電力系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)狀與發(fā)展探討

關(guān)敬歡

摘 要:綜述我國電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的過程,詳細(xì)探討了我國繼電保護(hù)未來發(fā)展趨勢。隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,繼電保護(hù)必將向綜合自動化技術(shù)方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng);繼電保護(hù);發(fā)展趨勢

中圖分類號:F407.61文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3198(2009)18-0303-01

1 引言

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)安全運行、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效技術(shù)。計算機(jī)控制技術(shù)成功運用到電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中,使得未來繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢具有計算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點。

我國繼電保護(hù)學(xué)科、技術(shù)、繼電器制造和人才隊伍培養(yǎng)從無到有,在小活吸收國外先進(jìn)繼電保護(hù)設(shè)備和運行技術(shù)的基礎(chǔ)上,建成了一支具有深厚理論功底和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護(hù)隊伍。經(jīng)過60年的發(fā)展和探索,我國已經(jīng)建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計、加工制造、運行維護(hù)和教學(xué)的完整體系。

2 我國繼電保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀(jì)60年代到80年代是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護(hù)和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護(hù),運行于葛洲壩500kV線路上,結(jié)束了500kV線路保護(hù)完全依靠從國外進(jìn)口的時代。在20世紀(jì)70年代中,基于集成運算放大器的集成電路保護(hù)已開始研究。到80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護(hù)。到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位,這是集成電路保護(hù)時代。我國從20世紀(jì)70年代末即已開始了計算機(jī)繼電保護(hù)的研究,1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定,并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用,揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁,為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。從90年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時代。不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色,為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全且工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究,在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。

3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)發(fā)展趨勢

3.1 計算機(jī)化

按照著名的摩爾定律,芯片上的集成度每隔18—24個月翻一番。其結(jié)果是不僅計算機(jī)硬件的性能成倍增加,價格也在迅速降低。微處理機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在單片化及相關(guān)功能的極大增強,片內(nèi)硬件資源得到很大擴(kuò)充,單片機(jī)與DSP芯片二者技術(shù)上的融合,運算能力的顯著提高以及嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信芯片的出現(xiàn)及應(yīng)用等方面。這些發(fā)展使硬件設(shè)計更加方便,高性價比使冗余設(shè)計成為可能,為實現(xiàn)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。

我國在2000年220kV及以上系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)率為43.99%,線路微機(jī)保護(hù)占86%,到2003年底,220kV以上系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)已占到70.29%,線路的微機(jī)化率達(dá)到97.6%。實際運行中,微機(jī)保護(hù)的正確動作率要明顯高于其他保護(hù),一般比平均正常動作率高0.2—0.3個百分點。

繼電保護(hù)裝置的計算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。電力系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高,除了保護(hù)基本功能外,還應(yīng)具有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,強大的通信功能,與其他保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以供享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力、高級語言編程等。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)保護(hù)是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微機(jī)保護(hù)相結(jié)合的產(chǎn)物,通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)各種保護(hù)功能,如線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)等。網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的最大好處是數(shù)據(jù)共享,可實現(xiàn)本來由高頻保護(hù)、光纖保護(hù)才能實現(xiàn)的縱聯(lián)保護(hù)。另外,由于分站保護(hù)系統(tǒng)采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(xiàn)母線保護(hù),而不需要另外的母線保護(hù)裝置。

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)型繼電保護(hù)是一種新型的繼電保護(hù),是微機(jī)保護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。它建立在計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及微機(jī)保護(hù)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上。網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)中網(wǎng)省級、省市級和市級主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以及分站系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均可采用簡單、可靠的總線結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等。分站保護(hù)系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)中是最重要的一個環(huán)節(jié)。分站保護(hù)系統(tǒng)有2種模式:一是利用現(xiàn)有微機(jī)保護(hù);另一個是組建新系統(tǒng),各種保護(hù)功能完全由分站系統(tǒng)保護(hù)管理機(jī)實現(xiàn)。由于繼電保護(hù)在電網(wǎng)中的重要性,必須采取有針對性的網(wǎng)絡(luò)安全控制策略,以確保網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)的安全。

3.3 智能化

隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及計算機(jī)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用,新的控制原理和方法不斷被應(yīng)用于計算機(jī)繼電保護(hù)中,近年來人工智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯、小波理論等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,從而使繼電保護(hù)的研究向更高的層次發(fā)展,出現(xiàn)了引人注目的新趨勢。例如電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)來實現(xiàn)故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護(hù)、主設(shè)備保護(hù)等。在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題,距離保護(hù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練,只要樣本集中充分考慮了各種情況,則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,新的方法也在不斷涌現(xiàn),在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大,為繼電保護(hù)的發(fā)展注人了新的活力。將不同的人工智能技術(shù)結(jié)合在一起,分析不確定因素對保護(hù)系統(tǒng)的影響,從而提高保護(hù)動作的可靠性,是今后智能保護(hù)的發(fā)展方向。雖然上述智能方法在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中應(yīng)用取得了一些成果,但這些理論本身還不是很成熟,需要進(jìn)一步完善。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機(jī)、通信等各種技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,可以預(yù)見,人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會得到應(yīng)用,以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。

3.4 綜合自動化

現(xiàn)代計算機(jī)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(jiān)視、控制、保護(hù)和計量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術(shù)創(chuàng)新。實現(xiàn)繼電保護(hù)和綜合自動化的緊密結(jié)合,它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠(yuǎn)方控制與信息共享。以遠(yuǎn)方終端單元(RTU)、微機(jī)保護(hù)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(jī)系統(tǒng),取代傳統(tǒng)的控制保護(hù)屏,能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資,提高二次系統(tǒng)的可靠性。

綜合自動化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)各專業(yè)界限和設(shè)備劃分原則,改變了常規(guī)保護(hù)裝置不能與調(diào)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(nèi)容,代表了變電所自動化技術(shù)發(fā)展的一種潮流。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,功能更全、智能化水平更高、系統(tǒng)更完善的超高壓變電所綜合自動化系統(tǒng),必將在中國電網(wǎng)建設(shè)中不斷涌現(xiàn),把電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行提高到一個新的水平。

4 結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的進(jìn)步,繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。其發(fā)展將出現(xiàn)原理突破和應(yīng)用革命,由數(shù)字時代跨入信息化時代,發(fā)展到綜合自動化水平。這對繼電保護(hù)工作者提出了艱巨的任務(wù),也開辟了活動的廣闊天地。

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