電力系統繼電保護技術(shù)現狀與發(fā)展

電力系統對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應具有大容量故障信息和數據的長(cháng)期存放空間，快速的數據處理功能，強大的通信能力，與其它保護、控制裝置和調度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統數據、信息和網(wǎng)絡(luò )資源的能力，高級語(yǔ)言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設想過(guò)用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。由于當時(shí)小型機體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設想是不現實(shí)的?，F在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過(guò)了當年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時(shí)機已經(jīng)成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機保護裝置結構完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有：(1)具有486PC機的全部功能，能滿(mǎn)足對當前和未來(lái)微機保護的各種功能要求。(2)尺寸和結構與目前的微機保護裝置相似，工藝精良、防震、防過(guò)熱、防電磁干擾能力強，可運行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。(3)采用STD總線(xiàn)或PC總線(xiàn)，硬件模塊化，對于不同的保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。

繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿(mǎn)足電力系統要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究。

2.2　網(wǎng)絡(luò )化

計算機網(wǎng)絡(luò )作為信息和數據通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類(lèi)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(zhù)各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動(dòng)保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處的電氣量。繼電保護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有力的數據通信手段。國外早已提出過(guò)系統保護的概念，這在當時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統的安全穩定運行。這就要求每個(gè)保護單元都能共享全系統的運行和故障信息的數據，各個(gè)保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協(xié)調動(dòng)作，確保系統的安全穩定運行。顯然，實(shí)現這種系統保護的基本條件是將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接起來(lái)，亦即實(shí)現微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò )化。這在當前的技術(shù)條件下是完全可能的。

對于一般的非系統保護，實(shí)現保護裝置的計算機聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。對自適應保護原理的研究已經(jīng)過(guò)很長(cháng)的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現保護對系統運行方式和故障狀態(tài)的自適應，必須獲得更多的系統運行和故障信息，只有實(shí)現保護的計算機網(wǎng)絡(luò )化，才能做到這一點(diǎn)。

對于某些保護裝置實(shí)現計算機聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護的可靠性。天津大學(xué)1993年針對未來(lái)三峽水電站500kV超高壓多回路母線(xiàn)提出了一種分布式母線(xiàn)保護的原理，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統的集中式母線(xiàn)保護分散成若干個(gè)(與被保護母線(xiàn)的回路數相同)母線(xiàn)保護單元，分散裝設在各回路保護屏上，各保護單元用計算機網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接起來(lái)，每個(gè)保護單元只輸入本回路的電流量，將其轉換成數字量后，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )傳送給其它所有回路的保護單元，各保護單元根據本回路的電流量和從計算機網(wǎng)絡(luò )上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線(xiàn)差動(dòng)保護的計算，如果計算結果證明是母線(xiàn)內部故障則只跳開(kāi)本回路斷路器，將故障的母線(xiàn)隔離。在母線(xiàn)區外故障時(shí)，各保護單元都計算為外部故障均不動(dòng)作。這種用計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)現的分布式母線(xiàn)保護原理，比傳統的集中式母線(xiàn)保護原理有較高的可靠性。因為如果一個(gè)保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯誤地跳開(kāi)本回路，不會(huì )造成使母線(xiàn)整個(gè)被切除的惡性事故，這對于象三峽電站具有超高壓母線(xiàn)的系統樞紐非常重要。

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

2.3　保護、控制、測量、數據通信一體化

在實(shí)現繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò )化的條件下，保護裝置實(shí)際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個(gè)電力系統計算機網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網(wǎng)絡(luò )控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無(wú)故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能，亦即實(shí)現保護、控制、測量、數據通信一體化。

目前，為了測量、保護和控制的需要，室外變電站的所有設備，如變壓器、線(xiàn)路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復雜。但是如果將上述的保護、控制、測量、數據通信一體化的計算機裝置，就地安裝在室外變電站的被保護設備旁，將被保護設備的電壓、電流量在此裝置內轉換成數字量后，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò )的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾?，F在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗階段，將來(lái)必然在電力系統中得到應用。在采用OTA和OTV的情況下，保護裝置應放在距 OTA和OTV最近的地方，亦即應放在被保護設備附近。OTA和OTV的光信號輸入到此一體化裝置中并轉換成電信號后，一方面用作保護的計算判斷;另一方面作為測量量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )送到主控室。從主控室通過(guò)網(wǎng)絡(luò )可將對被保護設備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執行斷路器的操作。1992年天津大學(xué)提出了保護、控制、測量、通信一體化問(wèn)題，并研制了以TMS320C25數字信號處理器(DSP)為基礎的一個(gè)保護、控制、測量、數據通信一體化裝置。

2.4　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)化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個(gè)領(lǐng)域都得到了應用，在繼電保護領(lǐng)域應用的研究也已開(kāi)始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是一種非線(xiàn)性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復雜的非線(xiàn)性問(wèn)題，應用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法則可迎刃而解。例如在輸電線(xiàn)兩側系統電勢角度擺開(kāi)情況下發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的短路就是一非線(xiàn)性問(wèn)題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng);如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法，經(jīng)過(guò)大量故障樣本的訓練，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)化規劃等也都有其獨特的求解復雜問(wèn)題的能力。將這些人工智能方法適當結合可使求解速度更快。天津大學(xué)從1996年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )式繼電保護的研究，已取得初步成果?？梢灶A見(jiàn)，人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會(huì )得到應用，以解決用常規方法難以解決的問(wèn)題。

3　結束語(yǔ)

建國以來(lái)，我國電力系統繼電保護技術(shù)經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)代。隨著(zhù)電力系統的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護技術(shù)面臨著(zhù)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。國內外繼電保護技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡(luò )化，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化，這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開(kāi)辟了活動(dòng)的廣闊天地。