繼電保護技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)展的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

解曉東　王凌飛　夏曉聰

摘要：對我國目前推行的電力系統(tǒng)繼電保護相關(guān)技術(shù)分析的具體情況和其整體發(fā)展趨勢進行了簡要的闡述，主要是研究未來繼電保護技術(shù)的核心和關(guān)鍵技術(shù)，核心技術(shù)即計算機和微處理器，關(guān)鍵技術(shù)則是圖像顯示、自動控制、計算機、系統(tǒng)等。為電力系統(tǒng)繼電保護產(chǎn)品具有高度的智能化，需要將上述技術(shù)運用于這些產(chǎn)品中，并使其發(fā)展為信息工業(yè)領(lǐng)域中不可或缺的一部分。其將來的核心發(fā)展方向必然是系統(tǒng)一體化、網(wǎng)絡(luò)智能化和數(shù)字虛擬化。

關(guān)鍵詞:繼電保護技術(shù)；電力系統(tǒng)；發(fā)展趨勢

1繼電保護技術(shù)相關(guān)發(fā)展情況

因電力系統(tǒng)不斷進步，繼電保護技術(shù)地位也逐漸提升，并且要求也越來越高，而其在發(fā)展過程中也因其核心技術(shù)的進步擁有了嶄新的活力?？傮w來說，繼電保護技術(shù)主要包含以下幾個發(fā)展階段：

新中國成立以來，開始根本沒有繼電保護的相關(guān)理念，與此同時，也沒有繼電保護設(shè)計和關(guān)于繼電設(shè)備等工業(yè)企業(yè)，但在之后的十年當中，在技術(shù)人員的不斷努力之下趕上了國外50年的發(fā)展。20世紀中期，我國大力注重培養(yǎng)技術(shù)人才，并將這些國家人家送往海外，目的是讓我國也能對世界上的繼電保護設(shè)備的相關(guān)特性和一些核心技術(shù)進行研究與效仿。

1960年到1980年間的20年，晶體管繼電保護技術(shù)推廣開來，并逐步滲透到各個行業(yè)當中。在70年代已經(jīng)初步對部分基礎(chǔ)的電路維護進行分析以及研究了，其主要的研究基礎(chǔ)就是利用集成運算放大器的相關(guān)理論技術(shù)。之后十年，完整的集成電路維護體系已經(jīng)實現(xiàn)，并且逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。

九十年代開始因社會發(fā)展的需要，對基礎(chǔ)電路保護的研究進行了大量的投入，同時成果也十分顯著。此時，市場上存在著多種原理生產(chǎn)的以及各種型號的微機線路以及主要設(shè)備保護，因此，電力系統(tǒng)可以選擇高性能、多功能以及可靠性高的繼電保護設(shè)備。與此同時，維護軟件和相關(guān)算法也在這個過程中得到了顯著優(yōu)化、改良?？偟膩碚f，繼90年代之后，我國的繼電保護相關(guān)技術(shù)已經(jīng)初步邁進微機保護階段，是一次大的進步。

2繼電保護技術(shù)的大體發(fā)展趨勢

2.1數(shù)字化

因為先期的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得了大發(fā)展，給微機保護技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)，所以，微機保護技術(shù)也得以進步。因為社會需求量正在逐步提升，因此，在電力系統(tǒng)對微機保護方面，不僅是一次機會，更是一次大的挑戰(zhàn)，因為只有達到高要求，才能贏得消費市場。與此同時，其類似于PC機的功能還得不斷改進，使得它可以對眾多的故障信息和相關(guān)數(shù)據(jù)進行合理、有效的存儲，另外，對核心數(shù)據(jù)進行處理時，必須保障通信功能能夠正常使用。當前市場上的DigiProII系列的綜合數(shù)字式的相關(guān)設(shè)備都包含此功能，主要在110KV及以下的電網(wǎng)中使用，是用來測量、保護、掌控以及監(jiān)視相關(guān)輸電線路和變壓器、電動機等。為了使其可以方便的在一次設(shè)備中進行配備，運用了單元化的設(shè)計思路。其現(xiàn)場總線接口都是按照國家標準進行制造的，能夠進行多節(jié)點同時工作，并且可以提供高質(zhì)量的管理以及信息共享。這個設(shè)備現(xiàn)在包含PLC功能，利用的是先進的ISP技術(shù)和元件—工程—用戶三級可編程的相關(guān)模式，進而使得二次方案能夠完美地實現(xiàn)。綜上所述，DigiProII系列數(shù)字式綜合保護設(shè)備市場前景非常好。

