新型繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述

1、第20卷第5期電力自動(dòng)化設(shè)備Vol.20No.52000年10月ElectricPowerAutomationEquipmentOct.2000新型繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述高華(西北電力設(shè)計(jì)院電氣處,陜西西安710032)摘要:介紹了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)與故障測(cè)距新原理、新技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展。簡(jiǎn)單總結(jié)了計(jì)算機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)發(fā)展的影響。介紹了對(duì)故障信息的進(jìn)一步利用;小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)學(xué)方法在繼電保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用;自適應(yīng)原理繼電保護(hù)的發(fā)展。新型繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)是高速化、智能化、一體化,盡量避免測(cè)量元件對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響。對(duì)故障信息的研究和充分利用是發(fā)掘繼電保護(hù)新原理的基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)在繼電保護(hù)中

2、的應(yīng)用為充分利用故障信息提供了技術(shù)手段,自適應(yīng)保護(hù)用以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的智能化。關(guān)鍵詞:繼電保護(hù);故障測(cè)距;發(fā)展現(xiàn)狀中圖分類號(hào):TM77文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10066047(2000)0504電力生產(chǎn)發(fā)展的需要和新技術(shù)的陸續(xù)出現(xiàn)是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理和技術(shù)發(fā)展的源泉。,電保護(hù)的新原理。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用為此創(chuàng)造了前所未有的良機(jī)。理,護(hù)、行波保護(hù)等,都是新型繼電保護(hù)的重要理論。應(yīng)用暫態(tài)量,還發(fā)展出了利用高頻故障電壓、電流信號(hào)的超高速繼電保護(hù)原理,已經(jīng)有許多重要的成果。如利用高頻故障電壓信號(hào)構(gòu)成的對(duì)串補(bǔ)超高壓輸電線路的保護(hù)2,該保護(hù)原理是基于故障點(diǎn)高頻故障電壓信號(hào)的非聯(lián)合保護(hù),但是具有聯(lián)合保護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn)。這

3、種保護(hù)方案使用組合調(diào)諧設(shè)備和輸電線路阻波器來(lái)檢測(cè)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的高頻暫態(tài)故障信號(hào)(頻率為7081kHz,也可以根據(jù)實(shí)際情況整定),使用其帶阻特性可以區(qū)分內(nèi)部故障和外部故障。該裝置使用一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的信號(hào)處理器來(lái)獲取高頻電壓信號(hào),可以完全滿足超高壓串補(bǔ)線路對(duì)保護(hù)裝置的可靠性和安全性要求。繼電器設(shè)計(jì)原理如圖1。1故障信息與繼電保護(hù)技術(shù)繼電保護(hù)的任務(wù)就是檢測(cè)故障信息、識(shí)別故障信號(hào),進(jìn)而作出保護(hù)是否出口跳閘的決定。因此故障信息的識(shí)別、處理和利用是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),不斷發(fā)掘和利用故障信息對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展有十分重要的意義。故障信息可分為以工頻信息及諧波為主的穩(wěn)態(tài)故障信息和暫態(tài)故障信息。在使用故障

4、信息方面,文獻(xiàn)1中提出了故障分量的概念。故障分量具有以下特征:a.非故障狀態(tài)下不存在故障分量的電壓、電流,故障分量只有在故障狀態(tài)下才出現(xiàn);b.故障分量獨(dú)立于非故障狀態(tài),但仍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響;c.故障點(diǎn)的電壓故障分量最大,系統(tǒng)中性點(diǎn)的電壓為零;d.保護(hù)裝設(shè)處電壓和電流故障分量間的相位關(guān)系,由保護(hù)裝設(shè)處到系統(tǒng)中性點(diǎn)間的阻抗決定,且不受系統(tǒng)電勢(shì)和短路點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響。文獻(xiàn)1詳細(xì)介紹了利用故障分量構(gòu)成的電流、方向、電流縱聯(lián)差動(dòng)、電流相位差動(dòng)及距離保護(hù)原收稿日期:20000111;修訂日期:20000529© 1994-2010 China Academic Journal Electro

