摘要：回顧了電力系統繼電保護技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，對我國繼電保護技術(shù)的現狀進(jìn)行了分析和討論，概述了微機繼電保護技術(shù)的成就，指出其與傳統的繼電保護相比所具有的優(yōu)點(diǎn)。展望了未來(lái)繼電保護技術(shù)的發(fā)展方向和前景。

　　關(guān)鍵詞：繼電保護　運行現狀　發(fā)展前景

　　1、我國電力系統

　　繼電保護技術(shù)的發(fā)展現狀繼電保護技術(shù)是隨著(zhù)電力系統的發(fā)展而發(fā)展的，它與電力系統對運行可靠性要求的不斷提高密切相關(guān)。熔斷器就是最初出現的簡(jiǎn)單過(guò)電流保護，時(shí)至今日仍廣泛應用于低壓線(xiàn)路和用電設備。由于電力系統的發(fā)展，用電設備的功率、發(fā)電機的容量不斷增大，發(fā)電廠(chǎng)、變電站和供電網(wǎng)的結線(xiàn)不斷復雜化，電力系統中正常工作電流和短路電流都不斷增大，熔斷器已不能滿(mǎn)足選擇性和快速性的要求，于是出現了作用于專(zhuān)門(mén)的斷流裝置的過(guò)電流繼電器。本世紀初隨著(zhù)電力系統的發(fā)展，繼電器才開(kāi)始廣泛應用于電力系統的保護。這個(gè)時(shí)期可認為是繼電保護技術(shù)發(fā)展的開(kāi)端。

　　自本世紀初第一代機電型感應式過(guò)流繼電器（1901年）在電力系統應用以來(lái)，繼電保護已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)世紀的發(fā)展。在最初的二十多年里，各種新的繼電保護原理相繼出現，如差動(dòng)保護（1908年）、電流方向保護（1910年）、距離保護（1923年）、高頻保護（1927年），這些保護原理都是通過(guò)測量故障發(fā)生后的穩態(tài)工頻量來(lái)檢測故障的。盡管以后的研究工作不斷發(fā)展和完善了電力系統的保護，但是這些保護的基本原理并沒(méi)有變，至今仍然在電力系統繼電保護領(lǐng)域中起主導作用。

　　繼電保護裝置是保證電力系統安全運行的重要設備。滿(mǎn)足電力系統安全運行的要求是繼電保護發(fā)展的基本動(dòng)力�？焖傩�、靈敏性、選擇性和可靠性是對繼電保護的四項基本要求。為達到這個(gè)目標，繼電保護專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員借助各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)手段作出不懈的努力。經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，在繼電保護原理完善的同時(shí)，構成繼電保護裝置的元件、材料等也發(fā)生了巨大的變革。繼電保護裝置經(jīng)歷了機電式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機式等不同的發(fā)展階段。

　　50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng )造性地吸收、消化、掌握了國外先進(jìn)的繼電保護設備性能和運行技術(shù)，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護技術(shù)隊伍，對全國繼電保護技術(shù)隊伍的建立和成長(cháng)起了指導作用。阿城繼電器廠(chǎng)引進(jìn)消化了當時(shí)國外先進(jìn)的繼電器制造技術(shù)，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而60年代是我國機電式繼電保護繁榮的時(shí)代，為我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎。

　　自50年代末，晶體管繼電保護已在開(kāi)始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開(kāi)始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產(chǎn)、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時(shí)代。

