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【摘要】回顧我國電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展過程，概述了微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)成就，提出了未來繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢是：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化。
【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng),繼電保護(hù)技術(shù),發(fā)展現(xiàn)狀,未來趨勢
1  繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀
    電力系統(tǒng)飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展不斷注入了新活力，繼電保護(hù)技術(shù)天獨(dú)厚，40余年時(shí)間里完成了發(fā)展4個(gè)歷史階段。
    建國后，我國繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無到有，大約10年時(shí)間里走過了先進(jìn)國家半個(gè)世紀(jì)走過道路。50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性吸收、消化、掌握了國外先進(jìn)繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)，建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對全國繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍建立和成長起了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國外先進(jìn)繼電器制造技術(shù)，建立了我國自己繼電器制造業(yè)。60年代中我國已建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)完整體系。這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮時(shí)代，為我國繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
    自50年代末，晶體管繼電保護(hù)已開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用時(shí)代。其中天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研究500kV晶體管方向高頻保護(hù)和南京電力自動(dòng)化研究院研制晶體管高頻閉鎖距離保護(hù)，運(yùn)行于葛洲壩500 kV線路上，結(jié)束了500kV線路保護(hù)完全依靠從國外進(jìn)口時(shí)代。
    此期間，從70年代中，基于集成運(yùn)算放大器集成電路保護(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)研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。這方面南京電力自動(dòng)化研究院研制集成電路工頻變化量方向高頻保護(hù)起了重要作用，天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制集成電路相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)也多條220kV和500kV線路上運(yùn)行。
    我國從70年代末即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)研究，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)作用。華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)和南京電力自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先鑒定，并系統(tǒng)中獲應(yīng)用［5］，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新一頁，為微機(jī)保護(hù)推廣開辟了道路。主設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)?變壓器組保護(hù)也相繼于1989、1994年鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993、1996年鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型微機(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、工作可靠繼電保護(hù)裝置。微機(jī)保護(hù)裝置研究，微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取了很多理論成果。可以說從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)時(shí)代。
2  繼電保護(hù)未來趨勢
    繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。
2.1  計(jì)算機(jī)化 
    計(jì)算機(jī)硬件迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)問世，不到5年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制微機(jī)保護(hù)也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)32位微機(jī)保護(hù)。
    南京電力自動(dòng)化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎(chǔ)微機(jī)線路保護(hù)，已到大面積推廣，目前也研究32位保護(hù)硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制微機(jī)主設(shè)備保護(hù)硬件也了多次改進(jìn)和提高。天津大學(xué)一開始即研制以16位多CPU為基礎(chǔ)微機(jī)線路保護(hù)，1988年即開始研究以32位數(shù)字信號處理器(DSP)為基礎(chǔ)保護(hù)、控制、測量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全32位大模塊，一個(gè)模塊就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。采用32位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，精度受A/D轉(zhuǎn)換器分辨率限制，超過16位時(shí)轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受；更重要是32位微機(jī)芯片具有很高集成度，很高工作頻率和計(jì)算速度，很大尋址空間，豐富指令系統(tǒng)和較多輸入輸出口。CPU寄存器、數(shù)據(jù)總線、址總線都是32位，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成CPU內(nèi)。
    電力系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)要求不斷提高，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)長期存放空間，快速數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大通信能力，它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源能力，高級語言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)功能。計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似工控機(jī)功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過了當(dāng)年小型機(jī)，，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同一種工控機(jī)加以改造作成繼電保護(hù)裝置。這種裝置優(yōu)點(diǎn)有：(1)具有486PC機(jī)全部功能，能滿足對當(dāng)前和未來微機(jī)保護(hù)各種功能要求。(2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣工作環(huán)境，成本可接受。(3)采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，不同保護(hù)可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。
    繼電保護(hù)裝置微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)發(fā)展趨勢。但對如何更好滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)可靠性，如何取更大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深入研究。\
2.2  網(wǎng)絡(luò)化 
    計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力通信手段。到目前為止，差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處電氣量。繼電保護(hù)作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主缺乏強(qiáng)有力數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)概念，這當(dāng)時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)作用限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置分析這些信息和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化。這當(dāng)前技術(shù)條件下是完全可能。
    一般非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大好處。繼電保護(hù)裝置能夠到系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置判斷和故障距離檢測愈準(zhǔn)確。對自適應(yīng)保護(hù)原理研究已很長時(shí)間，也取了一定成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)自適應(yīng)，必須獲更多系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，實(shí)現(xiàn)保護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。
    某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護(hù)可靠性。天津大學(xué)1993年針對未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護(hù)原理，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)集中式母線保護(hù)分散成若干個(gè)(與被保護(hù)母線回路數(shù)相同)母線保護(hù)單元，分散裝設(shè)各回路保護(hù)屏上，各保護(hù)單元用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路保護(hù)單元，各保護(hù)單元本回路電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲其它所有回路電流量，進(jìn)行母線差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障母線隔離。母線區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障均不動(dòng)作。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分布式母線保護(hù)原理，比傳統(tǒng)集中式母線保護(hù)原理有較高可靠性。一個(gè)保護(hù)單元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤跳開本回路，不會(huì)造成使母線整個(gè)被切除惡性事故，這象三峽電站具有超高壓母線系統(tǒng)樞紐非常重要。
    由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展必然趨勢。
2.3  保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化 
    實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲被保護(hù)元件任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置可完成繼電保護(hù)功能，無故障正常運(yùn)行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。
    目前，測量、保護(hù)和控制需要，室外變電站所有設(shè)備，如變壓器、線路等二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)大量控制電纜要大量投資，使二次回路非常復(fù)雜。將上述保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化計(jì)算機(jī)裝置，就安裝室外變電站被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備電壓、電流量此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量控制電纜。用光纖作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾。現(xiàn)光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已研究試驗(yàn)階段，將來必然電力系統(tǒng)中到應(yīng)用。采用OTA和OTV情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放距OTA和OTV最近方，亦即應(yīng)放被保護(hù)設(shè)備附近。OTA和OTV光信號輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號后，用作保護(hù)計(jì)算判斷；另作為測量量，網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室網(wǎng)絡(luò)可將對被保護(hù)設(shè)備操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器操作。1992年天津大學(xué)提出了保護(hù)、控制、測量、通信一體化問題，并研制了以TMS320C25數(shù)字信號處理器(DSP)為基礎(chǔ)一個(gè)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。
2.4  智能化 
    近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都到了應(yīng)用，繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射方法，很多難以列出方程式或難解復(fù)雜非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生渡電阻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判別，造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，大量故障樣本訓(xùn)練，樣本集中充分考慮了各種情況，則發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特求解復(fù)雜問題能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。天津大學(xué)從1996年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護(hù)研究，已取初步成果。可以預(yù)見，人工智能技術(shù)繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決問題。
3  結(jié)束語
    建國以來，我國電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)代。電力系統(tǒng)高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展趨勢。國內(nèi)外繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢為：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化，這對繼電保護(hù)工作者提出了艱巨任務(wù)，也開辟了活動(dòng)廣闊天。