5、nic Publishing House. All rights reserved. 第5期高華:新型繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述51傳統(tǒng)的輸電線路保護(hù)可分為聯(lián)合保護(hù)和非聯(lián)合保護(hù),這兩類保護(hù)均存在本身固有的缺陷。非聯(lián)合保護(hù)如距離保護(hù)只能保護(hù)輸電線路的一部分,而且整定也比較復(fù)雜。聯(lián)合保護(hù)如電流差動(dòng)保護(hù)解決了這個(gè)問(wèn)題,但是聯(lián)合保護(hù)需要在輸電線路兩端之間設(shè)立昂貴的專用通信通道,且其可靠性還要受到通信線路和元件的限制。使用就地故障信息實(shí)現(xiàn)保護(hù)的基本思想,在節(jié)省通信聯(lián)絡(luò)線費(fèi)用的同時(shí)避免了信號(hào)傳輸帶來(lái)的誤差,使得保護(hù)可以免受TA飽和及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響。這種保護(hù)方案同時(shí)具有聯(lián)合保護(hù)和非聯(lián)合保護(hù)的優(yōu)點(diǎn),是今后繼電保護(hù)發(fā)

6、展的大趨勢(shì)。文獻(xiàn)3介紹了一種新型的無(wú)通信輸電線路保護(hù)技術(shù)。這種保護(hù)以第一次探測(cè)到的高頻故障電流暫態(tài)信號(hào)為基礎(chǔ),使用一個(gè)特別設(shè)計(jì)的多通道數(shù)字濾波器來(lái)捕捉限定頻段的高頻信號(hào),通過(guò)對(duì)數(shù)字濾范圍內(nèi),外,、類型、,且不受飽和及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響?？傊?故障信息的發(fā)掘、提取和利用,以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求,是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的重要課題。新算法的引入為高頻暫態(tài)信號(hào)的應(yīng)用提供了可能性。但是行波保護(hù)尚未成熟,仍存在一些有待探討的問(wèn)題。分地利用了計(jì)算機(jī)的特性。目前微機(jī)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用存在一些問(wèn)題,現(xiàn)在研究開(kāi)發(fā)的多為通用型或用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的芯片,尚無(wú)繼電保護(hù)裝置專用芯片。由于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性有著近乎

7、苛刻的要求,開(kāi)發(fā)微機(jī)型繼電保護(hù)裝置專用的芯片是微機(jī)在繼電保護(hù)領(lǐng)域中得到進(jìn)一步應(yīng)用不可或缺的基礎(chǔ)。3小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用小波變換、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)等數(shù)學(xué)方法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,為充分利用故障信息提供了有力的數(shù)學(xué)手段,也為繼電保護(hù)的發(fā)展提供了一個(gè)更為廣闊的空間。為了有效地處理暫態(tài)量,小波變換算法被引入,。小波、在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)。離散小波變換主要用于數(shù)據(jù)壓縮和濾波。電力質(zhì)量監(jiān)視器、行波保護(hù)和行波故障測(cè)距裝置的共同特點(diǎn)是對(duì)于電壓、電流信號(hào)的采樣頻率很高(達(dá)數(shù)兆赫芝),需要記錄、存貯和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量巨大,迫切地需要數(shù)據(jù)壓縮。使用離散小波變換來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮丟失的信息量很少。小波變換能

