淺論電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

【摘 要】本文對(duì)電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)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，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。可以說從20世紀(jì)90年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村電網(wǎng)；繼電保護(hù)；配置；可靠性

1 繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的歷史概況

電力系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)提出了新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，也是科技實(shí)力的發(fā)展。

建國后，我國繼電保護(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)伍從無到有，在大約10年的時(shí)間里走過了先進(jìn)國家半個(gè)世紀(jì)走過的道路。20世紀(jì)50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)，建成了一支具有深厚繼電保護(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)全國繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長起了指導(dǎo)作用。在引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國外先進(jìn)的繼電器制造技術(shù)后，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。在60年代中期我國已建成了繼電保護(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)繁榮的時(shí)代，為我國繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

20世紀(jì)50年代末，晶體管繼電保護(hù)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)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。我國研制的500kV晶體管方向高頻保護(hù)和晶體管高頻閉鎖距離保護(hù)的成功運(yùn)行，結(jié)束了500kV線路保護(hù)依靠進(jìn)口的時(shí)代。從70年代中期，基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)已開始研究。到80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護(hù)。到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。

20世紀(jì)70年代末開始計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)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l989年、l994年通過鑒定并投入運(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l993年、l996年通過鑒定。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。從90年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代，開始走上高科技的發(fā)展時(shí)代。

2 繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展前景

智能化進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，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，電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)的一些研究工作也轉(zhuǎn)向人工智能的研究。專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和模糊控制理論逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，為繼電保護(hù)的發(fā)展注入了活力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用，新的控制原理和方法被不斷應(yīng)用于計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)中，以期取得更好的效果，從而使微機(jī)繼電保護(hù)的研究向更高的層次發(fā)展，其未來趨勢(shì)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。微計(jì)算機(jī)硬件的更新和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，發(fā)展速度最快的當(dāng)屬計(jì)算機(jī)硬件，按照著名的摩爾定律，芯片上的集成度每隔18～24個(gè)月翻一番。其結(jié)果是不僅計(jì)算機(jī)硬件的性能成倍增加，價(jià)格也在迅速降低。微處理機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在單片化及相關(guān)功能的極大增強(qiáng)，片內(nèi)硬件資源得到很大擴(kuò)充，單片機(jī)與DSP芯片二者技術(shù)上的融合，運(yùn)算能力的顯著提高以及嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信芯片的出現(xiàn)及應(yīng)用等方面。這些發(fā)展使硬件設(shè)計(jì)更加方便，高性價(jià)比使冗余設(shè)計(jì)成為可能，為實(shí)現(xiàn)靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺(tái)創(chuàng)造了條件。硬件技術(shù)的不斷更新，使微機(jī)保護(hù)對(duì)技術(shù)升級(jí)的開放性有了迫切要求。未來的繼電保護(hù)技術(shù)、變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護(hù)和計(jì)量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)。高壓、超高壓變電站正面臨著一場(chǎng)技術(shù)創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化的緊密結(jié)合，它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠(yuǎn)方控制與信息共享。以遠(yuǎn)方終端單元（RTu）、微機(jī)保護(hù)裝置為核心，將變電所的控制、信號(hào)、測(cè)量、計(jì)費(fèi)等回路納入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護(hù)屏，能夠降低變。

自適應(yīng)繼電保護(hù)的概念始于20世紀(jì)80年代，它可定義為能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或定值的新型繼電保護(hù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使保護(hù)能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。這種新型保護(hù)原理的出現(xiàn)引起了人們的極大關(guān)注和興趣，是微機(jī)保護(hù)具有生命力和不斷發(fā)展的重要內(nèi)容。自適應(yīng)繼電保護(hù)具有改善系統(tǒng)的響應(yīng)、增強(qiáng)可靠性和提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)，在輸電線路的距離保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、自動(dòng)重合閘等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。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)。其發(fā)展將出現(xiàn)原理突破和應(yīng)用革命，由數(shù)字時(shí)代跨入信息化時(shí)代，發(fā)展到一個(gè)新的水平。未來中國電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展前景，會(huì)以嶄新的姿態(tài)走在世界前列。

3 10KV線路保護(hù)中容易被忽視的問題及解決方法

（1）10kV線路如裝有大量的配電變壓器，在線路投入時(shí)，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產(chǎn)生了一個(gè)復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程，在系統(tǒng)阻抗較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的涌流，時(shí)間常數(shù)也較大。二段式電流保護(hù)中的電流速斷保護(hù)由于要兼顧靈敏度，動(dòng)作電流值往往取得較小，特別在長線路或系統(tǒng)阻抗大時(shí)更明顯。勵(lì)磁涌流值可能會(huì)大于裝置整定值，使保護(hù)誤動(dòng)。這種情況在線路變壓器個(gè)數(shù)少、容量小以及系統(tǒng)阻抗大時(shí)并不突出，因此容易被忽視，但當(dāng)線路變壓器個(gè)數(shù)及容量增大后，就可能出現(xiàn)。

勵(lì)磁涌流的特征，就是它含有大量的二次諧波，另一特征就是它的大小隨時(shí)間而衰減，一開始涌流很大，一段時(shí)間后涌流衰減為零，流過保護(hù)裝置的電流為線路負(fù)荷電流，利用涌流這個(gè)特點(diǎn)，在電流速斷保護(hù)加入一短時(shí)間延時(shí)，一般為0.15～0.2s的時(shí)限，就可以防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)作，這樣雖然會(huì)增加故障時(shí)間，但在對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行影響較小的地方還是適用的。

（2）10kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農(nóng)網(wǎng)中的變電所，它們往往遠(yuǎn)離電源，系統(tǒng)阻抗較大。對(duì)于同一線路，出口處短路電流大小會(huì)隨著系統(tǒng)規(guī)模及運(yùn)行方式改變而改變。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，10kV系統(tǒng)短路電流會(huì)隨著變大，可以達(dá)到TA一次額定電流的幾百倍，系統(tǒng)中原有一些能正常運(yùn)行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路電流中含大量非周期分量，又會(huì)進(jìn)一步加速TA飽和。在10kV線路短路時(shí)，由于TA飽和，感應(yīng)到二次側(cè)的電流會(huì)很小或接近于零，使保護(hù)裝置拒動(dòng)，影響供電可靠性，而且嚴(yán)重威脅運(yùn)行設(shè)備的安全。

避免TA飽和一是在選擇TA時(shí)，變比不能選得太小，要考慮線路短路時(shí)TA飽和問題，一般10kV線路保護(hù)TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負(fù)載阻抗，盡量避免保護(hù)和計(jì)量共用TA，縮短TA二次電纜長度及加大二次電纜截面等，就能很好的防止TA飽和現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

隨著科技的進(jìn)步和電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，對(duì)繼電保護(hù)的要求也不斷提出新要求，加之電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷注入新的活力。因此，新時(shí)期的繼電保護(hù)技術(shù)也要與時(shí)俱進(jìn)，未來的電力秉統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)逐步的走在世界前列。該文在回靨繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展歷史的同時(shí)，也在眺望未來繼電保護(hù)技術(shù)的美好前景。

[責(zé)任編輯：丁艷]