繼電保護技術在電力系統中發展的現狀與發展趨勢

解曉東　王凌飛　夏曉聰

摘要：對我國目前推行的電力系統繼電保護相關技術分析的具體情況和其整體發展趨勢進行了簡要的闡述，主要是研究未來繼電保護技術的核心和關鍵技術，核心技術即計算機和微處理器，關鍵技術則是圖像顯示、自動控制、計算機、系統等。為電力系統繼電保護產品具有高度的智能化，需要將上述技術運用于這些產品中，并使其發展為信息工業領域中不可或缺的一部分。其將來的核心發展方向必然是系統一體化、網絡智能化和數字虛擬化。

關鍵詞:繼電保護技術；電力系統；發展趨勢

1繼電保護技術相關發展情況

因電力系統不斷進步，繼電保護技術地位也逐漸提升，并且要求也越來越高，而其在發展過程中也因其核心技術的進步擁有了嶄新的活力。總體來說，繼電保護技術主要包含以下幾個發展階段：

新中國成立以來，開始根本沒有繼電保護的相關理念，與此同時，也沒有繼電保護設計和關于繼電設備等工業企業，但在之后的十年當中，在技術人員的不斷努力之下趕上了國外50年的發展。20世紀中期，我國大力注重培養技術人才，并將這些國家人家送往海外，目的是讓我國也能對世界上的繼電保護設備的相關特性和一些核心技術進行研究與效仿。

1960年到1980年間的20年，晶體管繼電保護技術推廣開來，并逐步滲透到各個行業當中。在70年代已經初步對部分基礎的電路維護進行分析以及研究了，其主要的研究基礎就是利用集成運算放大器的相關理論技術。之后十年，完整的集成電路維護體系已經實現，并且逐漸占據主導地位。

九十年代開始因社會發展的需要，對基礎電路保護的研究進行了大量的投入，同時成果也十分顯著。此時，市場上存在著多種原理生產的以及各種型號的微機線路以及主要設備保護，因此，電力系統可以選擇高性能、多功能以及可靠性高的繼電保護設備。與此同時，維護軟件和相關算法也在這個過程中得到了顯著優化、改良。總的來說，繼90年代之后，我國的繼電保護相關技術已經初步邁進微機保護階段，是一次大的進步。

2繼電保護技術的大體發展趨勢

2.1數字化

因為先期的互聯網技術取得了大發展，給微機保護技術奠定了堅實的基礎，所以，微機保護技術也得以進步。因為社會需求量正在逐步提升，因此，在電力系統對微機保護方面，不僅是一次機會，更是一次大的挑戰，因為只有達到高要求，才能贏得消費市場。與此同時，其類似于PC機的功能還得不斷改進，使得它可以對眾多的故障信息和相關數據進行合理、有效的存儲，另外，對核心數據進行處理時，必須保障通信功能能夠正常使用。當前市場上的DigiProII系列的綜合數字式的相關設備都包含此功能，主要在110KV及以下的電網中使用，是用來測量、保護、掌控以及監視相關輸電線路和變壓器、電動機等。為了使其可以方便的在一次設備中進行配備，運用了單元化的設計思路。其現場總線接口都是按照國家標準進行制造的，能夠進行多節點同時工作，并且可以提供高質量的管理以及信息共享。這個設備現在包含PLC功能，利用的是先進的ISP技術和元件—工程—用戶三級可編程的相關模式，進而使得二次方案能夠完美地實現。綜上所述，DigiProII系列數字式綜合保護設備市場前景非常好。

2.2多功能一體化

保護設備是電網中的智能終端，其功能相當于高性能的計算機。電力系統在工作以及出現故障時產生的一切信息以及數據都能夠通過保護設備由網上下載，并且也能夠將其保護過程中產生的一些信息及數據傳輸至網控中心以及所有終端。所以，微機保護設備不只是能完成繼電保護的基本使用功能，還能在電力系統正常維護中完成檢測、掌控和基本通信的功能，而維護、檢測、掌控以及數據通信一體化也能夠實現。目前市場上存在的多功能一體的電力監控系統為JCS變電站綜合保護系統(3.0版)，可以實現維護、監控、通信以及采集數據、故障分析等功能。這個系統完美地把互聯網技術、場總線技術以及繼電保護技術結合在一起，不僅使得功能正常使用，更是一次技術突破。它的主要構造為分層分布式結構，具體為：主站、系統以及子站系統與設備層。使用者可以依照工作環境對其配置方法進行靈活的選擇。IEC60870—5—103協議也適用于該系統，并且PROFIBUS，MODBUS等標準同樣適用，同時距離較遠的變電站之間的信息管理系統也能夠運用多節點網絡連接形式產生。該系統是利用MS—Windows系統去完成軟件部分的，當前最好的編程語言為使用率高的C++，并且將其與SQL Server數據系統結合在一起，其設計原則是開發性高、模塊化以及高可靠性、容易維護等，最后的根本目標就是能夠設計出具有強大功能，易操作，高效率運作的任意擴展的系統。

