淺談電力系統繼電保護的發展

楊愷晉 程曉君

【摘 ?要】繼電保護是電力系統安全生產體系中的重要環節。繼電保護系統的穩定性與其采用的設計原理，配置和整定密切相關。回顧我國電力系統的繼電保護的發展過程，可以看到繼電保護技術發展是隨著電力系統的發展而發展的，繼電保護整定計算的技術難度和工作量隨著單利系統科技的不斷進步日趨復雜。往常主要是依靠人工并且輔以專用計算工具進行整定計算的方法。通過分析了我國電力系統的發展現狀，在基于計算機化的技術改善模式的情況下，探討了我國電力系統保護在適應智能電網的情況下發展趨勢。

【關鍵詞】電網系統;繼電保護;發展趨勢

1繼電保護的基本概念

繼電保護是對運行中電力系統的設備和線路，在一定范圍內經常監測有無發生異常或事故情況，并能發出跳閘命令或信號的自動裝置。因在其發展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統及其元件使之免遭損害，所以沿稱繼電保護。電力系統繼電保護的基本任務是：當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域內自動將故障設備從系統中切除，或者給出信號由值班人員消除異常工況的根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響可靠性是指一個元件、設備或系統在預定時間內，在規定的條件下完成規定功能的能力、可靠性工程涉及到元件失效數據的統計和處理，系統可靠性的定量評定，運行維護，可靠性和經濟性的協調等各方面。

2繼電保護現狀

現階段各種主電氣設備、低高壓線路都有相對應的微機保護裝置對其進行保護，特別是線路保護已形成系列產品，并得到廣泛應用。在實際的工作生活中微機保護是比較高的，遠遠高于其他的各種保護措施。目前對于220KV的繼電保護裝置已經基本是國產的，我國繼電保護技術發展非常迅速，國產的繼電器優勢方面非常明顯。

3 我國繼電保護的發展歷史

隨著科學技術的發展和電力系統日益的完善，對繼電保護提出了更多的要求，再加上計算機技術和通訊技術的飛速進步，給繼電保護不斷注入新的活力，因此，伴隨著時代的進步，繼電保護技術日趨成熟，日益完善。在40余年的時間里完成了4個發展的歷史階段。

建國后，我國逐步開展了繼電保護科學、繼電保護規劃、繼電器制造產業和繼電保護技術隊伍等方面的研究，50年代，一支具有深厚的繼電保護理論知識和豐富操作經驗繼電保護技術隊伍在我國成立了，憑借著相關技術科研人員的創新型吸收、消化、領悟國外先進繼電保護設備的性能和運行技術。在60年代中我國已經建立成了繼電保護研究，獨立研制并生產了第一套高壓電網復雜保護，即整流型距離保護，這是電磁式繼電保護起步的關鍵時代，為日后繼電保護技術在我國飛速的發展奠定了扎實的基礎，從70年代末即已開始了計算機繼電保護研究，我國慢慢開始廣泛采用晶體管型保護。80年代末集成電路的保護已有獨自完整的體系，并慢慢的取代晶體管保護。集成電路保護時代一直到90年代初，集成電路保護的研究、生產、運用此時此刻仍處于主導位。1984年微機線路保護通過鑒定并獲得應用，此后，不同原理、不同種類的微機保護相繼研制生產，取得了引人注目的成果，到90年代，我國繼電保護技術已完全進入微機保護數字式時代。國內的電力系統大部分用的是交流電發展至今，特點是投資少、技術要求低，變壓后可直接接入負荷。

4 電力系統繼電保護發展趨勢

4.1 計算機化

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。

我國在2000年220kV及以上系統的微機保護率為43.99%，線路微機保護占86%，到2003年底，220kV以上系統的微機保護已占到70.29%，線路的微機化率達到97.6%。實際運行中，微機保護的正確動作率要明顯高于其他保護，一般比平均正常動作率高0.2―0.3個百分點。

繼電保護裝置的計算機化是不可逆轉的發展趨勢。電力系統對微機保護的要求不斷提高，除了保護基本功能外，還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間，快速的數據處理功能，強大的通信功能，與其他保護、控制裝置和調度聯網以供享全系統數據、信息和網絡資源的能力、高級語言編程等。

4.2 網絡化

網絡保護是計算機技術、通信技術、網絡技術和微機保護相結合的產物，通過計算機網絡來實現各種保護功能，如線路保護、變壓器保護、母線保護等。網絡保護的最大好處是數據共享，可實現本來由高頻保護、光纖保護才能實現的縱聯保護。另外，由于分站保護系統采集了該站所有斷路器的電流量、母線電壓量，所以很容易就可實現母線保護，而不需要另外的母線保護裝置。

電力系統網絡型繼電保護是一種新型的繼電保護，是微機保護技術發展的必然趨勢。它建立在計算機技術、網絡技術、通信技術以及微機保護技術發展的基礎上。網絡保護系統中網省級、省市級和市級主干網絡拓撲結構，以及分站系統拓撲結構均可采用簡單、可靠的總線結構、星形結構、環形結構等。分站保護系統在整個網絡保護系統中是最重要的一個環節。分站保護系統有2種模式：一是利用現有微機保護;另一個是組建新系統，各種保護功能完全由分站系統保護管理機實現。由于繼電保護在電網中的重要性，必須采取有針對性的網絡安全控制策略，以確保網絡保護系統的安全。

4.3 智能化

隨著計算機技術的飛速發展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不斷被應用于計算機繼電保護中，近年來人工智能技術如專家系統、人工神經網絡、遺傳算法、模糊邏輯、小波理論等在電力系統各個領域都得到了應用，從而使繼電保護的研究向更高的層次發展，出現了引人注目的新趨勢。例如電力系統繼電保護領域內出現了用人工神經網絡（ANN）來實現故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設備保護等。在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動;如果用神經網絡方法，經過大量故障樣本的訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發生任何故障時都可正確判別。

4.4 綜合自動化

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，能夠降低變電所的占地面積和設備投資，提高二次系統的可靠性。

綜合自動化系統打破了傳統二次系統各專業界限和設備劃分原則，改變了常規保護裝置不能與調度（控制）中心通信的缺陷，給變電所自動化賦予了更新的含義和內容，代表了變電所自動化技術發展的一種潮流。隨著科學技術的發展，功能更全、智能化水平更高、系統更完善的超高壓變電所綜合自動化系統，必將在中國電網建設中不斷涌現，把電網的安全、穩定和經濟運行提高到一個新的水平。

5 結束語

智能電網的建設并不是簡單的事情，智能電網的發展將影響到我國的各項經濟發展，隨著我國社會和經濟的飛速發展以及全國聯網戰略的實施，為了達到保護、測量和控制的需要，室外變電站的所有設備的發展戰略體得到一個新的高度，改進繼電保護系統的裝置，以確保電力系統的安全穩定的運行以及促使國民經濟長期快速的穩定增長，這是一項艱難的任務，同時也是我國的經濟的發展一個機遇。

參考文獻：

[1]李青云，電力系統繼電保護技術的發展現狀及趨勢研究[J]，硅谷，2010（5）

[2]顧毅華電力系統繼電保護技術的發展和前景[J]，硅谷，2009（9）

（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）