繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢華電

1、第七章 繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢11、高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用 微機(jī)保護(hù)的巨大優(yōu)越性已不容置疑，并已被普遍接受隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展我國第一套微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到五年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過約五年時(shí)間又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)。 電力系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高。除了保護(hù)的基本功能外,還要求大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通訊能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等等。目前，國外和國內(nèi)已研制出以32位數(shù)字信號處理器為基礎(chǔ)的保

2、護(hù)、控制、測量一體化的微機(jī)保護(hù)綜合裝置。 22微機(jī)保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通訊工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)活動和社會生活的面貌發(fā)生了根本的變化它深刻地影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通訊手段到目前為止，所有繼電保護(hù)裝置除了縱差動保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響的范圍這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通訊手段國外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)的概念雖然當(dāng)時(shí)限于技術(shù)條件主要指安全自動裝置，但在目前的技術(shù)條件下可以為繼電保護(hù)的作用賦與新的含義。即它不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍（這是首要任務(wù)），而還要保證全

3、系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息和數(shù)據(jù)各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯然實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化另外，繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置判斷和故障距離的檢測愈準(zhǔn)確 3全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）和光纖通信技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)化的微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)同步相量測量技術(shù)提供了條件。GPS在各領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用，在電力系統(tǒng)中主要用于同步相量測量。在GPS系統(tǒng)中，共有24顆衛(wèi)星繞地球軌道運(yùn)行。它們距地面約20000km。

4、地球表面任一點(diǎn)均可接收到衛(wèi)星發(fā)出的精度在luS以內(nèi)的時(shí)間脈沖。這樣，電力系統(tǒng)中任一變電站均可接收GPS發(fā)來的精確時(shí)間脈沖給當(dāng)?shù)販y量電壓或電流波形以時(shí)間標(biāo)記，其標(biāo)度的相位精度對50Hz的波形0.018。光纖通信系統(tǒng)將各變電站的測量量收集匯總處理后，即可得到各變電站之間動態(tài)相量的變化，并據(jù)此實(shí)施相量控制。GPS43保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通訊一體化 保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺高性能、多功能的計(jì)算機(jī)。是電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可以從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不僅可以完成繼電保護(hù)功能，

5、而且在無故障正常運(yùn)行情況下還可以完成測量、控制、數(shù)據(jù)通訊的功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通訊一體化5過去為了測量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室，這似乎是天經(jīng)地義的大量控制電纜的敷設(shè)，不但需要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜如果將上述的保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通訊一體化的微機(jī)保護(hù)綜合裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜并且如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)還可免除電磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器（OCT）和光電壓互感器（OPT）已

6、在研究試驗(yàn)階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用OCT和OPT的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距OCT和OPT最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近OCT和OPT的光信號輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號后，一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷，一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室從主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。新技術(shù)64繼電保護(hù)的智能化近年來人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯、小波理論等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。在繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用的研究也在蓬勃發(fā)展。下面介紹幾種研制中的新型保護(hù)。 7自適應(yīng)繼電保護(hù)自適應(yīng)繼電保護(hù)是在本世紀(jì)

7、80年代提出的一個(gè)較新的研究課題。自適應(yīng)繼電保護(hù)可以定義為能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或定值的保護(hù)自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使保護(hù)盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。電力系統(tǒng)由為數(shù)眾多的電源設(shè)備、送變電設(shè)備、線路和各種用戶組成，其運(yùn)行狀態(tài)（其中包括用戶負(fù)荷的變化、設(shè)備的投切、發(fā)電機(jī)的出力變化等）處于頻繁的變化之中，除上述正常運(yùn)行情況外，電力系統(tǒng)中還可能發(fā)生各種類型的故障，故障可能是瞬時(shí)性或永久性的，又可能是金屬性短路或經(jīng)過渡電阻短路，因此要適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，的確是一項(xiàng)十分困難的工作。8事實(shí)上，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)也力圖適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化和故障

8、狀態(tài)。例如電流速斷保護(hù)的整定值是按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下線路末端發(fā)生三相短路考慮，過電流保護(hù)按線路的最大負(fù)荷考慮。這種按最嚴(yán)重的條件確定保護(hù)定值的方法，能保證所有可能的正常和故障條件下保護(hù)都不會錯誤地切除被保護(hù)的線路，但卻存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：一是按該方法設(shè)定的定值，在其它運(yùn)行方式（其中包括系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式）下不是最佳的.另外在最小運(yùn)行方式或最不利的短路條件下,保護(hù)可能失效或性能嚴(yán)重變差。同時(shí)，應(yīng)該指出的是，在傳統(tǒng)保護(hù)中也有許多自適應(yīng)性能，例如過電流保護(hù)的反時(shí)限特性、差動保護(hù)中的制動特性及在距離保護(hù)中所采用的轉(zhuǎn)換性故障判別以及防止系統(tǒng)振蕩誤動的方法等。Adaptive Relay9由此可見，自適應(yīng)保