2.3網絡化

保護設備已基本實現聯網，同時三維多媒體技術也逐步引入維護設備中，究其原因是測量裝置高度的自動化與智能化。另外，如果現場總線技術可以取得大發展，必能使得保護設備直接可以連網作業。如今，基于現場總線的FCS的市場地位迅速提升，將會替代DCS在控制系統領域的地位，同時在控制領域也引入了Internet與Intranet技術，在企業的生產管理以及營銷等方面也運用了網絡化系統。利用網絡，保護設備使用者之間在不同的地方即可實現信息互換，完成實時交流，并且實現維護設備的故障診斷，也可以指導使用者進行設備的維修、新設備數據的優化以及相關軟件的升級。為了適應市場的需求，許多儀器生產公司都在研發新型網絡化智能測量裝置，而具有代表性的便是美國P&SDataCom公司生產的通用網絡通信控制器芯片——WebChipTM，該芯片使用方便，價格低廉并且功能強大，同時能夠連網，它是美國P&SDataCom公司經過多年的探索才研發出來的。隨著微機維護設備的產生，使得其維護性能和高效性實現了大突破。

2.4智能化

現階段，微處理器和人工智能技術的進步發展與利用時繼電保護設備智能化的相關基礎。目前，因微電子技術的快速發展，在繼電保護產品中開始逐步融入了微處理（控制）器、DSP以及相應的嵌入式軟件，因此，儀器儀表的數字化、智能化的程度逐步提升。美國所提出的“DSPC”的理念則是高度智能化的標志，它的核心部分是DSP芯片，混合信號電路、元件、ASIC電路與開發工具則構成它的輔助部分。當前DSP生產精度也正逐步提升，由原先的0.35μm逐步提升至0.25μm、0.18μm、0.13μm，并且于05年得到質的飛躍，精確高達0.075μm。預計到2010年，DSP將會擁有目前11倍的集成度，那時將會把5億只晶體管集成至一個芯片上。

當前，繼電保護產品為了設計成智能一體化以及擁有更多強大的功能，則需要添加更多的如表面貼裝技術(SMT)、圓片規模集成(WSI)、多芯片模塊(MCM)以及超大規模集成(VLSI)的新器件的新工藝和CAD、CAM、CAPP、CAT等輔助技巧。和傳統產品對比，當前的新智能繼電保護產品更具優勢，特別是精細度、靈敏度、高度自動化以及性價比等方面。MM1系列智能保護設備適用環境為110KV及以下的電網中，主要用來維護、測量、控制和監視輸電線路以及相關的變壓器、電動機等。為了使其可以方便的在一次設備中進行配備，運用了單元化的設計思路。可以見得，在繼電保護領域里，如果將人工智能技術的地位提高，那么就能夠解決以前不能解決的問題。

2.5虛擬化

虛擬現實的相關技術的合理利用為繼電保護設備虛擬化的產生提供便利的條件。所謂的虛擬現實技術是通過計算機模擬現實中的環境，讓使用者能夠身臨其境，使客觀事物都能夠存在于這一虛擬環境中，從而使設計者能夠更好的進行創新。虛擬儀器是利用虛擬現實技術而設計出來的產品，因為這個儀器功能強大，所以即使在多復雜多變的體系里也能高效使用，與傳統儀器不同，虛擬儀器主要靠軟件完成測量，通過相應的軟件和少量的硬件以及PC機就可以顯示出和傳統儀器類似的顯示面板，并且能夠利用數據以及鍵盤對顯示面板上的虛擬按鈕等進行控制，從而實現各種功能，而且可以利用面板上的顯示屏等將測量的結果顯示以及打印出來。總的來說，繼電保護虛擬化的出現將會是未來的繼電保護技術發展的一個核心發展趨勢。

3 結束語

當前，我國的核心電力系統繼電保護技術共包含四大主要階段。繼電保護技術會因為電子系統、互聯網技術以及通信技術的迅速發展而實現自身的迅速發展。我國將來的繼電保護技術的將包含核心和關鍵技術，核心技術即計算機和微處理器，關鍵技術則由圖像顯示、自動控制、計算機、系統等構成。其將來的核心發展方向必然是一體化、網絡化、數字化、智能化和虛擬化。endprint