淺談電力系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展歷程與前景

許佳佳 陳洪才

摘 要：本文陳述了中國電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的發(fā)展歷程，指出繼電保護的最終發(fā)展方向是人工智能化。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護；歷程；前景

因為電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，對繼電保護技術(shù)方面提出了許多新的要求，計算機控制管理技術(shù)、遠程通信技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得繼電保護技術(shù)持續(xù)涌現(xiàn)出新的活力。

1 繼電保護技術(shù)的演變和發(fā)展的歷史

1.1 階段一

我國在上世紀中期就已組建了完整的體系，對繼電保護技術(shù)的教學、設(shè)計、研究、制造和運行進行嘗試。這個時期是中國機電型繼電保護技術(shù)的繁榮時代，為中國繼電保護技術(shù)的蓬勃發(fā)展打下了牢固的基礎(chǔ)。

1.2 階段二

中國的科技人員從上個世紀50年代末期，就開始對晶體管型繼電保護技術(shù)進行探討和研究。我國自行研制的產(chǎn)品已經(jīng)使用到葛洲壩500kV輸電線路上，終結(jié)了這類線路保護設(shè)施全部依賴由外國引進的歷史。

1.3 階段三

我國在上個世紀的70年代，就進行了在集成運算放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)繼電器保護的工作。有關(guān)科研單位研發(fā)了一種新的技術(shù)，這種技術(shù)就是集成電路控制的相電壓補償方式的方向高頻保護，它被應(yīng)用于500 千伏以及220千伏的多條輸電線路上。

1.4 階段四

科學研究單位和部分高級院校在研制計算機繼電保護技術(shù)當中起到了帶頭的作用。由國內(nèi)自主研發(fā)的正序故障分量、微機相電壓補償式方向高頻保護通過審核，從那以后，不同型號、不同理論基礎(chǔ)的計算機或是一些重要設(shè)施的安全保護，形式各異不盡相同。在這種技術(shù)條件下生產(chǎn)出的性能優(yōu)良、功能齊的繼電保護設(shè)備，為電力系統(tǒng)的安全提供了可靠保障。在微機保護設(shè)備的研發(fā)中，微機算法以及微機的保護軟件等技術(shù)，也獲得了許多的理論研究成果。我國在上個世紀末的時候繼電保護技術(shù)就已經(jīng)步入了采用微機繼電保護的時代。

2 繼電保護將來的發(fā)展方向

2.1 計算機化

伴隨計算機硬件設(shè)施的高速發(fā)展，微機保護方面的硬件也獲得持續(xù)發(fā)展，電力系統(tǒng)在微機保護方面的需求也在持續(xù)提升，不僅有保護的基礎(chǔ)性功能，還有足夠的空間用來存儲大量的故障信息和數(shù)據(jù)，可以快速的進行數(shù)據(jù)處理，并且通訊能力更加強大。它可以與別的控制設(shè)備或保護設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，用以共享全部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的信息和網(wǎng)絡(luò)資源，可以進行高級語言編程等。這些就需要微機保護設(shè)備的功能幾乎要和PC 機一樣。在剛開始研發(fā)計算機保護設(shè)備的時候，曾經(jīng)想使用小型計算機當作繼電保護設(shè)備，但是因為那時候的小型機體形較大、制作的成本高、可靠性較差，當時的設(shè)想有點不切實際。目前，和微機保護設(shè)備差不多大小的工控機，其在存儲容量、速度和功能方面都極大的超越了曾經(jīng)的小型機，所以，現(xiàn)在可以使用成套工控機來作為繼電保護，這種技術(shù)將會成為微機保護的一個發(fā)展方向。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

到目前為止，除去采用縱聯(lián)保護方式和差動保護的方式，其它全部采用了繼電保護設(shè)備，但是其功能只是用于監(jiān)控安裝位置的電氣狀態(tài)，保護作用也僅僅是用在切斷問題部件方面，以此減小故障牽涉的范圍，有這樣的局限性是因為缺少強大的數(shù)據(jù)通迅。

