繼電保護(hù)設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展

摘要 隨著科技的發(fā)展，許多新原理和新技術(shù)成功地應(yīng)用于工程，并得到了檢驗(yàn)，大大改善了主設(shè)備保護(hù)的安全運(yùn)行。文章從介紹電力系統(tǒng)中保護(hù)設(shè)備的概念出發(fā)，由分類、任務(wù)，進(jìn)一步介紹微機(jī)保護(hù)和自適應(yīng)保護(hù)的發(fā)展以及特點(diǎn)，最后了對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)提出展望。

關(guān)鍵詞 繼電保護(hù)；現(xiàn)狀；發(fā)展

中圖分類號(hào) TD672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）122-0220-02

電力系統(tǒng)作為一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，它由發(fā)電機(jī)，變壓器，母線，輸配線路及用電設(shè)備以各種方式連接配置而成，各元件之間通過電或磁發(fā)生聯(lián)系，任何元件發(fā)生故障都將在不同程度上影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)先后經(jīng)歷了不同的發(fā)展時(shí)期。近10年來(lái)，電力工業(yè)突飛猛進(jìn)，整個(gè)電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出往超高電壓等級(jí)、單機(jī)容量增大、大聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方向發(fā)展的趨勢(shì)，這就對(duì)主設(shè)備保護(hù)的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性提出了更高的要求。繼電保護(hù)技術(shù)作為電力系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備，它對(duì)保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益起到舉足輕重的作用。在此期間也涌現(xiàn)出了大量先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備。繼電保護(hù)設(shè)備是指對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)以及為運(yùn)行、維護(hù)人員提供運(yùn)行工況或生產(chǎn)指揮信號(hào)所需的低壓電氣設(shè)備，主要包括熔斷器、控制開關(guān)、繼電器、控制電纜、儀表、信號(hào)設(shè)備、自動(dòng)裝置等。

1 電保護(hù)設(shè)備的分類及基本任務(wù)

1.1 基本分類

繼電保護(hù)可按以下4種方式分類：

1）被保護(hù)對(duì)象分類，有輸電線保護(hù)和主設(shè)備保護(hù)（如發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、電抗器、電容器等保護(hù)）。

2）保護(hù)功能分類，有短路故障保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)。前者又可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)；后者又可分為過負(fù)荷保護(hù)、失磁保護(hù)、失步保護(hù)、低頻保護(hù)、非全相運(yùn)行保護(hù)等。

3）保護(hù)裝置進(jìn)行比較和運(yùn)算處理的信號(hào)量分類，有模擬式保護(hù)和數(shù)字式保護(hù)。一切機(jī)電型、整流型、晶體管型和集成電路型（運(yùn)算放大器）保護(hù)裝置，它們直接反映輸入信號(hào)的連續(xù)模擬量，均屬模擬式保護(hù)；采用微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)的保護(hù)裝置，它們反應(yīng)的是將模擬量經(jīng)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換后的離散數(shù)字量，這是數(shù)字式保護(hù)。

4）保護(hù)動(dòng)作原理分類，有過電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、功率方向保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、高頻（載波）保護(hù)等。

1.2 基本任務(wù)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：

1）自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。

2）反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件（如有無(wú)經(jīng)常值班人員）而動(dòng)作于信號(hào)，以便值班員及時(shí)處理，或由裝置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行就會(huì)引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免暫短地運(yùn)行波動(dòng)造成不必要的動(dòng)作和干擾而引起的誤動(dòng)。

3）繼電保護(hù)裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2 電保護(hù)設(shè)備的現(xiàn)狀

2.1 微機(jī)繼電保護(hù)

19世紀(jì)的70-80年代，熔斷器已作為最早的繼電保護(hù)裝置熔斷器開始應(yīng)用。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，到20世紀(jì)初期產(chǎn)生了作用于斷路器的電磁型繼電保護(hù)裝置。20世紀(jì)50年代晶體管和其他固態(tài)元器件迅速發(fā)展，電子器件型保護(hù)才得以應(yīng)用。直到1965年出現(xiàn)了應(yīng)用計(jì)算機(jī)的數(shù)字式繼電保護(hù)，即早期的微機(jī)保護(hù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模集成電路技術(shù)飛速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)問世，價(jià)格大幅度下降，計(jì)算速度不斷加快，可靠性也大為提高，微機(jī)繼電保護(hù)的研制隨之出現(xiàn)高潮，到70年代后期已從趨于實(shí)用。

