電力系統繼電保護技術的現狀與發展

鮑熙彤

（阜新發電有限責任公司，遼寧阜新 123000）

0 引言

在信息技術快速發展的背景下，人們對電力的需求不斷增加，電力系統的運行負荷越來越大。因此，為了更好地滿足人們的生活需求，在電力系統運行時必須要重視繼電保護技術的應用。繼電保護技術的應用對整個電力系統的安全運行有著直接的影響，能夠為人們持續性的供電。而電力系統的穩定運行對我國人們的生活和工作以及經濟發展都是相對重要的。電力系統一旦發生故障就有可能威脅到整個城市的正常運行，對城市的運轉和發展產生巨大影響。因此，電力系統的繼電保護技術十分重要。在繼電保護技術不斷發展的過程中，人們要認識到它的重要性及發展情況，并結合現代更加先進的技術不斷優化，使其更好地服務于電力系統，真正促進我國電力系統的有效運行。

1 繼電保護的概念

1.1 繼電保護裝置

繼電保護裝置一般是由測量、邏輯和執行3 個部分構成，在運行過程中必須要滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的四大基本要求，這四大基本要求相輔相成（圖1）。其中，繼電保護裝置的選擇性主要是指對上下級的電網的繼電保護進行整定，以主機配合的原則為基礎，當電網發生故障時能夠有選擇地清除掉部分故障，而其他非故障部分依然可以供電；速動性是指保護裝置能夠在最快的時間內切除短路故障，進一步提高電力系統的穩定性，使故障影響的范圍不斷減小；靈敏性是指當線路一旦出現金屬性的短路故障時，保護裝置應有一定的靈敏系數，而靈敏系數最終是由繼電保護裝置的整定值來實現的；可靠性是指保護裝置在保護范圍內所選擇的動作是可靠的，也是保護裝置性能的基本要求。

圖1 繼電保護裝置結構示意

1.2 繼電保護的作用

當電力系統中的部分備以及電力系統本身出現故障問題時，繼電保護裝置能夠自動、迅速、有選擇地將故障設備從電力系統中切除，縮小故障范圍，同時也要保證其他沒有問題的部分繼續正常運行。而且當電力系統的部分元件出現異常運行狀態時，繼電保護裝置也能夠及時地發現并根據實際情況向運行的人員發出警報進行及時修理。這種情況下一般不需要繼電保護系統迅速動作，而是需要根據電力系統以及元件的情況來設定延時動作，避免不必要的動作對整個電力系統的影響。

2 電力系統繼電保護技術發展過程

在電力系統不斷發展的過程中，我國與電力系統相關的繼電保護工作隊伍實現了從無到有。

（1）機電式繼電保護技術階段。20 世紀50 年代，我國的工程技術人員借鑒國外先進的繼電保護設備的性能以及運行技術，并根據我國實際電力系統的發展情況對相關設備進行創新，首次建立了一支對繼電保護技術理論及運行相對了解的技術隊伍。在這一階段，我國各個地方的繼電設備逐漸誕生，各大電器廠根據我國的實際國情引進了國外先進的繼電器制造技術，這在一定程度上促進了我國繼電器制造行業的發展。20 世紀60 年代，我國已經建成了繼電保護的完整性體系。這是我國機電式繼電保護的重要發展階段，為我國繼電保護技術的發展提供了理論和經驗基礎。

（2）晶體管繼電保護技術階段。在20 世紀50 年代末，我國相關人員對晶體管繼電保護技術開始進行研究，直到60 年代晶體管繼電保護技術才逐漸發展。晶體管繼電保護技術在60 年代至80 年代期間得到了廣泛應用，相關大學與電器廠形成了合作研究，對我國500 kV 晶體管的高頻保護進行了深入研究并實現了晶體管的閉鎖距離保護技術，擺脫了從國外進口的現狀。

（3）集成電路保護技術階段。20 世紀70 年代中期，我國對集成電路保護技術開始進行研究，在80 年代末就形成了相對完整的系列，取代了晶體管繼電保護技術。在90 年代，是大力發展集成電路保護技術的重要時期，我國的集成電路保護技術仍然是研究的主體。在此階段，相關大學與電器廠合作研制出了集成電路相電壓的補償方向，并廣泛應用于電路系統。