9、護(hù)并不是一個(gè)新提出的概念，它早已存在于傳統(tǒng)繼電保護(hù)之中。目前計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)保護(hù)和控制中的應(yīng)用以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，更為自適應(yīng)繼電保護(hù)的發(fā)展，提供了前所未有的良機(jī)。自適應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用，將使繼電保護(hù)在如下幾個(gè)方面有所改進(jìn)。Adaptive Relay10保護(hù)性能最佳化 保護(hù)性能最佳化是在考察現(xiàn)有保護(hù)存在問題的基礎(chǔ)上提出的。對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的四個(gè)基本要求是選擇性、速動性、靈敏性、可靠性，它們之間既矛盾又統(tǒng)一，問題在于如何根據(jù)實(shí)際情況正確處理這四個(gè)基本要求之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系。例如，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)是必須在最不利的條件下考慮選擇性和靈敏性，從而最大限度地滿足了選擇性和靈敏性的要求。其效果雖不是最佳的，但卻是正

10、確合理的。因?yàn)檫@種思維方式和決策方法與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的情況相適應(yīng)，或者說是由傳統(tǒng)的保護(hù)裝置不能在線自動識別千變?nèi)f化的一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)所決定的。與傳統(tǒng)保護(hù)不同，自適應(yīng)保護(hù)的突出特點(diǎn)之一就是具有自動識別系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)的能力，并針對狀態(tài)的改變，實(shí)時(shí)自動地調(diào)整保護(hù)的性能，其中包括動作原理、動作特性和整定值，從而使其達(dá)到最佳效果11整定計(jì)算在線化 繼電保護(hù)裝置整定計(jì)算的目的是對電力系統(tǒng)中已經(jīng)配置安裝好的各種保護(hù)裝置，按照具體電力系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)和運(yùn)行要求，通過計(jì)算分析給出所需要的各項(xiàng)整定值，以使全系統(tǒng)中的保護(hù)裝置正確協(xié)調(diào)地工作，有效地發(fā)揮其作用。由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化和運(yùn)行情況的復(fù)雜

11、性，繼電保護(hù)的整定計(jì)算是一項(xiàng)復(fù)雜而又艱巨的工作。目前已開始進(jìn)入計(jì)算機(jī)輔助整定計(jì)算的階段，盡管還存在著不足，但整定計(jì)算工作效率已顯著提高了。迄今，所有的整定計(jì)算都是離線進(jìn)行的。自適應(yīng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展預(yù)示出未來整定計(jì)算在線化的可能性，目前國內(nèi)外已有這方面的文章發(fā)表。隨著電力系統(tǒng)繼電保護(hù)信息網(wǎng)的形成和發(fā)展，可以預(yù)見整定計(jì)算在線化的時(shí)期一定會到來。12使用簡便化 微機(jī)保護(hù)之所以能在短短的10余年間取得如此迅猛的發(fā)展，是因?yàn)樗兄鴤鹘y(tǒng)的模擬式保護(hù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)保護(hù)裝置現(xiàn)場調(diào)試、維護(hù)簡便深受用戶的歡迎。自適應(yīng)繼電保護(hù)將進(jìn)一步發(fā)展計(jì)算機(jī)的智能作用，使裝置使用更加簡便化。13暫態(tài)保護(hù)進(jìn)入九十年代以來，

12、電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)的研究工作轉(zhuǎn)向人工智能的應(yīng)用，相繼出現(xiàn)了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)故障類型的判別、故障距離的確定、方向保護(hù)、主設(shè)備保護(hù)；用小波理論的數(shù)學(xué)手段分析故障產(chǎn)生信號的整個(gè)頻帶的信息并用于實(shí)現(xiàn)故障檢測。這些人工智能技術(shù)不僅為提高故障判別精確度提供了手段，而且能夠使一些基于單一工頻信號的傳統(tǒng)算法難以識別的問題得到解決。然而目前為止，人工智能的應(yīng)用還沒有能夠提供取代傳統(tǒng)保護(hù)的新的原理，而且這些方法的應(yīng)用同樣受傳感器頻寬的限制，其結(jié)果往往是通過復(fù)雜的計(jì)算和繁瑣的工作只能換取故障識別的準(zhǔn)確度或可靠性的一點(diǎn)提高。 14“通過檢測故障暫態(tài)產(chǎn)生的高頻信號來實(shí)現(xiàn)傳輸線及電力設(shè)備等的保護(hù)”是新一代的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)思想，簡稱“暫態(tài)保護(hù)”故障暫態(tài)產(chǎn)生的信號中含有大量的信息，其中包括故障的類型、方向、位