继电保护设备的现状及发展

摘要 随着科技的发展，许多新原理和新技术成功地应用于工程，并得到了检验，大大改善了主设备保护的安全运行。文章从介绍电力系统中保护设备的概念出发，由分类、任务，进一步介绍微机保护和自适应保护的发展以及特点，最后了对继电保护设备的发展趋势提出展望。

关键词 继电保护；现状；发展

中图分类号 TD672 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）122-0220-02

电力系统作为一个庞大而复杂的系统，它由发电机，变压器，母线，输配线路及用电设备以各种方式连接配置而成，各元件之间通过电或磁发生联系，任何元件发生故障都将在不同程度上影响系统的正常运行。随着科学技术的发展，特别是电子技术、计算机技术和通信技术的发展，电力系统继电保护先后经历了不同的发展时期。近10年来，电力工业突飞猛进，整个电力系统呈现出往超高电压等级、单机容量增大、大联网系统方向发展的趋势，这就对主设备保护的可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了更高的要求。继电保护技术作为电力系统中关键设备，它对保障电力系统安全运行，提高社会经济效益起到举足轻重的作用。在此期间也涌现出了大量先进的继电保护设备。继电保护设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备，主要包括熔断器、控制开关、继电器、控制电缆、仪表、信号设备、自动装置等。

1 电保护设备的分类及基本任务

1.1 基本分类

继电保护可按以下4种方式分类：

1）被保护对象分类，有输电线保护和主设备保护（如发电机、变压器、母线、电抗器、电容器等保护）。

2）保护功能分类，有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护；后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。

3）保护装置进行比较和运算处理的信号量分类，有模拟式保护和数字式保护。一切机电型、整流型、晶体管型和集成电路型（运算放大器）保护装置，它们直接反映输入信号的连续模拟量，均属模拟式保护；采用微处理机和微型计算机的保护装置，它们反应的是将模拟量经采样和模数转换后的离散数字量，这是数字式保护。

4）保护动作原理分类，有过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、距离保护、差动保护、高频（载波）保护等。

1.2 基本任务

电力系统继电保护的基本任务是：

1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。

2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班人员）而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。

3）继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。

2 电保护设备的现状

2.1 微机继电保护

19世纪的70-80年代，熔断器已作为最早的继电保护装置熔断器开始应用。随着电力系统的发展，到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置。20世纪50年代晶体管和其他固态元器件迅速发展，电子器件型保护才得以应用。直到1965年出现了应用计算机的数字式继电保护，即早期的微机保护。随着科学技术的不断发展，大规模集成电路技术飞速发展，微型计算机和微处理机问世，价格大幅度下降，计算速度不断加快，可靠性也大为提高，微机继电保护的研制随之出现高潮，到70年代后期已从趋于实用。

2.2 微机继电保护具有以下几个特点

1）微机继电保护集测量、控制、监视、保护、通信等多种功能于一体的电力自动化高新技术产品，是构成智能化开关柜的理想电器单元。

2）多种功能的高度集成，灵活的配置，友好的人机界面，使得该通用型微机综合保护装置可作为35 KV及以下电压等级的不接地系统、小电阻接地系统、消弧线圈接地系统、直接接地系统的各类电器设备和线路的保护及测控，也可作为部分66 KV、110 KV电压等级中系统的电压电流的保护及测控

3）采用32位数字处理器（DPS）具有先进的内核结构，高速运算能力和实时信号处理等优点。

4）支持常规的RS485总线以及CAN（DEVICENET）现场总线通讯，CAN总线具有自动重发和故障节点自动脱离等纠错机制，保护信息的实施性和可靠性。

5）完善的自检能力，发现装置异常自动报警；具有自保护能力，有效防止接线错误和非正常运行引起的装置永久性损坏；免维护设计，无需在现场调整采样精度，测量精度不会因为环境改变和长期运行引起误差增大。

2.3 自适式继电保护

自适应继电保护作为继电保护发展的未来是本世纪80 年代提出的一个较新的研究课题。自适应继电保护指可以根据系统运行方式和故障状态改变保护的性能、特性或定值的保护。自适应继电保护的基本思想是使其尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护性能。使用自适应原理可以使保护性能优化， 并且可在线自动改变以适应系统的改变。自适应原理在继电保护领域的主要应用有自适应重合闸、自适应馈线保护、串补输电线路的自适应保护、以及自适应行波保护。

3 继电保护设备的发展趋势

3.1 微机保护硬件发展趋势

微处理器：采用高性能的16位或32位单片机，采用DSP芯片，采用工控机（嵌入式处理器，如V40 STD；386EX；486DX等）。

数据采集系统：VFC压频变换的AD654、VFC110（主要用于微机线路保护）；无需CPU干预的高速数据采集芯片如AD7874、MAX125/126等（主要用于微机元件保护）。

网络通讯：通讯端口有RS232、RS485、以太网总线接口、Lonworks网总线

3.2 微机保护软件发展趋势

新型算法：最小二乘法；卡尔曼滤波算法；故障分量算法；自适应算法等。

人工智能的运用：人工神经网络（ANN）；模糊理论；遗传算法（BP）等。

小波理论的运用（在时域和频域皆具有良好的局部化分析能力，用于处理局部突变信号）。

全球定位系统GPS的运用等。

总之，随着电力系统和计算机技术、通信技术等现代化技术的发展，继电保护技术必然向计算机化、网络化保护、控制、测量、数据通信一体化及人工智能化快速发展，为电力系统的可靠运行提供更加可靠、高效的保护功能。

参考文献

[1]刘国富.浅析自适应继电保护原理及其优越性[J].电力建设，2009，211.

[2]高华.新型继电保护发展现状综述[J].电力自动化设备，2000，20（5）.

[3]葛耀中，赵梦华，彭鹏等.微机式自适应馈线变换的研究和开发[J].电力系统自动化，1999，23（3）：19-22.

[4]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术[M].西安：西安交通大学出版社，1996.

作者简介

李新文（1977―），男，江西上高人，本科，工程师中级，许继电气股份有限公司电网公司设计部，研究方向：电气工程及自动化。

钱绍蕊（1973―），女，河南临颍人，本科，电气工程师，许继电气股份有限公司，研究方向：从事电力系统自动化研究。