电力系统继电保护方向性分析

  本文介绍了电力系统中的继电保护技术,阐述了电力系统继电保护技术的现状和发展历程,分析了计算机、网络、人工智能技术的发展情况。展望了此项技术未来的发展趋势和前景。
  关键词电力系统继电保护 发展现状趋势
  前言
  继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的,20世纪初随着电力系统的发展,继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。电力系统决定着电力能源的产生、传输和配送。而系统中的任何一个环节出现问题都会导致设备的损坏,甚至更严重的后果,随着我国电力系统规模和容量的日益增大,电力系统面临的故障日益严重。一旦电力系统出现故障,那么将会造成严重的经济损失和人身伤亡。继电保护就是一种电路故障时实现瞬间切断的自动装置,是电力系统中不可或缺的一部分。
  1.电力系统继电保护简介
  继电保护是电力系统不可分割的一部分,在电力系统的正常运行中起着至关重的作用。继电保护的基本任务是在被保护的电力系统元件发生故障的瞬间断开电路,使故障元件及时从电力系统中断开,最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏。在电力系统运行中,外界因素内部因素及操作等,都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现。常见的故障有单相接地、两相接地、相间短路、短路等。另外一种情况,当电气设备出现不正常工作时,可发出警报信号,以便操作人员进行处理,此时的继电保护装置允许有一定的延时动作。
  继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的求。这四个求之间紧密联系,既矛盾又统一。
  2.我国电力系统继电保护现状
  由于继电保护的安全性直接关系到电力系统的安全稳定运行,因此对继电保护装置有着很高的求。电力系统继电保护技术经历了漫长的发展历程,我国电力系统继电保护技术经历了四个发展阶段,继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。各个阶段的特点和结构如表1.
  时期 硬件结构 特点 发展阶段
  20世纪50年代 机电式保护装置 体积大、功耗大、动作慢 机电保护
  20世纪60-80年代 晶体管式保护装置 体积小、功耗小、动作快 晶体管保护
  20世纪80年代 集成电路式 体积更小、性能较好 集成电路保护
  20世纪90年代 微机保护 性能完善、可靠性高 微机保护
  表1 继电保护发展历程及特点
  3.继电保护技术的发展趋势
  经过近20年的研究、应用和发展,微机保护在电力系统中取得了巨大的成功。不仅积累了丰富的运行经验,产生了显著的经济效益,还大大提高了电力系统运行管理水平。电力系统继电保护技术未来将会向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
  3.1继电保护计算机化
  随着科技的飞速发展,计算机的硬件制造水平在不断提高,微机保护硬件水平也在不断提高电力系统对微机保护的求水平与日俱增,除了进行继电保护的基本功能外,还应具有以下更多功能大容量的故障信息和数据的长期存放功能;快速的数据处理功控制装置和调度联网来共享全系统的数据;具有信息和网络资源的管理功能;高级语言编程功能等。
  按照摩尔定律来计算,芯片上的集成度每隔一年半到两年的时间翻一番。其结果是不仅计算机硬件的性能成倍增加,价格也在迅速降低。微处理机的发展主体现在单片化及相关功能的极大增强。片内硬件资源得到很大扩充,单片机与DSP芯片二者技术上的融合,运算能力的显著提高以及嵌入式网络通信芯片的出现及应用等方面。这些发展使硬件设计更加方便,高性价比使冗余设计成为可能,为实现灵活化、高可靠性和模块化的通用软硬件平台创造了条件。我国在2003年底, 220KV以上系统的微机保护已占到70.29%,线路的微机化率达到97.6%。实际运行中微机保护的正确动作率明显高于其他保护,一般比平均正常动作率高0.2-0.3个百分点。继电保护装置的计算机化是不可逆转的发展趋势。电力系统对微机保护的求不断提高,除了保护基本功能外,还应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,强大的通信功能,与其他保护、控制装置和调度联网以供享全系统数据、信息和网络资源的能力、高级语言编程等。
  3.2继电保护网络化
  近年来,计算机网络逐渐开始在电力传输与配电系统中得到应用和发展。与此同时,随着电力科技的进步,电力系统对计算机保护的求也提升到了新的层次。因此大容量的长期存放空间、高速处理数据、高效的通信与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力、高级语言编程等均为继电保护发展指明了方向。国内在自适应保护领域中的研究取得了可喜的成果,但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,也就是实现整体网络化,因此整体网络化是电力系统继电保护一个重方向。
  3.3继电保护智能化
  在电力系统继电保护中,计算机技术得到了广泛的应用。相关的研究方法也层出不穷,近些年来人工智能技术在电力系统领域取得了广泛的应用,引起了人们的广泛关注。人工智能技术主包括人工神经网络、小波理论、遗传算法等相关内容,下面我们对人工神经网络做简的阐述。在电力系统继电保护方面,人工神经网络主用来实现故障类型判别、方向保护和主设备保护等。人工神经网络主主研究信息处理、自动控制和非线性优化等相关问题。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就是一个非线性问题,这时距离保护很难正确做出故障位置的判别,从而造成系统误动或拒动。我们如果采用人工神经网络技术来进行处理,只需经过大量故障样本的训练和充分考虑各种情况,那么我们就可以在电力系统发生任何故障时进行正确的判别。人工智能技术给电力系统继电保护的发展注入了新的活力,具有非常美好的发展前景。
  3.4保护、控制、测量、数据通信一体化
  保护装置从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据,也可将它所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。比如为了测量、保护和控制的需,室外变电站的所有设备,如果将保护、测量、数据通信集成为一体,设计一个集合的计算机装置,安装在室外变电站的被保护设备附近将其电流等模拟量在此装置转换成数字量后,通过网络传输到主控室,就可减少大量电缆。
  3.5继电保护技术改善方向
  在今后技术的创新中,对继电保护进行重新选型配置时,首先考虑的是可靠性、选择性、灵敏性及快速性,其次考虑运行维护调试方便,便于统一管理。优选经运行考验且可靠的保护,个别新保护可少量试行,在取得经验后再推广运用。
  4.变电所综合自动化技术
  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。高压、超高压变电站正面临着一场技术创新。实现继电保护和综合自动化的紧密结合,它表现在集成与资源共享远方控制与信息共享。以远方终端单元、微机保护装置为
  核心,将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统,取代传统的控制保护屏,能够降低变电所的占地面积和设备投资,提高二次系统的可靠性。综合自动化技术相对于常规变电所二次系统,主有以下特点
  (1). 设备、操作、监视微机化
  (2). 通信局域网络化、光缆化
  (3). 运行管理智能化
  结语
  电力系统中继电保护保证全系统的安全稳定运行。当前,随着电力系统的高速发展和计算机技术、网路技术及人工智能技术的进步,继电保护技术面临着更大的挑战。未来的继电保护技术是以计算机和微处理器为核心技术,以计算机、网络、系统、通信、自动控制理论为关键技术,其发展将出现原理突破和应用革命。
  参考文献
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  3.严兴畴.继电保护技术及其应用.科技资讯,2007
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