　　國內微機保護的研究開(kāi)始于70年代末期，起步較晚，但發(fā)展很快。1984年我國第一套微機距離保護樣機在試運行后通過(guò)鑒定并批量生產(chǎn)，以后每年都有新產(chǎn)品問(wèn)世；1990年第二代微機線(xiàn)路保護裝置正式投入運行。目前，高壓線(xiàn)路、低壓網(wǎng)絡(luò )、各種主電氣設備都有相應的微機保護裝置在系統中運行，特別是線(xiàn)路保護已形成系列產(chǎn)品，并得到廣泛應用。我國在2000年220kV及以上系統的微機保護率為43.99％，線(xiàn)路微機保護占86％，到2003年底，220kV以上系統的微機保護已占到70.29％，線(xiàn)路的微機化率達到97.6％。實(shí)際運行中，微機保護的正確動(dòng)作率要明顯高于其他保護，一般比平均正常動(dòng)作率高0.2～0.3個(gè)百分點(diǎn)。國產(chǎn)微機保護經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際運行，依靠先進(jìn)的原理和技術(shù)及良好的工藝已全面超越進(jìn)口保護。從80年代220KV及以上電壓等級的電力系統全部采用進(jìn)口保護，到現在220KV系統繼電保護基本國產(chǎn)化，反映了繼電保護技術(shù)在我國的長(cháng)足發(fā)展和國產(chǎn)繼電保護設備的明顯優(yōu)勢。

　　微機繼電保護技術(shù)的成熟與發(fā)展是近三十年來(lái)繼電保護領(lǐng)域最顯著(zhù)的進(jìn)展。經(jīng)過(guò)長(cháng)期的研究和實(shí)踐，現在人們已普遍認可了微機保護在電網(wǎng)中無(wú)可替代的優(yōu)勢。微機保護具有自檢功能，有強大的邏輯處理能力、數值計算能力和記憶能力，并且具備很強的數字通信能力，這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的。計算機技術(shù)的進(jìn)步，更高性能、更高精度的數字外圍器件的采用，一直是微機繼電保護不斷發(fā)展的強大動(dòng)力。

　　2、微機繼電保護的主要特點(diǎn)

　　微機保護充分利用了計算機技術(shù)上的兩個(gè)顯著(zhù)優(yōu)勢：高速的運算能力和完備的存貯記憶能力，以及采用大規模集成電路和成熟的數據采集，A/D模數變換、數字濾波和抗干擾措施等技術(shù)，使其在速動(dòng)性、可靠性方面均優(yōu)于以往傳統的常規保護，而顯示了強大生命力，與傳統的繼電保護相比，微機保護有許多優(yōu)點(diǎn)，其主要特點(diǎn)如下：

　　1）改善和提高繼電保護的動(dòng)作特征和性能，正確動(dòng)作率高。主要表現在能得到常規保護不易獲得的特性；其很強的記憶力能更好地實(shí)現故障分量保護；可引進(jìn)自動(dòng)控制、新的數學(xué)理論和技術(shù)，如自適應、狀態(tài)預測、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等，其運行正確率很高，已在運行實(shí)踐中得到證明。

　　2）可以方便地擴充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等，可以方便地附加低頻減載、自動(dòng)重合閘、故障錄波、故障測距等功能。

　　3）工藝結構條件優(yōu)越。體現在硬件比較通用，制造容易統一標準；裝置體積小，減少了盤(pán)位數量；功耗低。

　　4）可靠性容易提高。體現在數字元件的特性不易受溫度變化、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影響；且自檢和巡檢能力強，可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

　　5）使用靈活方便，人機界面越來(lái)越友好。其維護調試也更方便，從而縮短維修時(shí)間；同時(shí)依據運行經(jīng)驗，在現場(chǎng)可通過(guò)軟件方法改變特性、結構。

　　6）可以進(jìn)行遠方監控。微機保護裝置具有串行通信功能，與變電所微機監控系統的通信聯(lián)絡(luò )使微機保護具有遠方監控特性。

　　3、未來(lái)繼電保護技術(shù)的發(fā)展前景

　　微機保護經(jīng)過(guò)近20年的應用、研究和發(fā)展，已經(jīng)在電力系統中取得了巨大的成功，并積累了豐富的運行經(jīng)驗，產(chǎn)生了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益，大大提高了電力系統運行管理水平。近年來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展以及計算機在電力系統繼電保護領(lǐng)域中的普遍應用，新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中，以期取得更好的效果，從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發(fā)展，其未來(lái)趨勢向計算機化，網(wǎng)絡(luò )化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發(fā)展。