外國研究人員曾經(jīng)提過系統(tǒng)保護的理念，在當時主要考慮采用自動的安全設(shè)備。由于采用繼電保護，不僅僅是用來斷開問題部件以及控制故障涉及范圍，同時需要確保全部系統(tǒng)可以穩(wěn)定的、安全的運行。這樣就需要各個被保護部分都可以分享全部系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)以及故障狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，所有的保護單元與重合閘設(shè)備根據(jù)這些信息和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)安全的運行得到了保障。明顯看出，用電腦網(wǎng)絡(luò)把全部系統(tǒng)的主要保護設(shè)備連接到一起，是實現(xiàn)系統(tǒng)性保護的基礎(chǔ)，這就是采用網(wǎng)絡(luò)化的微機保護裝置。對于現(xiàn)在的技術(shù)條件是絕對可以實現(xiàn)的。

如果是進行非系統(tǒng)性的保護，采用保護設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)管理同樣具有好處。系統(tǒng)當中繼電保護設(shè)備可以獲得的事故信息愈多，對事故的性質(zhì)和故障點位置的判斷和檢測就愈準確。自適應(yīng)保護原理已經(jīng)被研究了很長時間了，也確實獲得了部分的成果，但是想要做到保護自適應(yīng)有效的用于系統(tǒng)的工作模式和故障狀態(tài)，一定要得到大量的系統(tǒng)工作信息和故障信息，唯有用網(wǎng)絡(luò)化為前提保護的計算機，才可以實現(xiàn)這一點。對于一些保護設(shè)備實行電腦聯(lián)網(wǎng)，也可以提升保護功能的可靠性。

2.3 數(shù)據(jù)通信一體化、測量、保護和控制

在網(wǎng)絡(luò)化和計算機化的前提下達成的繼電保護，保護設(shè)備其實就是功能多、性能高的計算機，是全部電力系統(tǒng)在計算機控制網(wǎng)絡(luò)上的智能控制點，該設(shè)備能夠經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到有關(guān)電力系統(tǒng)的故障和運行的所有數(shù)據(jù)和信息，還可以將它保護的部件的所有數(shù)據(jù)以及信息輸送給整個網(wǎng)絡(luò)的控制中心或是任何的智能控制點，所以，微機保護設(shè)備不僅僅能夠執(zhí)行繼電保護能力，并且在正常工作的情形下還可進行數(shù)據(jù)通信、控制、測量等工作，也就是達到了保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。

2.4 人工智能化

現(xiàn)在，在電力系統(tǒng)多個領(lǐng)域都使用了人工智能的技術(shù)，主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等，而這些技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域中的研制工作早已開始了。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是采用了一個非線性映射的辦法，許多不能夠列出方程式，或是復雜的不容易解答的非線性問題，采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辦法就可以輕松解決了。比如在輸電線兩邊系統(tǒng)電勢角度擺開的情形當中，出現(xiàn)流經(jīng)過渡電阻造成的短路現(xiàn)象就是一個非線性的故障，想要使用距離保護裝置判斷故障位置不太容易，這樣容易導致錯誤動作或是不動作，假如使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的判斷方法，由于提前進行了海量故障測試的訓練，如果樣本采集時候充分考慮了整體系統(tǒng)上可能發(fā)生的各種情況，那么出現(xiàn)了任意一種問題時保護裝置都能夠進行正確的判斷。

3 結(jié)論

國家的經(jīng)濟發(fā)展必須有電力系統(tǒng)在后面支持，由于經(jīng)濟發(fā)展迅速，對電力系統(tǒng)也提出了更高的要求，所以電力系統(tǒng)在其安全性方面一定要獲得有效的保護。經(jīng)過分析繼電保護的四個發(fā)展歷程，確定了電力系統(tǒng)的繼電保護技術(shù)將來會向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展，因此，對于進行繼電保護研發(fā)的人員來說即是機遇和也是挑戰(zhàn)。

參考文獻：

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