8、夠暗頻帶分解信號(hào),因此可以用于濾波,包括從含有衰減非周期分量的故障電流中提取工頻分量、諧波檢測(cè)和電壓波形畸變檢測(cè)等。由于二進(jìn)小波變換具有平移不變性,其模極大值可用來(lái)表示和重構(gòu)信號(hào),因此二進(jìn)小波變換在電力系統(tǒng)中主要用于故障檢測(cè)、行波檢測(cè)和識(shí)別。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,各種電氣量(電流、電壓、阻抗、相角等)都將發(fā)生劇烈變化,從信號(hào)的角度來(lái)看,可稱為突變信號(hào),包含著豐富的故障信息。小波變換的引入,將有助于利用故障分量或突變量的繼電保護(hù)的發(fā)展。行波信號(hào)的小波變換呈模極大值,提取和識(shí)別這些模極大值,將極大改變行波保護(hù)和故障測(cè)距的面貌59。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于繼電保護(hù)領(lǐng)域在80年代就已經(jīng)開(kāi)始了,但是形成和訓(xùn)練神經(jīng)

9、網(wǎng)絡(luò)需要非常大的計(jì)算量,因此當(dāng)時(shí)的研究未能取得很大的突破。近年來(lái)計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的迅猛提高,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于繼電保護(hù)領(lǐng)域成為可能。許多學(xué)者致力于該項(xiàng)技術(shù)的研究,并取得了豐厚的成果。使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是繼電保護(hù)裝置智能化的2計(jì)算機(jī)在繼電保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用可分為最基本的兩類:a.計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),使許多原有的理論得以實(shí)現(xiàn)。例如很早就有人提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問(wèn)題,但由于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的計(jì)算量過(guò)大,傳統(tǒng)的計(jì)算方法無(wú)法滿足繼電保護(hù)的快速性要求,導(dǎo)致該理論無(wú)法得到實(shí)際應(yīng)用,計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力解決了這個(gè)問(wèn)題。又如對(duì)故障分量的判定,需將故障后的信息與正常狀態(tài)下的信息相比較,在計(jì)算機(jī)

10、未出現(xiàn)以前是很難實(shí)現(xiàn)的,但由于計(jì)算機(jī)有記憶能力,該理論很容易在實(shí)際工程中應(yīng)用。b.借助計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的新理論及新技術(shù)。正如計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給其他學(xué)科帶來(lái)的巨大沖擊一樣,計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用,從某種意義上帶來(lái)了繼電保護(hù)領(lǐng)域的一場(chǎng)革新。其中較為成功的例子就是建立在暫態(tài)量基礎(chǔ)上的行波保護(hù)原理,充© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 電52力自動(dòng)化設(shè)備2000年一種方法,在解決了計(jì)算速度的問(wèn)題后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可謂是得心應(yīng)手。文獻(xiàn)1216分別介紹

11、了應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速輸電線路的方向保護(hù)、輸電線路的距離保護(hù)、數(shù)字式同步發(fā)電機(jī)定子繞組差動(dòng)保護(hù)及故障檢測(cè)裝置。文獻(xiàn)14介紹了應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字式同步發(fā)電機(jī)定子繞組差動(dòng)保護(hù)方案。在這個(gè)保護(hù)方案中,使用了兩個(gè)前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其中一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用作故障檢測(cè),另一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于內(nèi)部故障識(shí)別,其主要邏輯模塊圖見(jiàn)圖2。這種設(shè)計(jì)使用了線路側(cè)和中性點(diǎn)末端的電流采樣值作為網(wǎng)絡(luò)電流采樣值的補(bǔ)充。用作故障檢測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)電流采樣值中的基波和(或)二次諧波分量來(lái)判斷發(fā)電外部故障或內(nèi)部故障)。試驗(yàn)結(jié)果機(jī)的狀態(tài)(正常、證明該保護(hù)方案是快速而且可靠的。礎(chǔ),利用串補(bǔ)輸電線路正常狀態(tài)和故障狀態(tài)時(shí)電流暫態(tài)信號(hào)的差異,實(shí)

