電力系統(tǒng)繼電保護-2

電力系統(tǒng)繼電保護

1引言

電力系統(tǒng)繼電保護是保證電力系統(tǒng)安全運行、提高經(jīng)濟效益的有效技術(shù)。計算機控制技術(shù)成功運用到電力系統(tǒng)繼電保護中,使得未來繼電保護技術(shù)發(fā)展趨勢具有計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點。

我國繼電保護學科、技術(shù)、繼電器制造和人才隊伍培養(yǎng)從無到有,在小活吸收國外先進繼電保護設(shè)備和運行技術(shù)的基礎(chǔ)上,建成了一支具有深厚理論功底和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護隊伍。經(jīng)過60年的發(fā)展和探索,我國已經(jīng)建成了繼電保護研究、設(shè)計、加工制造、運行維護和教學的完整體系。

2我國繼電保護的發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀60年代到80年代是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護,運行于葛洲壩500kV線路上,結(jié)束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。在20世紀70年代中,基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用仍處于主導地位,這是集成電路保護時代。我國從20世紀70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究,1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定,并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用,揭開了我國繼電保護發(fā)展史上新的一頁,為微機保護的推廣開辟了道路。從90年代開始我國繼電保護技術(shù)已進入了微機保護的時代。不同原理、不同機型的微機線路和主設(shè)備保護各具特色,為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全且工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究,在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。

3電力系統(tǒng)繼電保護發(fā)展趨勢

計算機化

按照著名的摩爾定律,芯片上的集成度每隔18—24個月翻一番。其結(jié)果是不僅計算機硬件的性能成倍增加,價格也在迅速降低。微處理機的發(fā)展主要體現(xiàn)在單片化及相關(guān)功能的極大增強,片內(nèi)硬件資源得到很大擴充,單片機與DSP芯片二者技術(shù)上的融合,運算能力的顯著提高以及嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信芯片的出現(xiàn)及應(yīng)用等方面。這些發(fā)展使硬件設(shè)計更加方便,高性價比使冗余設(shè)計成為可能,為實現(xiàn)靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創(chuàng)造了條件。

我國在2000年220kV及以上系統(tǒng)的微機保護率為%,線路微機保護占86%,到2003年底,220kV以上系統(tǒng)的微機保護已占到%,線路的微機化率達到%。實際運行中,微機保護的正確動作率要明顯高于其他保護,一般比平均正常動作率高—個百分點。

繼電保護裝置的計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高,除了保護基本功能外,還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能,強大的通信功能,與其他保護、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以供享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力、高級語言編程等。

網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)保護是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微機保護相結(jié)合的產(chǎn)物,通過計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)各種保護功能,如線路保護、變壓器保護、母線保護等。網(wǎng)絡(luò)保護的最大好處是數(shù)據(jù)共享,可實現(xiàn)本來由高頻保護、光纖保護才能實現(xiàn)的縱聯(lián)保護。另外,由于分站保護系統(tǒng)采集了該站所有斷路器的電流量、母線電壓量,所以很容易就可實現(xiàn)母線保護,而不需要另外的母線保護裝置。

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)型繼電保護是一種新型的繼電保護,是微機保護技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。它建立在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及微機保護技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上。網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)中網(wǎng)省級、省市級和市級主干網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),以及分站系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)均可采用簡單、可靠的總線結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等。分站保護系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)中是最重要的一個環(huán)節(jié)。分站保護系統(tǒng)有2種模式:一是利用現(xiàn)有微機保護;另一個是組建新系統(tǒng),各種保護功能完全由分站系統(tǒng)保護管理機實現(xiàn)。由于繼電保護在電網(wǎng)中的重要性,必須采取有針對性的網(wǎng)絡(luò)安全控制策略,以確保網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)的安全。

智能化

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展及計算機在電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用,新的控制原理和方法不斷被應(yīng)用于計算機繼電保護中,近年來人工智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯、小波理論等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,從而使繼電保護的研究向更高的層次發(fā)展,出現(xiàn)了引人注目的新趨勢。例如電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設(shè)備保護等。在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題,距離保護很難正確作出故障位置的判別,從而造成誤動或拒動;如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,經(jīng)過大量故障樣本的訓練,只要樣本集中充分考慮了各種情況,則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,新的方法也在不斷涌現(xiàn),在電力系統(tǒng)繼電保護中的應(yīng)用范圍也在不斷擴大,為繼電保護的發(fā)展注人了新的活力。將不同的人工智能技術(shù)結(jié)合在一起,分析不確定因素對保護系統(tǒng)的影響,從而提高保護動作的可靠性,是今后智能保護的發(fā)展方向。雖然上述智能方法在電力系統(tǒng)繼電保護中應(yīng)用取得了一些成果,但這些理論本身還不是很成熟,需要進一步完善。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機、通信等各種技術(shù)的進步和發(fā)展,可以預(yù)見,人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會得到應(yīng)用,以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。

綜合自動化

現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護和計量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術(shù)創(chuàng)新。實現(xiàn)繼電保護和綜合自動化的緊密結(jié)合,它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元、微機保護裝置為核心,將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統(tǒng),取代傳統(tǒng)的控制保護屏,能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資,提高二次系統(tǒng)的可靠性。

綜合自動化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)各專業(yè)界限和設(shè)備劃分原則,改變了常規(guī)保護裝置不能與調(diào)度中心通信的缺陷,給變電所自動化賦予了更新的含義和內(nèi)容,代表了變電所自動化技術(shù)發(fā)展的一種潮流。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,功能更全、智能化水平更高、系統(tǒng)更完善的超高壓變電所綜合自動化系統(tǒng),必將在中國電網(wǎng)建設(shè)中不斷涌現(xiàn),把電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提高到一個新的水平。