对继电保护技术在电力系应用及分析

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【摘 要】21世纪科技迅猛发展，电力系统继电保护技术也得到飞跃发展，随着微机继电保护技术的发展，我国电力行业从此迈上了新台阶。本文阐述微机继电保护的特点 ，回顾微机继电保护的发展史 ，分析我国微机继电保护的现状 ，展望微机继电保护的发展新趋势。

【关键词】电力系统；继电保护；技术；发展现状

一、微机继电保护的主要特点

根据，研究和实践证明 ，与传统的继 电保护相 比较 ，微机保护有许多优点 ，其主要特点如下改善和提高继 电保护 的动作特征 和性 能 ，动作正确率高。主要表现在能得 到常规保护不易获得的特性 其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护 可引进 自动控制 、新的数学理论和技术 ，如自适应 、状态预测 、模糊控制及人工神经网络等 ，其运行高正确率也已在实践中得到证明 。可以方便地扩充其他辅助功能 。如故障录波 、波形分析等 ，可 以方便地附加低频减载 、自动重合闸、故障录波 、故障测距等功能 。工艺 结构条 件优越 。体现 在 硬件 比较 通用 ，制造容易统一标准 装置体积小 ，减少了盘位数量 功耗低 。可靠性容易提高 。体现在数字元件的特性不易受温度变化 、电源波动、使用年限、元件更换的影响 且 自检和巡检能力强 ，可用软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。使用灵 活方便 ，人机界面越来越友好 。其维护调试也更方便 ，从而缩短维修时间 同时依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性 、结构 。可以进行远方监控 。微机保护装置具有串行通信功能 ，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性 。

二、微机继电保护的发展史

电力系统继电保护的发展经历了机电型 、整流型 、晶体管型和集成电路型几个阶段后 ，现在发展到了微机保护阶段 。微机继电保护指的是以数字式计算机 、（包括微型机） 为基础而构成的继 电保护。它起源于20世纪60年代中后期 ，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的。60年代中期 ，有人提 出用小型计算机实现继 电保护的设想 但是由于当时计算机的价格昂贵 ，同时也无法满足高速继电保护的技术要求 ，因此没有在保护方面取得实际应用 ，但 由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究 ，为后来的继电保护发展奠定了理论基础 。计算机技术在 年代初期和中期出现了重大突破 ，大规模集成电路技术的飞速发展 ，使得微型处理器和微型计算机进人了实用阶段 。价格 的大幅度下降 ，可靠性 、运算速度的大幅度提高 ，促使计算机继 电保护的研究 出现 了高潮。在70年代后期 ，

出现了比较完善的微机保护样机 ，并投人到电力系统 中试运行 80年代 ，微机保护在硬件结构和软件技术方面 日趋成熟 ，并已在一些国家推广应用 。90年代 ，电力系统继 电保护技术发展到了微机保护时代 ，它是继电保护技术发展历史过程中的第四代。

三、我国继电保护发展现状

我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究 ，高等院校和科研院所起着先导的作用 。华中理工大学 、东南大学 、华北 电力学院 、西安交通大学 、天津大学 、上海交通大学 、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理 、不同型式的微机保护装置 。1984年原华北 电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定 ，并在系统中得应用 ，揭开 了我 国继 电保护发展史上新的一页 ，为微机保护的推广开辟 了道路 。在主设备保护方面 ，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护 、发 电机保护 和发 电机 、压器组保 护也相继 于1993、1996年通过鉴定 ，投人运行 。南京电力 自动化研究院研制的微机线路保护装置也于 年通过鉴定 。天津大学与南京 电力 自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护 ，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故 障分量方向高频保护也相继于 ” 年通过鉴定 至此 ，不同原理 、不同机型 的微机线路和主设备保护各具特色 ，为电力 系统提供了一批 新一代性 能优良、功能齐全 、工作可靠的继 电保护装置 。可 以说90年代开始我国继电保护技术已进人 了微机保护的时代。随着微机保护装置的研究 ，在微机保护软件、算法等方面也取得 了很多理论成果 ，并且应用于实际之中。

四 、继电保护的未来发展

继电保护技术发展趋势 向计算机化 、网络化、智能化和保护、控制 、测量 、数据通信一体化发展 。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用 ，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中 以期取得更好的

效果 ，从而使微机继 电保护的研究向更高的层次发展 ，出现了一些引人注 目的新趋势。

1.保护 、控制 、测量 、数据通信一体化在实现继 电保护的计算机化和 网络化的条件下 ，保护装置实际上就是一 台高性能 、多功能的计算机 ，是整个电力系统计算机 网络上的一个智能终端 。它可从网上获取 电力系统运行和故障的任何信息和数据 ，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制 中心或任一终端。因此 ，每个微机保护装置不但可完成继 电保护功能 ，而且在无故 障正常运行情况下还可完成测量 、

控制 、数据通信功能 ，亦即实现保护、控制 、测量、数据通信一体化 。

目前 ，为了测量 、保护和控制的需要 ，室外变电站的所有设备 ，如变压器 、线路等的二次电压 、电流都必须用控制 电缆引到主控室 。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资 ，而且使二次 回路非常复杂。但是如果将上述的保护 、

