浅析电力系统继电保护技术

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　　摘要：继电保护装置是关系到电网安全稳定运行的重要设备， 是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网安全稳定运行的第三道防线，电力系统继电保护经过长期发展，已经进入微机继电保护发展时期。回顾电力系统继电保护技术发展的过程，概述微机继电保护技术在变电所的成功应用和存在问题，并对未来继电保护技术发展的前景提出设想。
　　关键词：电力系统；继电保护；特点；技术；可靠性；未来趋势
　　前言
　　近年来， 随着计算机技术和通信技术的发展， 电力系统继电保护在原理上和技术上都有了很大的变化。随着微机保护装置的应用普及，继电保护二次系统的自动化水平得到不断提高，许多当前由人工处理的模拟信息转化为大量的数字信息，而技术管理人员也有许多用计算机实现的资料和试验记录文档。因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的发展时间里经历了4个历史阶段，现在是微机保护阶段。
　　一、继电保护及其技术发展现状
　　建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。
　　何为继电保护装置?继电保护装置是指：当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。其基本任务是： (1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求。( 2) 反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作，其基本要求是应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。
　　二、微机继电保护系统特点
　　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：
　　(一)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。其运行正确率很高也已在运行实践中得到证明。
　　(二)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。
　　(三) 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，减少了盘位量；功耗低。
　　(四)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、使用年限的影响，不易受元件更换的影响；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。
　　(五)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。
　　(六)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。
　　三、如何保证继电保护的可靠性
　　继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证，任何电力设备都不允许在无继电保护的状态下运行。微机保护在全国电力系统的普及率己相当高，其可靠性、灵敏度高等优点不言而喻。就微机保护的特殊性而言，还有一些现场问题值得我们注意，这就是要采用有针对性的技术措施把微机保护的误动作限制在最小范围以内。以下是笔者近年来工作中的体会，供同行参考。
　　(一)继电保护装置检验应注意的问题。在继电保护装置检验过程中必须注意：将整组试验和电流回路升流试验放在本次检验最后进行，这两项工作完成后。严禁再拔插件、改定值、改定值区、改变二次回路接线等工作。
　　(二)定值区问题。微机保护的一个优点是可以有多个定值区，这极大方便了电网运行方式变化和代路情况下的定值更改问题。现在必须注意的是定值区的错误对继电工作来说是一大忌，必须采用严格的管理和相应的技术手段来确保定值区的正确性。措施是，在修改完定值后，必须打印定值单及定值区号，注意日期、变电站、修改人员及设备名称，并重点在继电保护工作记录中注明定值编号。
　　(三)一般性检查。不论何种保护，一般性检查都是非常重要的，但是在现场也是容易被忽略的项目，至少是没有认真去做。一般性检查大致包括以下几个方面：清洁、连接件是否紧固、焊接点是否虚焊、机械特性等。其次是应该将装置所有的插件拔下来检查一遍，将所有的芯片按
　　紧，螺丝拧紧并检查虚焊点。在检查中，也必须将各元件、保护屏、控制屏、端子箱的螺丝紧固作为一项重要工作来落实。
　　(四)接地问题。继电保护工作中接地问题是非常突出的，大致分以下2点说明： (1)保护屏的各装置机箱、屏障等的接地，必须接在屏内的铜排上，一般生产厂家已做得较好，只需认真检查。(2) 电流、电压回路的接地也存在可靠性问题，如接地在端子箱，那么端子箱的接地是否可靠，这些都是严重影响设备安全和人身安全的因素。
　　(五)工作记录和检查习惯。工作记录必须认真、详细，真实地反映工作的一些重要环节，这样的工作记录应该说是一份技术档案，在日后的工作中是非常有用的。继电保护工作记录应在规程限定的内容以外，认真记录每一个工作细节、处理方法。
　　四、我国电力系统继电保护技术的未来发展趋势
　　电力企业是一个“三密企业( 资产密集型、技术密集型、人才密集型)”，知识管理应该成为电力行业发展的灵魂，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和通信一体化等向发展。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。
　　( 一)计算机化
　　随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力。与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。继电保护装置的微机化、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。尚需进行具体深入的研究。
　　(二)网络化
　　计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个行业领域，也为各个行业领域提供了强有力的通信手段。实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。

　　(三)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，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。
　　(四)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。
　　(五) 自适应控制技术
　　自适应继电保护的概念始于20世纪80年代，它可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护的基本思想是使保护能尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点，在输电线路的距离保护、变压器保护、发电机保护、自动重合闸等领域内有着广泛的应用前景。
　　(六)人工神经网络的应用
　　进入20世纪90年代以来，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(ANN)和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中，为继电保护的发展注入了活力。
　　基于生物神经系统的人工神经网络具有分布式存储信息、并行处理、自组织、自学习等特点，其应用研究发展十分迅速，目前主要集中在人工智能、信息处理、自动控制和非线性优化等问题。近几年来，电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络来实现故障类型的判别、故障距离的测定、方向保护、主设备保护等。
　　(七)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、故障录波、紧急控制装置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(RTU)、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。
　　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，进行各个功能的协调。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。
　　结束语
　　随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术将加速发展。未来的继电保护技术是以计算机和微处理器为核心技术，以计算机、网络、系统、通信、图像显示 自动控制理论为关键技术。电力系统继电保护产品正向数字化、多功能一体化、网络化、智能化和虚拟化方向迅速发展，这对继电保护工作者提出了新的挑战。
　　

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