2.2多功能一體化

保護設(shè)備是電網(wǎng)中的智能終端，其功能相當于高性能的計算機。電力系統(tǒng)在工作以及出現(xiàn)故障時產(chǎn)生的一切信息以及數(shù)據(jù)都能夠通過保護設(shè)備由網(wǎng)上下載，并且也能夠?qū)⑵浔Ｗo過程中產(chǎn)生的一些信息及數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)控中心以及所有終端。所以，微機保護設(shè)備不只是能完成繼電保護的基本使用功能，還能在電力系統(tǒng)正常維護中完成檢測、掌控和基本通信的功能，而維護、檢測、掌控以及數(shù)據(jù)通信一體化也能夠?qū)崿F(xiàn)。目前市場上存在的多功能一體的電力監(jiān)控系統(tǒng)為JCS變電站綜合保護系統(tǒng)(3.0版)，可以實現(xiàn)維護、監(jiān)控、通信以及采集數(shù)據(jù)、故障分析等功能。這個系統(tǒng)完美地把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、場總線技術(shù)以及繼電保護技術(shù)結(jié)合在一起，不僅使得功能正常使用，更是一次技術(shù)突破。它的主要構(gòu)造為分層分布式結(jié)構(gòu)，具體為：主站、系統(tǒng)以及子站系統(tǒng)與設(shè)備層。使用者可以依照工作環(huán)境對其配置方法進行靈活的選擇。IEC60870—5—103協(xié)議也適用于該系統(tǒng)，并且PROFIBUS，MODBUS等標準同樣適用，同時距離較遠的變電站之間的信息管理系統(tǒng)也能夠運用多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)連接形式產(chǎn)生。該系統(tǒng)是利用MS—Windows系統(tǒng)去完成軟件部分的，當前最好的編程語言為使用率高的C++，并且將其與SQL Server數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)合在一起，其設(shè)計原則是開發(fā)性高、模塊化以及高可靠性、容易維護等，最后的根本目標就是能夠設(shè)計出具有強大功能，易操作，高效率運作的任意擴展的系統(tǒng)。

2.3網(wǎng)絡(luò)化

保護設(shè)備已基本實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，同時三維多媒體技術(shù)也逐步引入維護設(shè)備中，究其原因是測量裝置高度的自動化與智能化。另外，如果現(xiàn)場總線技術(shù)可以取得大發(fā)展，必能使得保護設(shè)備直接可以連網(wǎng)作業(yè)。如今，基于現(xiàn)場總線的FCS的市場地位迅速提升，將會替代DCS在控制系統(tǒng)領(lǐng)域的地位，同時在控制領(lǐng)域也引入了Internet與Intranet技術(shù)，在企業(yè)的生產(chǎn)管理以及營銷等方面也運用了網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。利用網(wǎng)絡(luò)，保護設(shè)備使用者之間在不同的地方即可實現(xiàn)信息互換，完成實時交流，并且實現(xiàn)維護設(shè)備的故障診斷，也可以指導(dǎo)使用者進行設(shè)備的維修、新設(shè)備數(shù)據(jù)的優(yōu)化以及相關(guān)軟件的升級。為了適應(yīng)市場的需求，許多儀器生產(chǎn)公司都在研發(fā)新型網(wǎng)絡(luò)化智能測量裝置，而具有代表性的便是美國P&SDataCom公司生產(chǎn)的通用網(wǎng)絡(luò)通信控制器芯片——WebChipTM，該芯片使用方便，價格低廉并且功能強大，同時能夠連網(wǎng)，它是美國P&SDataCom公司經(jīng)過多年的探索才研發(fā)出來的。隨著微機維護設(shè)備的產(chǎn)生，使得其維護性能和高效性實現(xiàn)了大突破。

