浅析微机继电保护技术及发展

[摘要]文章介绍了我国微机继电保护技术的特点，并且主要针对目前我国微机保护的常见故障和抗干扰技术进行了分析，此外，对微机继保未来的发展提出了相关看法。

[关键词]微机保护；发展

继电保护技术主要是针对电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

本文根据笔者多年实际工程经验，分析了电力系统微机继电保护技术的技术特点、现状和发展趋势。

1.微机继电保护

微机保护是指以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护，起源于20世纪60年代中后期。20世纪60年代中期，有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但这为后来的继电保护发展奠定了理论基础。计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降，可靠性、运算速度的大幅度提高，促使计算机继电保护的研究出现了高潮。

2.常见故障

（1）硬件故障

主要有：按键失灵、显示屏显示不正常、插件损坏等等。

可能的原因有：运行时间太久使得按键机械部分接触不良导致按键失灵，或者是设备内部连接线损坏导致按键失灵；显示屏液晶面板受潮或受到损坏，显示芯片损坏；插件问题可能是插件电路电容长时间运行损坏，电源芯片损坏等原因造成。

（2）软件故障

某变电所主变压器采用的是WBZ-1201D，保护运行时，所有报告均由人机对话模件收集显示或打印机输出。在运行过程中，出现过这种情况而无法解决：保护屏上显示“有报告”，但人机对话模件上未显示“报告”内容，且打印机亦未工作。此时操作人机对话模件因为有报告”而拒绝执行命令，万般无奈的情况下，只有对装置断电，重新开机后装置才能恢复正常。在这种状况，“看门狗”失效，陷入死循环”，说明装置软件和硬件存在缺陷，有待完善。

3.抗干扰

继电保护的抗干扰是指继电保护装置在投入实际运行时，既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围环境，并能按设计要求正常工作的能力。

常见干扰源主要有：

（1）50Hz工频干扰当大电流接地系统发生单相接地短路时，变电站的接地网中会流过故障电流，此电流流经接地体的阻抗时便会产生电压降，使得变电站内各点的地电位有较大差别。

（2）高频干扰当操作变电站内的开关设备，比如高压隔离开关切合带电母线时，将在二次回路上引起高频干扰。

（3）雷电干扰每当进入雨季，发生雷击时，由于电与磁的耦合，也会在高压导线和大地之间感应出干扰电压，称之为雷电干扰。

（4）控制回路产生的干扰当断开接触器或者继电器的线圈时，会产生宽频谱的干扰波，其干扰频率甚至可达到50MHz。

（5）高能辐射设备引起的干扰在高压区使用对讲机、移动电话等通讯工具，也将产生高频电磁场干扰。

以上干扰电压主要是通过干扰源与二次回路之间的耦合电容及干扰源与二次回路之间存在的互感，依靠电场耦合、磁场耦合、公共阻抗耦合、电磁辐射等传播途径，通过交流电压、电流、信号及控制回路的电缆进入保护装置，使微机保护不正确动作。

减少各种干扰对继电保护或其它二次设备影响，可以考虑采取以下措施。

（1）硬件抗干扰

屏蔽和隔离相结合。电磁屏蔽是通过切断电磁能量从空间传播的路径来消除电磁干扰的。保护柜用铁质材料做成，以实现对电场和磁场的屏蔽，在电场很强的场合，可以考虑在铁壳内加装铜网衬里或用铝板做屏蔽体。隔离既可使测控装置与现场保持信号联系，又不直接发生电的联系。

（2）软件抗干扰

接入RC滤波器。对于微机保护，在印制板布线设计时应使强、弱信号电路之间有一定的距离，避免平行，在每芯片的电源与零序之间应加抗干扰电容，在交流和直流入口处应接入RC滤波器等。

此外，保护装置的模拟输入量之间存在着某些可以利用的规律。如果由于干扰导致输入采样值出错，可以取消不能通过检查的采样值，等干扰脉冲过去，数据恢复正常后再恢复工作。

4.微机保护的发展

微机保护装置在国内应用已有近二十年历史了，微机保护产品的发展也经历了几代，可以说，无论是国际品牌或国内知名厂家，其保护产品从原理到生产技术都已经非常成熟了。但是这些微机继保装置还是或多或少的存在一些缺陷，时代的发展，技术的进步，对微机保护也提出了更高的要求。

（1）更趋自动化、智能化

随着我国智能电网概念的提出和相关技术标准的制定，智能电网相应配套的关键技术和系统也需要加快研发速度。

对于继电保护技术来讲，一方面，可以深入挖掘智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划模糊逻辑等在微机保护方面的应用前景，将技术转化为生产力，以解决常规技术难以解决的实际问题。

另一方面，综合自动化技术、现代计算机技术、通信技术和网络技术为改变变电站目前监视、控制、保护和计量装置及系统分割的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。

随着现代通信技术和嵌入式技术的发展，变电站运行设备正朝着自动化、智能化方向发展，在数据采集和监视控制系统中，“四遥”设备的性能得到不断完善，技术性也越来越高。由于大规模集成电路对使用环境要求很高，并且其功率较小等原因，如何使变电站的“四遥”设备能够准确的反应现场的信息量变得尤其重要。

（2）提高微机保护的设备管理和事件记录功能

现在的微机保护，除了应完成保护、测控、通信一体化功能外，还应能提供被保护设备的日常管理和事件记录。这些设备管理包括断路器的分闸、合闸次数，累计故障次数、断路器动作时间监视、断路器开断电流水平，断路器触头寿命、设备累计停电时间、设备累计运行时间、设备检修记录、分区段平均负荷电流、日最大负荷电流、日平均负荷电流、累计电度等。对变压器保护测控装置，如果有油温、压力等模拟量接入，还可进一步监视变压器的其它运行工况。

近几年，国内对发电机内部故障分析计算等开展了很多卓有成效工作，后备保护的判距，大机组后备保护的判距，如何和发电机实际承受能力科学的匹配，失磁事故保护与系统保护如何很好的配合，依然有很多工作。此外，对于变压器的保护，对于我们广泛运用的差动的原理如何区分励磁涌流和内部故障，特别是内部的匝间保护的电流上，还不能够完全做到百分之百的准确，也需要继续深入研究。其次，在现代电网方面，中国电网出现很多新的热点，特别是特高压输电，可控的一些元件的应用，交直流混合输电等等，现代电网随着我们的继电保护发展也带来了很多新的课题。

目前，我国的继电保护的构成机制和构成原理，还没有发生根本性的改变。我们现在的继电保护主保护仍然采取差动，后备保护采用多段式定值和时间上相互配合的模式。这就要求，在现阶段要充分重视通讯信息技术以及传感技术的发展。要改变原来保护安装处本地信息的状况，运用多元信息来完整我们继电保护的功能。有多个信息来决定故障发生在什么位置，应该有那些开关和保护来跳闸，保护的动作时间就自然缩短了，可靠性也得到相应的提高。

5.结语

未来的微机保护系统将会使更加人性化、自动化、智能化，将会为确保我国电力系统的安全稳定运行，确保国民经济的快速持续增长发挥更大的作用。

创新是国家发展的不竭的动力。继电保护是一个老专业，发展相对成熟。但目前面临着电网发展、机组发展、新能源发展等新需要和新挑战，我们只有勇敢地面对新的问题，不断探索新的理论、努力研制新的装置，才能适应新的要求，永葆这个老专业的青春活力。