電力系統繼電保護的現狀和發展研究

摘 要:綜述我國電力系統繼電保護技術發展的過程,詳細探討了我國繼電保護未來發展趨勢。隨著計算機、網絡和人工智慧技術的發展,繼電保護必將向綜合自動化技術方向發展。 　　關鍵詞:電力系統;繼電保護;發展趨勢 　　

　　1 引言 　　 　　電力系統繼電保護是保證電力系統安全運行、提高經濟效益的有效技術。計算機控制技術成功運用到電力系統繼電保護中,使得未來繼電保護技術發展趨勢具有計算機化、網絡化、智能化等特點。 　　我國繼電保護學科、技術、繼電器製造和人才隊伍培養從無到有,在小活吸收國外先進繼電保護設備和運行技術的基礎上,建成了一支具有深厚理論功底和豐富運行經驗的繼電保護隊伍。經過60年的發展和探索,我國已經建成了繼電保護研究、設計、加工製造、運行維護和教學的完整體系。 　　 　　2 我國繼電保護的發展現狀 　　 　　上世紀60年代到80年代是電晶體繼電保護蓬勃發展和廣泛採用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kV電晶體方向高頻保護和南京電力自動化研究院研製的電晶體高頻閉鎖距離保護,運行於葛洲壩500kV線路上,結束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。在20世紀70年代中,基於集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列,逐漸取代電晶體保護。到90年代初集成電路保護的研製、生產和應用仍處於主導地位,這是集成電路保護時代。我國從20世紀70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究,1984年原華北電力學院研製的輸電線路微機保護裝置首先通過鑑定,並在系統中獲得應用,揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁,為微機保護的推廣開闢了道路。從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色,為電力系統提供了一批新一代性能優良、功能齊全且工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究,在微機保護軟體、算法等方面也取得了很多理論成果。 　　 　　3 電力系統繼電保護發展趨勢 　　

　　3.1 計算機化 　　按照著名的摩爾定律,晶片上的集成度每隔18—24個月翻一番。其結果是不僅計算機硬體的性能成倍增加,價格也在迅速降低。微處理機的發展主要體現在單片化及相關功能的極大增強,片內硬體資源得到很大擴充,單片機與DSP晶片二者技術上的融合,運算能力的顯著提高以及嵌入式網絡通信晶片的出現及應用等方面。這些發展使硬體設計更加方便,高性價比使冗餘設計成為可能,為實現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬體平臺創造了條件。 　　我國在2000年220kV及以上系統的微機保護率為43.99%,線路微機保護佔86%,到2003年底,220kV以上系統的微機保護已佔到70.29%,線路的微機化率達到97.6%。實際運行中,微機保護的正確動作率要明顯高於其他保護,一般比平均正常動作率高0.2—0.3個百分點。 　　繼電保護裝置的計算機化是不可逆轉的發展趨勢。電力系統對微機保護的要求不斷提高,除了保護基本功能外,還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間,快速的數據處理功能,強大的通信功能,與其他保護、控制裝置和調度聯網以供享全系統數據、信息和網絡資源的能力、高級語言編程等。 　　3.2 網絡化 　　網絡保護是計算機技術、通信技術、網絡技術和微機保護相結合的產物,通過計算機網絡來實現各種保護功能,如線路保護、變壓器保護、母線保護等。網絡保護的最大好處是數據共享,可實現本來由高頻保護、光纖保護才能實現的縱聯保護。另外,由於分站保護系統採集了該站所有斷路器的電流量、母線電壓量,所以很容易就可實現母線保護,而不需要另外的母線保護裝置。 　　電力系統網絡型繼電保護是一種新型的繼電保護,是微機保護技術發展的必然趨勢。它建立在計算機技術、網絡技術、通信技術以及微機保護技術發展的基礎上。網絡保護系統中網省級、省市級和市級主幹網絡拓撲結構,以及分站系統拓撲結構均可採用簡單、可靠的總線結構、星形結構、環形結構等。分站保護系統在整個網絡保護系統中是最重要的一個環節。分站保護系統有2種模式:一是利用現有微機保護;另一個是組建新系統,各種保護功能完全由分站系統保護管理機實現。由於繼電保護在電網中的重要性,必須採取有針對性的網絡安全控制策略,以確保網絡保護系統的安全。

3.3 智能化 　　隨著計算機技術的飛速發展及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用,新的控制原理和方法不斷被應用於計算機繼電保護中,近年來人工智慧技術如專家系統、人工神經網絡、遺傳算法、模糊邏輯、小波理論等在電力系統各個領域都得到了應用,從而使繼電保護的研究向更高的層次發展,出現了引人注目的新趨勢。例如電力系統繼電保護領域內出現了用人工神經網絡(ANN)來實現故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設備保護等。在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經過渡電阻的短路就是一非線性問題,距離保護很難正確作出故障位置的判別,從而造成誤動或拒動;如果用神經網絡方法,經過大量故障樣本的訓練,只要樣本集中充分考慮了各種情況,

則在發生任何故障時都可正確判別。 　　隨著人工智慧技術的不斷發展,新的方法也在不斷湧現,在電力系統繼電保護中的應用範圍也在不斷擴大,為繼電保護的發展注人了新的活力。將不同的人工智慧技術結合在一起,分析不確定因素對保護系統的影響,從而提高保護動作的可靠性,是今後智能保護的發展方向。雖然上述智能方法在電力系統繼電保護中應用取得了一些成果,但這些理論本身還不是很成熟,需要進一步完善。隨著電力系統的高速發展和計算機、通信等各種技術的進步和發展,可以預見,人工智慧技術在繼電保護領域必會得到應用,以解決用常規方法難以解決的問題。 　　3.4 綜合自動化 　　現代計算機技術、通信技術和網絡技術為改變變電站目前監視、控制、保護和計量裝置及系統分割的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術創新。實現繼電保護和綜合自動化的緊密結合,它表現在集成與資源共享、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元(RTU)、微機保護裝置為核心,將變電所的控制、信號、測量、計費等迴路納入計算機系統,取代傳統的控制保護屏,能夠降低變電所的佔地面積和設備投資,提高二次系統的可靠性。 　　綜合自動化系統打破了傳統二次系統各專業界限和設備劃分原則,改變了常規保護裝置不能與調度(控制) 中心通信的缺陷,給變電所自動化賦予了更新的含義和內容,代表了變電所自動化技術發展的一種潮流。隨著科學技術的發展,功能更全、智能化水平更高、系統更完善的超高壓變電所綜合自動化系統,必將在中國電網建設中不斷湧現,把電網的安全、穩定和經濟運行提高到一個新的水平。 　　 　　4 結語 　　 　　隨著電力系統的高速發展和計算機技術、網絡技術和人工智慧技術的進步,繼電保護技術面臨著進一步發展的趨勢。其發展將出現原理突破和應用革命,由數字時代跨入信息化時代,發展到綜合自動化水平。這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務,也開闢了活動的廣闊天地。