2.4智能化

現(xiàn)階段，微處理器和人工智能技術(shù)的進步發(fā)展與利用時繼電保護設(shè)備智能化的相關(guān)基礎(chǔ)。目前，因微電子技術(shù)的快速發(fā)展，在繼電保護產(chǎn)品中開始逐步融入了微處理（控制）器、DSP以及相應(yīng)的嵌入式軟件，因此，儀器儀表的數(shù)字化、智能化的程度逐步提升。美國所提出的“DSPC”的理念則是高度智能化的標志，它的核心部分是DSP芯片，混合信號電路、元件、ASIC電路與開發(fā)工具則構(gòu)成它的輔助部分。當前DSP生產(chǎn)精度也正逐步提升，由原先的0.35μm逐步提升至0.25μm、0.18μm、0.13μm，并且于05年得到質(zhì)的飛躍，精確高達0.075μm。預(yù)計到2010年，DSP將會擁有目前11倍的集成度，那時將會把5億只晶體管集成至一個芯片上。

當前，繼電保護產(chǎn)品為了設(shè)計成智能一體化以及擁有更多強大的功能，則需要添加更多的如表面貼裝技術(shù)(SMT)、圓片規(guī)模集成(WSI)、多芯片模塊(MCM)以及超大規(guī)模集成(VLSI)的新器件的新工藝和CAD、CAM、CAPP、CAT等輔助技巧。和傳統(tǒng)產(chǎn)品對比，當前的新智能繼電保護產(chǎn)品更具優(yōu)勢，特別是精細度、靈敏度、高度自動化以及性價比等方面。MM1系列智能保護設(shè)備適用環(huán)境為110KV及以下的電網(wǎng)中，主要用來維護、測量、控制和監(jiān)視輸電線路以及相關(guān)的變壓器、電動機等。為了使其可以方便的在一次設(shè)備中進行配備，運用了單元化的設(shè)計思路。可以見得，在繼電保護領(lǐng)域里，如果將人工智能技術(shù)的地位提高，那么就能夠解決以前不能解決的問題。

2.5虛擬化

虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)的合理利用為繼電保護設(shè)備虛擬化的產(chǎn)生提供便利的條件。所謂的虛擬現(xiàn)實技術(shù)是通過計算機模擬現(xiàn)實中的環(huán)境，讓使用者能夠身臨其境，使客觀事物都能夠存在于這一虛擬環(huán)境中，從而使設(shè)計者能夠更好的進行創(chuàng)新。虛擬儀器是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)而設(shè)計出來的產(chǎn)品，因為這個儀器功能強大，所以即使在多復(fù)雜多變的體系里也能高效使用，與傳統(tǒng)儀器不同，虛擬儀器主要靠軟件完成測量，通過相應(yīng)的軟件和少量的硬件以及PC機就可以顯示出和傳統(tǒng)儀器類似的顯示面板，并且能夠利用數(shù)據(jù)以及鍵盤對顯示面板上的虛擬按鈕等進行控制，從而實現(xiàn)各種功能，而且可以利用面板上的顯示屏等將測量的結(jié)果顯示以及打印出來。總的來說，繼電保護虛擬化的出現(xiàn)將會是未來的繼電保護技術(shù)發(fā)展的一個核心發(fā)展趨勢。

3 結(jié)束語

當前，我國的核心電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)共包含四大主要階段。繼電保護技術(shù)會因為電子系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及通信技術(shù)的迅速發(fā)展而實現(xiàn)自身的迅速發(fā)展。我國將來的繼電保護技術(shù)的將包含核心和關(guān)鍵技術(shù)，核心技術(shù)即計算機和微處理器，關(guān)鍵技術(shù)則由圖像顯示、自動控制、計算機、系統(tǒng)等構(gòu)成。其將來的核心發(fā)展方向必然是一體化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化和虛擬化。endprint