電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

【摘 要】本文回顧了我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程，概述了微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的成就，提出了未來(lái)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化和智能化。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；微機(jī)化；智能化；發(fā)展趨勢(shì)

一、繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，我國(guó)的繼電保護(hù)技術(shù)在60余年的時(shí)間里完成了發(fā)展的4個(gè)歷史階段。

建國(guó)后，我國(guó)繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無(wú)到有，在大約10年的時(shí)間里走過(guò)了先進(jìn)國(guó)家半個(gè)世紀(jì)走過(guò)的道路。50年代，我國(guó)工程技術(shù)人員創(chuàng)造性的吸收、消化，掌握了國(guó)外先進(jìn)的繼電保護(hù)性能和運(yùn)行技術(shù)，建成了一只具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)全國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長(zhǎng)起了指導(dǎo)作用。在60年代中期我國(guó)已建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系，這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的年代，為我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

自50年代末，晶體管繼電保護(hù)技術(shù)已開始研究，60年代中期到80年代中期是晶體管繼電保護(hù)技術(shù)蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時(shí)代。尤其是天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研究的50KV晶體管方向高頻閉鎖距離保護(hù)，運(yùn)行于葛洲壩500KV線路上，結(jié)束了500KV線路保護(hù)完全依靠從外國(guó)進(jìn)口的歷史。

我國(guó)從70年代末期即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的研究。華中理工大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、華北電力學(xué)院以及南京電力自動(dòng)化研究院等都開始相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過(guò)鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁(yè)，為微機(jī)保護(hù)技術(shù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)也相繼于1989年、1994年通過(guò)鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年通過(guò)鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)、西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993年和1996年通過(guò)鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。

隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說(shuō)，從90年代開始我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。

二、繼電保護(hù)的未來(lái)發(fā)展

繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。

（一）計(jì)算機(jī)化

隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷地發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)開始，不到五年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8位CPU開始，發(fā)展到工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的32位微機(jī)保護(hù)。

1988年，天津大學(xué)已開始研制以32位數(shù)字信號(hào)處理器為基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測(cè)量一體化微機(jī)裝置。因?yàn)?2位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32位的，具有存儲(chǔ)管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成在CPU內(nèi)。

電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求除了保護(hù)的基本功能外，還要求具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)動(dòng)聯(lián)網(wǎng)共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展的早期，曾試想過(guò)用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作為繼電保護(hù)裝置，但由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度和存儲(chǔ)容量都大大超過(guò)了當(dāng)年的小型機(jī)，用成套工控機(jī)作為繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)發(fā)展方向之一。

繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚需進(jìn)一步具體深入的研究。

（二）網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。國(guó)外早已提出過(guò)系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因?yàn)槔^電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，每個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。

對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息越多，對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)越準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。

由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

（三）保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化

在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無(wú)故障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。

（四）智能化

近年來(lái)，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的短路，距離保護(hù)很難正確判斷故障位置，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)。而如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過(guò)大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問(wèn)題的能力?？梢灶A(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題。

三、結(jié)束語(yǔ)

建國(guó)以來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)代。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，這又對(duì)國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的研究提出了新的要求。

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作者簡(jiǎn)介：安東（1976—），男，陜西綏德人，西安外事學(xué)院講師。