淺談電力系統繼電保護的發展歷程與前景

許佳佳 陳洪才

摘 要：本文陳述了中國電力系統繼電保護技術的發展歷程，指出繼電保護的最終發展方向是人工智能化。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；歷程；前景

因為電力系統的快速發展，對繼電保護技術方面提出了許多新的要求，計算機控制管理技術、遠程通信技術、電子應用技術的迅猛發展，使得繼電保護技術持續涌現出新的活力。

1 繼電保護技術的演變和發展的歷史

1.1 階段一

我國在上世紀中期就已組建了完整的體系，對繼電保護技術的教學、設計、研究、制造和運行進行嘗試。這個時期是中國機電型繼電保護技術的繁榮時代，為中國繼電保護技術的蓬勃發展打下了牢固的基礎。

1.2 階段二

中國的科技人員從上個世紀50年代末期，就開始對晶體管型繼電保護技術進行探討和研究。我國自行研制的產品已經使用到葛洲壩500kV輸電線路上，終結了這類線路保護設施全部依賴由外國引進的歷史。

1.3 階段三

我國在上個世紀的70年代，就進行了在集成運算放大器的基礎上開發繼電器保護的工作。有關科研單位研發了一種新的技術，這種技術就是集成電路控制的相電壓補償方式的方向高頻保護，它被應用于500 千伏以及220千伏的多條輸電線路上。

1.4 階段四

科學研究單位和部分高級院校在研制計算機繼電保護技術當中起到了帶頭的作用。由國內自主研發的正序故障分量、微機相電壓補償式方向高頻保護通過審核，從那以后，不同型號、不同理論基礎的計算機或是一些重要設施的安全保護，形式各異不盡相同。在這種技術條件下生產出的性能優良、功能齊的繼電保護設備，為電力系統的安全提供了可靠保障。在微機保護設備的研發中，微機算法以及微機的保護軟件等技術，也獲得了許多的理論研究成果。我國在上個世紀末的時候繼電保護技術就已經步入了采用微機繼電保護的時代。

2 繼電保護將來的發展方向

2.1 計算機化

伴隨計算機硬件設施的高速發展，微機保護方面的硬件也獲得持續發展，電力系統在微機保護方面的需求也在持續提升，不僅有保護的基礎性功能，還有足夠的空間用來存儲大量的故障信息和數據，可以快速的進行數據處理，并且通訊能力更加強大。它可以與別的控制設備或保護設備聯網，用以共享全部系統數據的信息和網絡資源，可以進行高級語言編程等。這些就需要微機保護設備的功能幾乎要和PC 機一樣。在剛開始研發計算機保護設備的時候，曾經想使用小型計算機當作繼電保護設備，但是因為那時候的小型機體形較大、制作的成本高、可靠性較差，當時的設想有點不切實際。目前，和微機保護設備差不多大小的工控機，其在存儲容量、速度和功能方面都極大的超越了曾經的小型機，所以，現在可以使用成套工控機來作為繼電保護，這種技術將會成為微機保護的一個發展方向。

2.2 網絡化

到目前為止，除去采用縱聯保護方式和差動保護的方式，其它全部采用了繼電保護設備，但是其功能只是用于監控安裝位置的電氣狀態，保護作用也僅僅是用在切斷問題部件方面，以此減小故障牽涉的范圍，有這樣的局限性是因為缺少強大的數據通迅。

外國研究人員曾經提過系統保護的理念，在當時主要考慮采用自動的安全設備。由于采用繼電保護，不僅僅是用來斷開問題部件以及控制故障涉及范圍，同時需要確保全部系統可以穩定的、安全的運行。這樣就需要各個被保護部分都可以分享全部系統運行數據以及故障狀態信息的數據，所有的保護單元與重合閘設備根據這些信息和數據協調工作，系統安全的運行得到了保障。明顯看出，用電腦網絡把全部系統的主要保護設備連接到一起，是實現系統性保護的基礎，這就是采用網絡化的微機保護裝置。對于現在的技術條件是絕對可以實現的。

如果是進行非系統性的保護，采用保護設備的聯網管理同樣具有好處。系統當中繼電保護設備可以獲得的事故信息愈多，對事故的性質和故障點位置的判斷和檢測就愈準確。自適應保護原理已經被研究了很長時間了，也確實獲得了部分的成果，但是想要做到保護自適應有效的用于系統的工作模式和故障狀態，一定要得到大量的系統工作信息和故障信息，唯有用網絡化為前提保護的計算機，才可以實現這一點。對于一些保護設備實行電腦聯網，也可以提升保護功能的可靠性。

2.3 數據通信一體化、測量、保護和控制

在網絡化和計算機化的前提下達成的繼電保護，保護設備其實就是功能多、性能高的計算機，是全部電力系統在計算機控制網絡上的智能控制點，該設備能夠經網絡得到有關電力系統的故障和運行的所有數據和信息，還可以將它保護的部件的所有數據以及信息輸送給整個網絡的控制中心或是任何的智能控制點，所以，微機保護設備不僅僅能夠執行繼電保護能力，并且在正常工作的情形下還可進行數據通信、控制、測量等工作，也就是達到了保護、控制、測量、數據通信一體化。

2.4 人工智能化

現在，在電力系統多個領域都使用了人工智能的技術，主要包括神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等，而這些技術在繼電保護領域中的研制工作早已開始了。

神經網絡主要是采用了一個非線性映射的辦法，許多不能夠列出方程式，或是復雜的不容易解答的非線性問題，采用了神經網絡的辦法就可以輕松解決了。比如在輸電線兩邊系統電勢角度擺開的情形當中，出現流經過渡電阻造成的短路現象就是一個非線性的故障，想要使用距離保護裝置判斷故障位置不太容易，這樣容易導致錯誤動作或是不動作，假如使用神經網絡的判斷方法，由于提前進行了海量故障測試的訓練，如果樣本采集時候充分考慮了整體系統上可能發生的各種情況，那么出現了任意一種問題時保護裝置都能夠進行正確的判斷。

3 結論

國家的經濟發展必須有電力系統在后面支持，由于經濟發展迅速，對電力系統也提出了更高的要求，所以電力系統在其安全性方面一定要獲得有效的保護。經過分析繼電保護的四個發展歷程，確定了電力系統的繼電保護技術將來會向計算機化、網絡化和智能化的方向發展，因此，對于進行繼電保護研發的人員來說即是機遇和也是挑戰。

參考文獻：

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