈沖等）。

參考文獻

[1]鐘松茂，李火元編.《電力系統繼電保護設計指導》.北京：中國電力出版社，1996.7.

[2]郭光榮主編.《電力系統繼電保護》.北京：高等教育出版社，2006.7.

[3]楊曉敏主編.《電力系統繼電保護原理及應用》.北京：中國電力出版社，2010.2.

[4]邵玉槐主編.《電力系統繼電保護原理》.北京：中國電力出版社，2008.6.

（作者單位：廣東電網惠州龍門供電局平陵供電所）