电力系统继电保护发展探究

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摘要：电力系统继电保护装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的成套设备。上世纪90年代继电保护进入微机保护阶段，集保护、监视、控制、通信、等功能于一体。为了能够更加合理、准确地评估继电保护设备的质量，继电保护的测试内容和测试方法进行了诸多完善和改进。智能电网的建设也对继电保护提出了更高的技术要求。

关键词：继电保护发展趋势测试智能电网

1 继电保护基本概念及其发展趋势

1.1 继电保护装置基本组成

一般而言，整套继电保护装置由三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如图1-1所示。

①测量部分 测量被保护元件工作状态（正常工作、故障状态）的电气参数，并与整定值进行比较，从而判断保护装置是否应该启动。

②逻辑部分 根据测量部分输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障类型和范围，确定保护装置如何动作。

③执行部分 根据逻辑部分送的信号，完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。

1.2 继电保护的基本要求

①可靠性――指继电保护装置在保护范围内该动作时应可靠动作，不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。

②选择性――指只有当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护来切除故障。

③速动性――指保护装置应尽快切除短路故障，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。

④速动性――指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。

1.3 继电保护的发展趋势

1.3.1 计算机化

在微机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机做成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机做成继电保护的时机已经成熟。继电保护的计算机化是不可逆转的发展趋势，但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。

1.3.2 网络化

网络保护是计算机技术、网络技术和通信技术相互结合的产物，它可以实现对变压器、高低压线路和母线的相关保护等功能。资源共享是网络保护的最显著特性，还可以结合高频保护和光纤保护来实现纵联保护。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，即将传统的集中式母线保护分散成若干个保护单元，各保护单元接收本回路的输入量后，经量化处理，通过网络传送给其它回路的保护单元，然后各保护单元进行母线差动保护的计算，如果计算结果证明是母线内部故障则跳开本回路断路器，隔离故障母线，其它情况时各保护单元均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护，显然比传统的集中式母线保护有更高的可靠性。

1.3.3 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。即实现了保护、控制、测量、数据通信的一体化。如果将保护装置就地安装在室外变电站的被保护设备旁，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（OTV）已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。

1.3.4 智能化

近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究，专家系统、人工神经网络和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中，为继电保护解决许多常规问题提供了新的方法。人工智能技术给电力系统继电保护的发展注入了新的活力，具有非常美好的发展前景。

2 继电保护测试内容和测试方法的发展

目前国内继电保护产品检测主要依据IEC 60255系列标准和GB/T 14047国家标准进行。

2.1 继电保护测试内容

传统的继电保护测试包括基本性能试验、功率消耗试验、温度试验、电源影响试验、机械试验、绝缘实验、过载试验、触点试验和电磁兼容试验。

在原有继电保护测试项目的基础上，根据继电保护装置发展的新特点，新增加的测试内容包括基于61850 技术的继电保护产品检测，时间同步能力检测，产品通信协议检测，软件测试，以及装置可靠性检测和安全性检测。

2.2 微机保护测试自动化

测试自动化是指测试系统可以按照事先编制的测试计划，自动、连续的完成继电保护装置的电气性能、可靠性、通信协议、信息安全的测试。完整的测试体系由以下几部分组成：①电气性能在静态模拟中的自动测试系统；②电气性能在动态模拟中的自动测试系统；③监控系统的自动测试系统；④通信协议的测试系统；⑤信息安全的测试系统；⑥继电保护测试专家系统。

3 智能电网对继电保护的影响

随着国家电网公司智能电网建设的开展，智能电网的特征带来的网络重构、分布式电源接入、微网运行等技术，对继电保护提出了新的要求。

未来智能电网中，电网的自愈特征将会对继电保护的选择性、可靠性、速动性、灵敏性提出更高的要求，对常规继电保护的配置方法提出新的要求。分布式电源的灵活接入、多变压器的运行方式带来的后备保护配合、双向潮流、系统阻抗的变化等问题均会给继电保护定值整定带来困难。

同时，智能电网将给继电保护的发展带来新的契机，智能电网中所采用的新型传感器技术，数据同步技术、时钟同步技术、通信技术、计算机技术以及IEC 61850 标准的应用，可以提供区域范围内数据采集的高精度同步，满足数据采集传输的实时性，保障数据传输过程的冗余和可靠性。

4 结语

随着智能电网建设的推进，继电保护要适应电网需求向计算机化、网络化、智能化、功能一体化方向发展，同时继电保护测试内容和测试方法也应不断补充和完善，为智能电网提供技术支持。

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