2.2 微機(jī)繼電保護(hù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)

1）微機(jī)繼電保護(hù)集測(cè)量、控制、監(jiān)視、保護(hù)、通信等多種功能于一體的電力自動(dòng)化高新技術(shù)產(chǎn)品，是構(gòu)成智能化開關(guān)柜的理想電器單元。

2）多種功能的高度集成，靈活的配置，友好的人機(jī)界面，使得該通用型微機(jī)綜合保護(hù)裝置可作為35 KV及以下電壓等級(jí)的不接地系統(tǒng)、小電阻接地系統(tǒng)、消弧線圈接地系統(tǒng)、直接接地系統(tǒng)的各類電器設(shè)備和線路的保護(hù)及測(cè)控，也可作為部分66 KV、110 KV電壓等級(jí)中系統(tǒng)的電壓電流的保護(hù)及測(cè)控

3）采用32位數(shù)字處理器（DPS）具有先進(jìn)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，高速運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)信號(hào)處理等優(yōu)點(diǎn)。

4）支持常規(guī)的RS485總線以及CAN（DEVICENET）現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，CAN總線具有自動(dòng)重發(fā)和故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫離等糾錯(cuò)機(jī)制，保護(hù)信息的實(shí)施性和可靠性。

5）完善的自檢能力，發(fā)現(xiàn)裝置異常自動(dòng)報(bào)警；具有自保護(hù)能力，有效防止接線錯(cuò)誤和非正常運(yùn)行引起的裝置永久性損壞；免維護(hù)設(shè)計(jì)，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整采樣精度，測(cè)量精度不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境改變和長(zhǎng)期運(yùn)行引起誤差增大。

2.3 自適式繼電保護(hù)

自適應(yīng)繼電保護(hù)作為繼電保護(hù)發(fā)展的未來(lái)是本世紀(jì)80 年代提出的一個(gè)較新的研究課題。自適應(yīng)繼電保護(hù)指可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)改變保護(hù)的性能、特性或定值的保護(hù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使其盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進(jìn)一步改善保護(hù)性能。使用自適應(yīng)原理可以使保護(hù)性能優(yōu)化， 并且可在線自動(dòng)改變以適應(yīng)系統(tǒng)的改變。自適應(yīng)原理在繼電保護(hù)領(lǐng)域的主要應(yīng)用有自適應(yīng)重合閘、自適應(yīng)饋線保護(hù)、串補(bǔ)輸電線路的自適應(yīng)保護(hù)、以及自適應(yīng)行波保護(hù)。

3 繼電保護(hù)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 微機(jī)保護(hù)硬件發(fā)展趨勢(shì)

微處理器：采用高性能的16位或32位單片機(jī)，采用DSP芯片，采用工控機(jī)（嵌入式處理器，如V40 STD；386EX；486DX等）。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：VFC壓頻變換的AD654、VFC110（主要用于微機(jī)線路保護(hù)）；無(wú)需CPU干預(yù)的高速數(shù)據(jù)采集芯片如AD7874、MAX125/126等（主要用于微機(jī)元件保護(hù)）。

網(wǎng)絡(luò)通訊：通訊端口有RS232、RS485、以太網(wǎng)總線接口、Lonworks網(wǎng)總線

3.2 微機(jī)保護(hù)軟件發(fā)展趨勢(shì)

新型算法：最小二乘法；卡爾曼濾波算法；故障分量算法；自適應(yīng)算法等。

人工智能的運(yùn)用：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）；模糊理論；遺傳算法（BP）等。

小波理論的運(yùn)用（在時(shí)域和頻域皆具有良好的局部化分析能力，用于處理局部突變信號(hào)）。

全球定位系統(tǒng)GPS的運(yùn)用等。

總之，隨著電力系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)必然向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化及人工智能化快速發(fā)展，為電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供更加可靠、高效的保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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[4]葛耀中.新型繼電保護(hù)與故障測(cè)距原理與技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1996.

作者簡(jiǎn)介

李新文（1977—），男，江西上高人，本科，工程師中級(jí)，許繼電氣股份有限公司電網(wǎng)公司設(shè)計(jì)部，研究方向：電氣工程及自動(dòng)化。

錢紹蕊（1973—），女，河南臨潁人，本科，電氣工程師，許繼電氣股份有限公司，研究方向：從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化研究。