电力系统继电保护技术的现状与发展趋势

【摘 要】本文回顾了我国电力系统继电保护技术发展的过程，概述了微机继电保护技术的成就，提出了未来继电保护技术发展的趋势是：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和智能化。

【关键词】继电保护；微机化；智能化；发展趋势

一、继电保护技术发展现状

电力系统的飞速发展对继电保护技术不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，我国的继电保护技术在60余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。

建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性的吸收、消化，掌握了国外先进的继电保护性能和运行技术，建成了一只具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。在60年代中期我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系，这是机电式继电保护繁荣的年代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。

自50年代末，晶体管继电保护技术已开始研究，60年代中期到80年代中期是晶体管继电保护技术蓬勃发展和广泛应用的时代。尤其是天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的50KV晶体管方向高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500KV线路上，结束了500KV线路保护完全依靠从外国进口的历史。

我国从70年代末期即已开始了计算机继电保护技术的研究。华中理工大学、西安交通大学、天津大学、华北电力学院以及南京电力自动化研究院等都开始相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护技术的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机变压器组保护也相继于1989年、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护、西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993年和1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。

随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说，从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。

二、继电保护的未来发展

继电保护技术未来发展趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

（一）计算机化

随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断地发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件从8位单CPU结构的微机保护开始，不到五年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU开始，发展到工控机核心部分为基础的32位微机保护。

1988年，天津大学已开始研制以32位数字信号处理器为基础的保护、控制、测量一体化微机装置。因为32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存和浮点数部件都集成在CPU内。

电力系统对微机保护的要求除了保护的基本功能外，还要求具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调动联网共享全系统数据、信息和网络资源的能力。在计算机保护发展的早期，曾试想过用一台小型计算机作为继电保护装置，但由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度和存储容量都大大超过了当年的小型机，用成套工控机作为继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护发展方向之一。

继电保护装置的微机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚需进一步具体深入的研究。

（二）网络化

计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因为继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，每个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络连接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。

对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息越多，对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测越准确。对自适应保护原理的研究已经取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。

由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。

（三）保护、控制、测量、数据通信一体化

在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。

（四）智能化

近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路，距离保护很难正确判断故障位置，从而造成误动或拒动。而如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。

三、结束语

建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势，这又对国内外继电保护技术发展的研究提出了新的要求。

参考文献：

[1]He Jiali,Luo Shanshan, Wang Gang.Implementation of a Digital Distributed Bus Protection.IEEE Transactions on Power Delivery,1997,12(4).

[2]杨奇逊.微型机继电保护基础[M].北京:水利电力出版社,1988.

[3]段玉清,贺家李.基于人工神经网络化的微机变压器保护[J].中国电机工程学报,1998.

作者简介：安东（1976―），男，陕西绥德人，西安外事学院讲师。