电力系统继电保护技术的现状及发展趋势_张健康.docx

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1、电力系统继电保护技术的现状及发展趋势 张健康 (河南神火集团有限公司新庄矿，河南永城 176600) 摘要：回顾了我国电力系统继电保护技术的发展历程，概述了微机继电保护技术的成就，提出了计算机化、网络化以 及保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，是未来继电保护技术发展的趋势。 关键词：电力系统 ;继电保护技术 ;人工智能 ;发展 中图分类号 :TM77 文献标识码 :A 文章编号 ： 1672-545X(2011)02-0109-02 电力系统的飞速发展，对继电保护不断提出了 新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速 发展，又为继电保护技术不断地注入了新的活力。 1继 电 保 护

2、 发 展 历程 继电保护技术得天独厚，在 40余年的时间里经 历了 4个发展阶段： (1) 第一阶段。在上世纪 50年代，我国已建成了 继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。 这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护 技术的发展奠定了坚实基础； (2) 第二阶段。自上世纪 50年代末，晶体管继电 保护已在开始研究。运行于葛洲坝 500 kV线路上，结 束了 500 kV线路保护完全依靠从国外进口的时代； (3) 第三阶段。上世纪 70年代中期，基于集成运 算放大器的集成电路保护，已开始研宄。天津大学与 南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压 补偿式方向高频保护，也在多条 2

3、20 kV和 500 kV线 路上运行； (4) 第四阶段。计算机继电保护的研宄叭高等院 校和科研院所起着先导的作用。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 1993年、 1996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、功能齐全且工作可靠的继电保 护装置 2。随着微机保护装置的研宄，在微机保护软 件、算法等方面，也取得了很多理论成果。可以说从 上世纪 90年代开始，我国继电保护技术已进入了微 机保护的时代 6 继电保护

4、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，尚须进行具体深入的研究。 2继 电 保 护 的 发 展趋 势 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、测量和数据通信一体化方向 发展。 2.1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。天津大学一开始即研制以 16位多 CPU 为基础的微机线路保护， 1988年即开始研宄以 32位 数字信号处理器 (DSP)为基础的保护、控制、测量一体 化微机装置，目前已与珠海晋电自动化设备公司合 作研制成一种功

5、能齐全的 32位大模块，一个模块就 是一个小型计算机。采用 32位微机芯片，并非只着 眼于精度，因为精度受 A/D转换器分辨率的限制， 超过 16位时，在转换速度和成本方面都是难以接受 的；更重要的是 32位微机芯片具有很高的集成度， 很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富 的指令系统和较多的输入输出口。 CPU的寄存器、数 据总线、地址总线都是 32位的，具有存储器管理功 能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存 (cache)和浮点数部件都集成在 CPU内。 Equipment Manufactring Technology No.2,2011 电力系统对微机保护的要求不断提

6、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。 这就要求微机保护装置，具有相当于一台 PC机的功 能。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全 相同的一种工控机加以改造做成的继电保护装置。 这种装置的优点有： (1) 具有 486 PC机的全部功能，能满足对当前 和未来微机保护的各种功能要求； (2) 尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工 艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于 非常恶劣的工作环境，成本可接受； (3) 采用 ST

7、D总线或 PC总线，硬件模块化，对 于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易 扩展。 2.2 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，深刻影响着各个工业领域，也为 各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为 止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装 置，都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作 用，也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这 主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。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

8、完全可能的。 对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算 机联网，也有很大的好处。对于某些保护装置实现计 算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学 1993 年针对未来三峡水电站 500 kV超高压多回路母线， 提出了一种分布式母线保护的原理 3，初步研制成功 了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护，分 散成若干个 (与被保护母线的回路数相同）母线保护 单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计 算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的 电流量，将其转换成数字量后，通过计算机网络，传 送给其他所有回路的保护单元，各保护单元根据本 回路的电流量和从计算机网络上获得的其他所有回 路的电流

9、量，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，则只跳开本回路断路器，将 故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都 110 计算为外部故障，均不动作。这种用计算机网络实现 的分布式母线保护原理，比传统的集中式母线保护原 理，有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干 扰或计算错误而误动时，只能错误 地跳开本回路，不 会造成使母线整个被切除的恶性事故 ,这对于像三峡 电站具有超高压母线的系统枢纽，是非常重要的。 由上述可知，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。 2.3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

10、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。其可 从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据， 也可将其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。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

11、统中得到应用。在采用 OTA和 OTV 的情况下，保护装置应放在距 OTA和 OTV最近的地 方，亦即应放在被保护设备附近。 OTA和 OTV的光 信号输入到此一体化装置中，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此一体化装置，由此一 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、测量和通信一体化问题，并研制了以 IMS320C25数字信号处理器(DSP)为基础的一个保 护、控制、测量和数据通信一体化装置 4。 2.4智 能 化 近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、

12、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宄也已开始 Q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。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 (下转第 121页） 算机的普及应用提供了更多的产品结构配置信息， 进一步提高了产品结构配置管理水平，使产品结构 配置管理更加准确和迅速。精确的产品结构配置管 理，将产

13、品管理活动和生产活动联系在一起，形成一 个合理的、有效的高效运作整体，提高企业整体效 益，最终实现企业获取最大的利润的经营目标。 参考文献： m祁国宁， j.萧塔纳（德 ）， 顾新建 ,韩永生 .图解产品数据管理 M.北京：机械工业出版社， 2005. P陈宗舜，史祥，吴春燕 .产品数字化与产品数据管理网 .北 京 :清华大学出版社， 2004. Analyze the Product Configuration Management of TcAE MAI Lin (SAIC- GM- Wuling Automobile Co., Ltd., Liudiou Guangxi 545007,

14、China) Abstract： Product design is the base and key of survival and development in modem automobile enterprises, prcxluct data is the valuable technique resource, an effective product data management system can ensure the incessant development cf enterprises of automobile. Product data management co

15、uld synthesis hiily and share all kinds of product data, and upgrade product data management grade. The precise prcduct data management can form and maintenance the part data, ddine relation of part data with product data management system and display the prcxluct structure. Key words ： team center

16、engineering automotive edition; product configuration management; prcxluct data management; vehicle assembly structure (上接第 110页） 况，则在发生任何故障时，都可正确判别。其他如遗 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 1996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，必会得到应用，以解决用常规 方法难以解决的问题。 3 结 束 语 随着电力系

17、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为：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 辟了进一步发展的广阔天地。 参考文献： 1 王梅义 .高压电网继电保护运行技术 M.北京：电力工业 出版社，1981. 2 杨奇逊 .微型机继电保护基础 M.北京 :水利电力出版社， 1988. 3 吴斌，刘沛，陈德树 .继电保护中的人工智能及其应用 J 电力系统自动化， 1995， (4): 19-20. 4 段玉清，贺家李 .基于人工神经网络方法的微机变压器保 护 J.

18、中国电机工程学报， 2008,（ 8) :48-49. Power System Protection Technology the Status quo and Developing Trend ZHANG Jian- kang (Henan Shenghuo Group Co., Ltd., Xinzhuang Coal Mnes, Yongcheng Henan 476600 ,China ) Abstract： In China are reviewed powr system protection technology development history, this paper

19、summarized the microcomputer relay protection technology achievements, puts forward the computerized, networking and protection, control， measurement， data communication integration and artificial intelligence， will be the future 厂 elay protection technology development trend. Key words ： power system； relay protection technology； artificial intelligence