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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)天獨厚，40余年時間里完成了發(fā)展4個歷史階段。
    建國后，我國繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊伍從無到有，大約10年時間里走過了先進(jìn)國家半個世紀(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)理論造詣和豐富運行經(jīng)驗繼電保護(hù)技術(shù)隊伍，對全國繼電保護(hù)技術(shù)隊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、制造、運行和教學(xué)完整體系。這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮時代，為我國繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展奠定了堅實基礎(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)展和廣泛采用時代。其中天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研究500kV晶體管方向高頻保護(hù)和南京電力自動化研究院研制晶體管高頻閉鎖距離保護(hù)，運行于葛洲壩500 kV線路上，結(jié)束了500kV線路保護(hù)完全依靠從國外進(jìn)口時代。
    此期間，從70年代中，基于集成運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)時代。這方面南京電力自動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線路上運行。
    我國從70年代末即已開始了計算機(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，投入運行。南京電力自動化研究院研制微機(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  計算機(jī)化 
    計算機(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化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全32位大模塊，一個模塊就是一個小型計算機(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，具有存儲器管理功能、存儲器保護(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PC機(jī)功能。計算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺小型計算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。當(dāng)時小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個設(shè)想是不現(xiàn)實。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)效益和社會效益，尚須進(jìn)行具體深入研究。\
2.2  網(wǎng)絡(luò)化 
    計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力通信手段。到目前為止，差動保護(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)時主要指安全自動裝置。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)定運行。這就要求每個保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)運行和故障信息數(shù)據(jù)，各個保護(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)動作，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。顯然，實現(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)裝置用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實現(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)，實現(xiàn)保護(hù)裝置計算機(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)原理研究已很長時間，也取了一定成果，但要真正實現(xiàn)保護(hù)對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)自適應(yīng)，必須獲更多系統(tǒng)運行和故障信息，實現(xiàn)保護(hù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點。
    某些保護(hù)裝置實現(xiàn)計算機(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(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)單元用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個保護(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)行母線差動保護(hù)計算，計算結(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，各保護(hù)單元都計算為外部故障均不動作。這種用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(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。一個保護(hù)單元受到干擾或計算錯誤而誤動時，只能錯誤跳開本回路，不會造成使母線整個被切除惡性事故，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 
    實現(xiàn)繼電保護(hù)計算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化條件下，保護(hù)裝置實際上就是一臺高性能、多功能計算機(jī)，是整個電力系統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上一個智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運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。，每個微機(jī)保護(hù)裝置可完成繼電保護(hù)功能，無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實現(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，造成誤動或拒動；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個時代。電力系統(tǒng)高速發(fā)展和計算機(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)，也開辟了活動廣闊天。