（4）計算機繼電保護技術階段。20 世紀70 年代末，我國開始對計算機繼電保護技術進行研究。我國高等院校以及科技研究院，對于計算機保護技術的研究起到先導性作用，其中高等院校針對計算機繼電保護技術研制出了不同原理以及不同規格的微機保護裝置。我國電力學院將研制出的微機保護裝置，在檢定的基礎上應用在電力系統，提高了我國繼電保護技術水平。同時，在90 年代我國其他高校在計算機繼電保護技術的主設備保護以及繼電保護裝置方面都取得了很大進步，即微機繼電保護技術發展時代。在繼電保護裝置不斷微機化的過程中，計算機化是繼電保護技術未來發展的必然趨勢。但是，這一趨勢仍處于深入研究的過程，尚未形成相對先進的繼電保護技術。

3 電力系統繼電保護技術的未來發展趨勢

3.1 計算機化

在現代網絡技術不斷發展的過程中，我國大部分的計算機硬件得到了迅速發展，其中微機保護硬件的發展更為明顯。隨著電力系統運行復雜性不斷提高，電力系統對于微機保護的要求也不斷提高，除了基本的保護功能之外，還需要儲存相關的故障信息以及數據。繼電保護技術能夠與其他控制裝置實現共享全系統數據，使現代的微機繼電保護裝置實現PC 機的功能。因此，繼電保護裝置必須充分利用計算機的優勢，真正實現繼電保護技術的計算機化，同時對繼電保護裝置進行改造來滿足微機系統的各種功能要求，使電力系統能在惡劣的環境中穩定運行。

3.2 網絡化

現在計算機技術已經成為信息時代重要的信息和數據通信工具，不僅改變了人們的生活和工作方式，也為每個行業提供了更加可靠的通信手段，對各個行業影響巨大。目前，除了差動和縱聯保護之外，我國的繼電保護裝置只能接觸故障元件、沒有更有效的數據通信手段，而國外很多國家已經提出了系統性保護的理論。這種保護理論主要是在繼電保護技術中裝入安全自動裝置，不僅能切除故障元件，還能保障整個電路系統的安全運行。為了更好地保護整個電力系統，繼電保護技術中的各個保護單元就必須掌握電力系統的運行以及故障信息，在對相關信息和數據進行分析之后，各個保護單元可以產生協調動作，保障整個系統的安全運行，這只有依靠計算機技術才能夠真正實現微機保護裝置的網絡化。對于非系統性的保護而言，繼電保護裝置的網絡化有很大優勢，能夠分析系統故障的更多信息，更加準確地判斷故障的性質、位置和距離。而實現繼電保護裝置對整個系統中故障的及時處理，必須要獲取更多的系統運行和故障信息，從而進一步地實現繼電保護裝置的網絡化。

3.3 智能化

現在人工智能技術已經廣泛運用于電力系統，因此對于繼電保護裝置的研究也要從人工智能技術的角度出發。由于現在電力系統中電網的復雜性，大部分的故障問題更加復雜，所以傳統的繼電保護技術無法正確地對故障位置進行判別，從而導致誤動或拒動的發生，大大影響電力系統的正常運行。而人工智能技術的廣泛應用，使繼電保護裝置能夠充分分析和掌握已有的故障情況，當故障再次發生時就能準確判別故障的相關情況。因此，人工智能技術運用于繼電保護裝置能夠進一步促進相關技術的發展，解決更多常規方法難以解決的問題，實現電力系統的正常運行。

4 結束語

隨著科學技術的不斷進步，我國電力系統繼電保護技術經歷了4 個不同的發展階段。在計算機和通信技術不斷發展的背景之下，繼電保護技術有了新的發展趨勢。在對繼電保護技術進行研究時，相關人員一定要結合國外先進的技術和我國實際電力系統的運行情況，對已有技術不斷創新，使其能真正地實現網絡化、智能化，推動我國電力系統的不斷發展。