　　3.1 微計算機硬件的更新和網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展在計算機領(lǐng)域，發(fā)展速度最快的當屬計算機硬件，按照著(zhù)名的摩爾定律，芯片上的集成度每隔18～24個(gè)月翻一番。其結果是不僅計算機硬件的性能成倍增加，價(jià)格也在迅速降低。微處理機的發(fā)展主要體現在單片化及相關(guān)功能的極大增強，片內硬件資源得到很大擴充，單片機與DSP芯片二者技術(shù)上的融合，運算能力的顯著(zhù)提高以及嵌入式網(wǎng)絡(luò )通信芯片的出現及應用等方面。這些發(fā)展使硬件設計更加方便，高性?xún)r(jià)比使冗余設計成為可能，為實(shí)現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創(chuàng )造了條件。硬件技術(shù)的不斷更新，使微機保護對技術(shù)升級的開(kāi)放性有了迫切要求。網(wǎng)絡(luò )特別是現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展及其在實(shí)時(shí)控制系統中的成功應用充分說(shuō)明，網(wǎng)絡(luò )是模塊化分布式系統中相互聯(lián)系和通信的理想方式。如基于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的集中式微機保護，大量的傳統導線(xiàn)將被光纖取代，傳統的繁瑣調試維護工作將轉變?yōu)闄z查網(wǎng)絡(luò )通信是否正常，這是繼電保護發(fā)展的必然趨勢。微機保護設計網(wǎng)絡(luò )化，將為繼電保護的設計和發(fā)展帶來(lái)一種全新的理念和創(chuàng )新，它會(huì )大大簡(jiǎn)化硬件設計、增強硬件的可靠性，使裝置真正具有了局部或整體升級的可能。

　　繼電保護的作用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)），還要保證全系統的安全穩定運行。這就要求每個(gè)保護單元都能共享全系統的運行和故障信息的數據，各個(gè)保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協(xié)調動(dòng)作，實(shí)現微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò )化。這樣，繼電保護裝置能夠得到的系統故障信息愈多，對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確，大大提高保護性能和可靠性。

　　3.2 智能化進(jìn)入20世紀90年代以來(lái)，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法、進(jìn)化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個(gè)領(lǐng)域都得到了應用，電力系統保護領(lǐng)域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專(zhuān)家系統、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（ANN）和模糊控制理論逐步應用于電力系統繼電保護中，為繼電保護的發(fā)展注入了活力。

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（ANN）具有分布式存儲信息、并行處理、自組織、自學(xué)習等特點(diǎn)，其應用研究發(fā)展十分迅速，目前主要集中在人工智能、信息處理、自動(dòng)控制和非線(xiàn)性?xún)?yōu)化等問(wèn)題。近年來(lái)，電力系統繼電保護領(lǐng)域內出現了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（ANN）來(lái)實(shí)現故障類(lèi)型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設備保護等。例如在輸電線(xiàn)兩側系統電勢角度擺開(kāi)情況下發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的短路就是一非線(xiàn)性問(wèn)題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法，經(jīng)過(guò)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(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規劃等也都有其獨特的求解復雜問(wèn)題的能力。將這些人工智能方法適當結合可使求解速度更快�？梢灶A見(jiàn)，人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會(huì )得到應用，以解決用常規方法難以解決的問(wèn)題。

　　3.3 自適應控制技術(shù)在繼電保護中的應用自適應繼電保護的概念始于20世紀80年代，它可定義為能根據電力系統運行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護性能、特性或定值的新型繼電保護。自適應繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應電力系統的各種變化，進(jìn)一步改善保護的性能。這種新型保護原理的出現引起了人們的極大關(guān)注和興趣，是微機保護具有生命力和不斷發(fā)展的重要內容。自適應繼電保護具有改善系統的響應、增強可靠性和提高經(jīng)濟效益等優(yōu)點(diǎn)，在輸電線(xiàn)路的距離保護、變壓器保護、發(fā)電機保護、自動(dòng)重合閘等領(lǐng)域內有著(zhù)廣泛的應用前景。針對電力系統頻率變化的影響、單相接地短路時(shí)過(guò)渡電阻的影響、電力系統振蕩的影響以及故障發(fā)展問(wèn)題，采用自適應控制技術(shù)，從而提高保護的性能。對自適應保護原理的研究已經(jīng)過(guò)很長(cháng)的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現保護對系統運行方式和故障狀態(tài)的自適應，必須獲得更多的系統運行和故障信息，只有實(shí)現保護的計算機網(wǎng)絡(luò )化，才能做到這一點(diǎn)。