12、現(xiàn)對(duì)串補(bǔ)輸電線路的故障定位并確定故障相。從這些文獻(xiàn)中可以看出,自適應(yīng)繼電保護(hù)能克服同類型傳統(tǒng)保護(hù)中長(zhǎng)期存在的困難和問(wèn)題,從而改善或優(yōu)化保護(hù)的性能指標(biāo)。目前,自適應(yīng)保護(hù)還處于研究開(kāi)發(fā)的初期,現(xiàn)有的研究成果已經(jīng)有力地證明了優(yōu)越性。自適應(yīng)繼電保護(hù)實(shí)質(zhì)上是繼電保護(hù)智能化的一個(gè)重要的組成部分,智能化是現(xiàn)代科技發(fā)展的主要趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用為開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)智能化的繼電保護(hù)裝置提供了十分有利的條件,也為自適應(yīng)保護(hù)的發(fā)展提供了非常好的技術(shù)支持。,變電站保護(hù)。文獻(xiàn)、測(cè)量和控制一體化的信息。該系統(tǒng)已經(jīng)成功地通過(guò)了運(yùn)行試驗(yàn)。5小結(jié)本文僅簡(jiǎn)要地介紹了新型繼電保護(hù)發(fā)展的幾個(gè)方面?？偟膩?lái)說(shuō),新型繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)是

13、高速化、智能化、一體化,盡量避免測(cè)量元件對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響,盡量降低裝置的造價(jià)。對(duì)故障信息的4自適應(yīng)繼電保護(hù)自適應(yīng)繼電保護(hù)是本世紀(jì)80年代提出的一個(gè)較新的研究課題,指可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)改變保護(hù)的性能、特性或定值的保護(hù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使其盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化,進(jìn)一步改善保護(hù)性能。使用自適應(yīng)原理可以使保護(hù)性能優(yōu)化,并且可在線自動(dòng)改變以適應(yīng)系統(tǒng)的改變。自適應(yīng)原理在繼電保護(hù)領(lǐng)域的主要應(yīng)用有自適應(yīng)重合閘、自適應(yīng)饋線保護(hù)9、對(duì)串補(bǔ)輸電線路的自適應(yīng)保護(hù)19以及自適應(yīng)行波保護(hù)20。文獻(xiàn)1中詳細(xì)地介紹了自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本原理,及使用自適應(yīng)原理的電流、橫聯(lián)差動(dòng)、縱聯(lián)、距離保護(hù)

14、和自適應(yīng)重合閘。自適應(yīng)保護(hù)是繼電保護(hù)發(fā)展的目標(biāo)。從文獻(xiàn)19中介紹的串補(bǔ)輸電線路的自適應(yīng)保護(hù)可以清楚地看到自適應(yīng)保護(hù)的基本特點(diǎn)。該保護(hù)方案以卡爾曼濾波器和自適應(yīng)卡爾曼濾波器為基研究和充分利用是發(fā)掘繼電保護(hù)新原理的基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用為充分利用故障信息提供了技術(shù)手段,新型繼電保護(hù)裝置充分利用了計(jì)算機(jī)的特性來(lái)為之服務(wù)。新算法在繼電保護(hù)中的應(yīng)用為繼電保護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了不斷拓展的空間。自適應(yīng)保護(hù)則是繼電保護(hù)發(fā)展的趨勢(shì),即實(shí)現(xiàn)保護(hù)的智能化。參考文獻(xiàn):1葛耀中.新型繼電保護(hù)與故障測(cè)距原理與技術(shù)M.西安:西安交通大學(xué)出版社,1996.2JayasingheJASB,AggarwalRK,John

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16、ZM,TerzijaVV.Distanceprotection© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第5期高華:新型繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀綜述53andfaultlocationutilizingonlyphasecurrentphasorsJ.IEEETrans.onPowerDelivery,1998,13(4):1020-1026.5葛耀中.小波變換與繼電保護(hù)技術(shù)J.繼電器11998,26(4):1-6.6董新洲,賀家李,葛耀中.小波變換:第一講基本概念

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