繼電保護裝置與繼電保護技術的發展與創新研究

郭威銘

長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057

0 引言

優化電力系統結構與排查系統故障、加強電力系統繼電保護是應對電能需求增加、用電規模擴大、電網供電壓力增加等問題的重要措施。隨著科學技術的發展與經濟的進步，人們的生活水平不斷提高，電力消耗持續上漲。在這種情況下，若不能創新電力系統繼電保護措施，依然采取傳統的繼電保護方式，將不能為電力系統運行安全提供保障。

由于供電量的日益增加、電網容量的不斷調整，加上高電壓、遠距離發展規劃的實施，導致電力工程的負荷增大，電網之間的磨合周期延長，電網結構越來越復雜，電力安全問題逐漸成為電力系統的管理焦點。基于此，需要加大對電力系統繼電保護的研究力度，制訂更加科學有效的保護策略，以保證繼電保護裝置運行的安全性與可靠性，為電力系統的穩定運行奠定扎實基礎。

1 電力系統繼電保護的必要性

在城市快速發展的背景下，電力系統的用電量持續增加，在滿足基本生產生活需求的同時，還要不斷提高供電質量。當前電力系統的供應壓力越來越大，特別是供不應求狀態持續周期長，在這種情況下，加大對繼電保護的研究力度，對電力系統的運行與緊迫問題的解決有重要意義。繼電保護關系著電力系統正常運行，繼電保護裝置的主要作用是幫助工作人員及時排查電力系統的故障，并且以最短的時間解決故障并恢復電力系統的運行。借助繼電保護裝置可以監測電力系統，一旦發現故障，可以及時向控制系統報警，技術人員能夠迅速采取措施排除故障。這樣可以減少電力系統停電的頻率，同時強化電力系統的基本功能。電力系統繼電保護裝置與繼電保護技術的研究，也可以為電力系統和社會秩序的正常提供保障。電力系統正常運行時，供電穩定性可以得到保證，使社會秩序不受影響，人們能夠正常生活，企業能夠正常生產[1]。一旦電力系統停止運行，人們的生活與生產都會受到干擾，社會秩序也會被影響。利用繼電保護裝置，技術人員可以及時了解電力系統的運行狀態，排除電力系統異常風險，避免停電或者電力系統異常影響城市發展、社會生產等。由此可以看出，電力系統繼電保護裝置及繼電保護技術的優化創新是提高電力系統穩定性的必然選擇[2]。

2 繼電保護裝置與繼電保護技術的發展歷程

繼電保護技術是電力系統保護的核心，繼電保護技術在我國起步較晚，從20世紀60年代開始發展。初期的繼電保護器為晶體管，其在當時能夠滿足電力保護需求，因此得到迅速普及。隨著電力保護技術研究的深入，晶體管繼電保護器升級為集成電路保護裝置，其以集成運算放大器為載體，在電力系統保護中得到廣泛應用[3]。之后，研究人員還研發出了微機保護繼電裝置。隨著信息化水平的提高，繼電保護裝置逐漸轉型為電子化與網絡化整合的裝置，這是信息化時代下電力系統保護的主要發展方向，也是繼電保護裝置研發的必然路徑。

3 繼電保護裝置的功能和具體使用

3.1 繼電保護裝置的主要功能

繼電保護裝置的主要功能是母聯保護和線路保護。繼電保護裝置的功能較多，在電力系統中，繼電保護裝置功能的有效發揮是電力系統正常運行、規避電力系統運行故障、降低電力系統所受損害的重要保障。繼電保護裝置對電力系統的保護以三段式電流保護為主，部分保護為二段式保護，既可以預防電力系統短路等常見故障，又能夠確保主變保護到位和輸變電設備的正常運行。即便出現故障，繼電保護裝置可以將電力系統故障損失降到最低。尤其是隨著微電腦處理技術的加入，電力系統繼電保護真正實現了自動化監控，一旦電力系統出現異常，繼電保護裝置可以迅速斷開電路，為電力系統安全提供保護[4]。