　　3.4 變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)現代計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)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(tài)提供了優(yōu)化組合和系統集成的技術(shù)基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著(zhù)一場(chǎng)技術(shù)創(chuàng )新。實(shí)現繼電保護和綜合自動(dòng)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、計費等回路納入計算機系統，取代傳統的控制保護屏，能夠降低變電所的占地面積和設備投資，提高二次系統的可靠性。

　　綜合自動(dòng)化技術(shù)相對于常規變電所二次系統，主要有以下特點(diǎn)：

　　1）設備、操作、監視微機化。綜合自動(dòng)化系統的各個(gè)子系統全部微機化，其內涵中還包括系統的功能軟件化和信號數字化的內容，完全摒棄了常規變電所中各種機電式、機械式、模擬式設備，大大提高了二次系統的可靠性和電氣性能。操作、監視完全微機化，且方便地通過(guò)人機聯(lián)系系統（MMI）對變電所實(shí)施監視和控制。

　　2）通信局域網(wǎng)絡(luò )化、光纜化。計算機局域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和光纖通信技術(shù)在綜合自動(dòng)化系統中得到普遍的應用。因此，系統具有較高的抗電磁干擾的能力，能夠實(shí)現高速數據傳輸，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，組態(tài)更靈活，易于擴展，可靠性大大提高，而且大大簡(jiǎn)化了常規變電所繁雜量大的各種電纜，方便施工。

　　3）運行管理智能化。智能化的表現是多方面的，除了常規自動(dòng)化功能以外，如自動(dòng)報警、報表生成、電壓無(wú)功調節、小電流接地選線(xiàn)、故障錄波、事故判別與處理等方面，還具有強大的在線(xiàn)自診斷功能，并實(shí)時(shí)地將其送往調度（控制）中心，即以主動(dòng)模式代替了常規變電所的被動(dòng)模式，這一點(diǎn)是與常規二次系統最顯著(zhù)的區別之一。

　　競爭的電力市場(chǎng)將促進(jìn)新的自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用，在經(jīng)濟效益的驅動(dòng)下，變電站將向集成自動(dòng)化方向發(fā)展。根據變電站自動(dòng)化集成的程度，可將未來(lái)的自動(dòng)化系統分為協(xié)調型自動(dòng)化和集成型自動(dòng)化。協(xié)調型自動(dòng)化仍然保留間隔內各自獨立的控制、保護等裝置，各自采集數據并執行相應的輸出功能，通過(guò)統一的通信網(wǎng)絡(luò )與站級相連，在站級建立一個(gè)統一的計算機系統，進(jìn)行各個(gè)功能的協(xié)調。而集成型自動(dòng)化既在間隔級，又在站級對各個(gè)功能進(jìn)行優(yōu)化組合，是現代控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統的綜合應用。所謂集成型自動(dòng)化系統是將間隔的控制、保護、故障錄波、事件記錄和運行支持系統的數據處理等功能集成在一個(gè)統一的多功能數字裝置內，間隔內部和間隔間以及間隔同站級間的通信用少量的光纖總線(xiàn)實(shí)現，取消傳統的硬線(xiàn)連接�？傮w來(lái)說(shuō)，綜合自動(dòng)化系統打破了傳統二次系統各專(zhuān)業(yè)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(dòng)化賦予了更新的含義和內容，代表了變電所自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一種潮流。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)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(dòng)化系統，必將在我國電網(wǎng)建設中不斷涌現，把電網(wǎng)的安全、穩定和經(jīng)濟運行提高到一個(gè)新的水平。

　　4、結束語(yǔ)

　　我國電力系統繼電保護技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段。隨著(zhù)電力系統的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護技術(shù)面臨著(zhù)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。其發(fā)展將出現原理突破和應用革命，由數字時(shí)代跨入信息化時(shí)代，發(fā)展到一個(gè)新的水平。這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開(kāi)辟了活動(dòng)的廣闊天地。

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四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王曉容