控制 、测量 、数据通信一体化 的计算机装置 ，就地安装在室外变电站的被保护设备旁 ，将被保护设备的电压 、电流量在此装保护 、控制 、测量 、数据通信一体化在实现继 电保护的计算机化和 网络化的条件下 ，保护装置实际上就是一 台高性能 、多功能的计算机 ，是整个电力系统计算机 网络上的一个智能终端 。它可从网上获取 电力系统运行和故障的任何信息和数据 ，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制 中心或任一终端。因此 ，每个微机保护装置不但可完成继 电保护功能 ，而且在无故 障正常运行情况下还可完成测量 、控制 、数据通信功能 ，亦即实现保护、控制 、测量、数据通信一体化 。

目前 ，为了测量 、保护和控制的需要 ，室外变电站的所有设备 ，如变压器 、线路等的二次电压 、电流都必须用控制 电缆引到主控室 。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资 ，而且使二次 回路非常复杂。但是如果将上述的保护 、控制 、测量 、数据通信一体化 的计算机装置 ，就地安装在室外变电站的被保护设备旁 ，将被保护设备的电压 、电流量在此装置内转换成数字量后 通过计算机 网络送到主控室 ，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质 ，还可免除电磁干扰 。现在光电流互感器OTA和光电压互感器（OTA）

已在研究实验阶段！将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTA的情况下，保护装置应放在距OTA和OTA最 近 的地方 ，亦 即应 放在被保护设备 附近 。和 的光信号输人到一体化装置中并转换成电信号后 ，一方面用作保护的计算判断另一方面作为测量量 ，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到一体化装 置 ，由一体化装 置执行 断路器 的操作。1992年天津大学提 出了保护 、控制 、测量 、通信一体化问题 ， TMS320C25数字信号处理器（DSP0）为基础的一个保护、控制、测量 、数据通信一体化装置 。

工神经网络在继电保护中的应用 年来 ，人工智能技术如神经网络 、遗传算法 、化规划 、模糊逻辑等在 电力系统各个领域都得到应用 ，在继电保护领域应用的研究也已开始 。

神网络是一种非线性映射的方法 ，很多难以列出方络方法则可迎刃而解 。

例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡 电阻的短路就是一非线性问题 ，距离保护很难正确作出故障位置的判别 ，从而造成误动或拒动 如果用神经网络方法 ，经

过大量故障样本的训练 ，只要样本集 中充分考虑了各种情况 ，则在发生任何故障时都可正确判别 。其它如遗传算法 、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适 当结合可使求解速度更快 。天津大学从 年起进行神经网络式继电保护的研究 ，已取得初步成果 。可以预见 ，人工智能技术在继 电保护领域必将得 到应用 ，并解决用常规方法难以解决的间题变电所综合 自动化技术现代计算机技术 、通信技术和网络技术为改变变电站目前监视 、控制 、保护和计量装置及系统分割的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础 。高压 、超高压变电站正面临着一场技术创新 。继电保护和综合 自动化的紧密结合已成为可能 它表现在集成与资源共享 、远方控制与信息共享。以远方终端单元 、微机保护装置为核心 ，将变电所的控制 、信号 、测量 、计费等回路纳入计算机系统 ，取代传统的控制保护屏 ，能够降低变电所的占地面积和设备投资 ，提高二次系统的可靠性 。随着微机性能价格 比的不 断提高 ，现代通信技术的迅 速发展 ，以及标准化规约 的陆续推 出 ，变电站综合 自动化成了热门话题 。

目前 ，用于变电站的监视 、控制 、保护 ，包括故障录波 、紧急控制装置 ，虽然已实现了微机数字化 ，但几乎都是功能单一的独立装置 ，各个装置缺乏整体协调和功能的调优 ，且功能交叉 ，输人信息不能共享 ，接线复杂 ，从整体上降低了可靠性 ，同时不能充分利用微机数据处理的强大功能和速度 ，经济上也是一种浪费 。现在广泛应用 的变电站 自动化系统为常规 自动化系统 ，它应用 自动控制技术 、计算机数据采集和处理技术 、通信技术 ，代替人工对变电站进行正常运行的监视 、操作、电压无功控制 、量测记录和统计分析 、故障运行 的监视 、报警和事件顺序记录与运行操作 ，大多不涉及继 电保护 、紧急控制、故障录波 、 、维修状态信息处理等功能 ，功能相对 比较简单。竞争的电力市场将促进新的 自动化技术的开发和应用 ，在经济效益的驱动下 ，变电站将向集成自动化方向发展 。根据变电站 自动化集成的程度 ，可将未来的 自动化 系统分为协调 型 自动化和集成型 自动化 。协调型 自动化仍然保留间隔内各 自独立的控制 、保护等装置 ，各 自采集数据并执行相应的输出功能 ，通过统一的通信网络与站级相连 ，在站级建立一个统一的计算机系统 ，进行个功能的协调 。而集成型 自动化既在间隔级 ，又在站级对各个功能进行优化组合 ，是现代控制技术 、计算机技术和通信技术在变 电站 自动化 系统的综合应用 。所谓集成型 自动化系统是将 间隔的控制 、保护 、故障录波 、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能集成在一个统一的多功能数字装置内，间隔内部和间隔间以及 间隔同站级 间的通信用少量的光纤总线实现 ，取消传统的硬线连接 。

五、结束语

如上所述，随着电力系统的高速发展和计算机技术 、通信技术的进步 ，继电保护技术面临着进一步发展的趋势 。国内外继电保护技术发展的趋势是计算机化 ，网络化 ，保护、控制 、测量 、数据通信一体化和人工智能化 ，这对继 电保护工作者提 出了艰 巨的任务 ，也开辟了活动的广阔天地 。总之 ，微机保护必将随着各种技术的进步和发展呈现更新的特征 ，也将获得更广泛的应用 。