3.2 繼電保護裝置的選型和使用

繼電保護裝置的選型和使用是電力系統保護的重要內容，也是繼電保護裝置保護功能最大化的基礎。繼電保護裝置選型和使用涉及很多因素，相關人員需要分析電力系統，確保繼電保護裝置與電力系統相匹配[5]。為了充分發揮繼電保護裝置對電力系統運行全程的管控與保護作用，相關人員需要以實時監控為基礎，不遺漏任何系統運行環節，及時發現運行故障或者安全隱患，迅速發出報警信號，并根據實際情況控制電力系統運行狀態。相關人員需要認清網絡技術在繼電保護中的積極作用，在擴大繼電保護領域的同時，借助網絡技術提高繼電保護的現代化水平，打造完善、高效的網絡化監控與安全維護模式；同時，需要重視繼電保護裝置的基本性能，確保其所有功能正常、保護與控制的靈敏性達標、功能可靠且反應迅速等[6]。

4 繼電保護裝置的網絡化革新

網絡化革新是繼電保護的發展重點。網絡化與智能化掛鉤，在各種信息技術快速發展的背景下，繼電保護技術同樣需要發展。目前，繼電保護技術與信息技術的結合已經從初步探索階段轉到穩步發展階段，計算機技術與自動化控制技術的加入大幅提高了繼電保護裝置的智能化水平[7]。例如，基于單片機技術，繼電保護裝置具備了微機化保護功能，電力系統保護與故障識別、診斷等的準確率提高，繼電保護裝置能夠快速完成電力系統數據整合，從而保護變電設備和系統的安全。網絡化的繼電保護裝置可以協助電力系統保護人員科學開展系統保護工作，信息技術的加入與繼電保護系統的升級都是電力系統保護自動化、智能化發展的重要體現。

5 繼電保護技術的創新思路

繼電保護是電力系統保護與控制的關鍵。近些年，繼電保護技術的信息化與智能化發展實現了電力系統保護的質的飛躍。在此基礎上，科學梳理電力系統繼電保護的思路，有利于完善電力系統保護工作，提高電力系統運行的安全性與穩定性。

5.1 打造繼電保護網絡控制體系

創新繼電保護模式需要結合網絡技術、通信技術等數字化技術。利用數字化技術可以捕捉并及時發送電力系統狀態，使控制中心第一時間了解電力系統的運行狀態。技術人員需要科學搭配繼電保護裝置與測控裝置，并以數字傳輸網絡的形式，創建人機對話界面，隨后在網絡繼電保護控制服務器的引導下進行電力系統保護工作。測控裝置主要負責控制設備信息機的正常運行與信號采集，其可以及時轉變信號模式，并將信號上傳到繼電保護控制系統[8]。變電站的全部流程都在監控范圍內，若電力系統存在故障，繼電保護能發揮保護作用，及時替代變電站處理故障。繼電保護裝置、服務器等裝置之間必須保持實時聯系，并使用數字傳輸網絡確保聯系的穩定性，從而確保數字信息的及時傳遞，并為子系統與繼電保護系統的實時信號交換提供保障?？刂葡到y主要負責整理接收的信號，為了確保其可以準確判斷信號，需要提前設置繼電保護與電力系統正常運行的邏輯關系。此外，還需要增設數據流運行的裝置，以集中處理采集的電力系統數據，減輕測控裝置的運行壓力，并方便電力系統信息的分析處理。

5.2 應用線性最優控制理論

電力系統屬性特殊，不僅規模龐大，同時還具備時變性、非線性等特點。電力系統的所有參數都是動態變化的，這增加了繼電保護的難度。對此，技術人員可以從智能化角度出發，借助智能化技術高效處理的優勢，應用線性最優控制理論，突破電力系統繼電保護的局限。技術人員需要根據電力系統繼電保護的實際情況，結合優化理論，構建繼電保護線性控制體系，以解決電力系統的實際問題。相比于傳統勵磁控制理論，線性最優控制理論的應用具備優勢，其不僅可以明顯提高遠距離控制與動態品質改善的效率，還能合理控制制動電阻時間，滿足繼電保護技術對局部線性化模型的設計要求。

5.3 制定完善的模糊控制方案

應用電力系統繼電保護時，除了應用線性最優控制理論，還需制訂完善的模糊控制方案，充分發揮其實用性優勢。與數學模型相比，模糊控制技術使用的模糊關系模型使用難度較小，但能夠滿足電力系統繼電保護的需求。模糊關系模型的應用范圍廣，大型電力設備、電風扇或者恒溫器都適用該模型。以恒溫器的模糊控制為例，恒溫器的模糊控制方案需要根據恒溫器的具體情況作出適當調整，從而在保持恒溫器功能穩定性的同時，降低恒溫器的運行能耗。恒溫器的主要作用是使電力系統的溫度處于恒定狀態，在恒溫器的正常工作中，恒溫控制裝置會出現擺動振蕩，使溫度出現突然變化，無法保持恒溫狀態。使用模糊控制技術能夠有針對性地解決這些問題，并且做好溫度變化的預防工作，減少恒溫器使用時的波動。使用模糊控制技術能夠有效區分溫度與溫度變化，以模糊控制器為載體，可以輸入語言變量，并加快語言變量的相互跨接速度，這樣既可以解決恒溫器的溫度變化問題，又可以有效節電，避免超溫情況。

5.4 融入神經網絡控制與專家系統控制

（1）神經網絡控制。在電力系統繼電保護中可以滲透神經網絡控制技術。經過持續的研究創新，神經網絡控制技術的學習算法和模型結構都已經非常成熟。電力系統保護的參數多，保護處理復雜，使用神經網絡控制技術中的神經元可以通過尋找電力系統中隱藏的規律重新連接系統各部分，隨后通過連接權值，掌握電力系統中的未知信息，并作出適當調整。這可以幫助電力系統梳理非線性映射關系與不同維度空間的轉換。神經網絡控制的非線性特點十分適合電力系統的保護控制，因此需加大相關研究的力度。

（2）專家系統控制。在電力系統繼電保護融入專家系統控制，能夠有效提高電力系統辨識危險信號的能力，并且加快故障恢復速度，還能夠集中系統控制力，但是也存在一定的局限性，需在實際應用中慎重考慮。首先，相關人員對專家系統控制技術的認識不夠深入；其次，專家系統的學習機構不夠健全，陌生問題頻出；最后，專家系統控制的創造性不夠，專家系統控制與電力系統保護結合時，驗證問題復雜，會過度消耗電力系統保護處理時間?；诖?，還需要進一步研究專家系統控制技術，結合電力系統繼電保護需求作出適當調整。

5.5 提升繼電保護系統智能化水平

智能化是繼電保護系統未來的主要發展方向，繼電保護系統智能化水平的提升，需要從綜合智能系統著手。需要改進電力系統繼電保護方法，增加智能化元素，借助現代化控制與智能化管理的交叉處理，迅速適應電力系統的復雜性特點，充分挖掘電力系統中綜合智能系統的應用潛力。以專家系統、神經網絡等為研究對象，對智能系統進行綜合分類，幫助各個研究對象尋找最佳應用路徑，由此奠定繼電保護工作的智能化基礎，為電力系統的保護與控制提供技術支撐。

6 結束語

綜上所述，電力系統的保護與控制十分重要，繼電保護技術是目前電力系統運行的關鍵。繼電保護裝置的升級與繼電保護模式的創新需要不斷滲透信息化技術，打造智能化保護與控制系統，及時解決繼電保護中存在的問題。技術人員需要認識繼電保護對電力系統保護的重要性，并在此基礎上，重新梳理電力系統保護與控制的思路，整合先進的網絡技術，搭配神經網絡與專家系統等，從多方面提高電力系統的繼電保護水平，為電力系統的安全運行營造理想環境。