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摘要:本文介绍了我国电力系统继电保护的发展进程,并对继电保护技术的发展现状进行了分析,如在继电保护中使用的新技术等等。最后指出了继电保护技术的发展趋势,并得出结论。
关键词:电力系统;继电保护;计算机化
作者简介:权巍(1970-),男,辽宁沈阳人,沈阳供电公司,工程师,主要研究方向:电力系统自动化。(辽宁 沈阳 110003)
随着国民经济的不断发展,电力系统在我国经济的发展过程中起到越来越重要的作用。而随着电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展,又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力,但是同时对电力系统继电保护技术也提出了越来越高的要求。继电保护作为保障电网安全稳定运行的第一道防线,担负着保卫电网和设备安全运行的重要职责。从建国初期电力系统刚刚建立以来,我国的电力系统继电保护技术有了长足的发展,已经多年没有发生因继电保护不正确动作而导致的系统稳定破坏、大面积停电甚至垮网等恶性事故,为保障电网安全稳定运行发挥了重要作用。而由于大功率、远距离和特高压交、直流输电网的发展,对继电保护技术方面提出了更高的要求。
一、我国电力系统继电保护的发展进程
随着科学技术的发展,特别是电子技术、计算机技术和通信技术的发展,我国电力系统继电保护先后经历了四个不同的发展时期:20世纪50年代是机电式继电保护,我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术,建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍,对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。60年代广泛采用的是晶体管继电保护,而到了80年代集成电路继电保护取代了晶体管继电保护,60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。从90年代开始,继电保护已经进入了微机保护时代,由于微机保护不仅具有传统的继电保护和自动装置的功能,而且还具有实时参数显示、故障测距、故障录波等功能,从而大大提高了继电保护的可靠性和准确性。继电保护向计算机化、网络化方向发展,保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化给继电保护提出了艰巨的任务,也开辟了研究开发的新天地。随着改革开放的不断深入、国民经济的快速发展,电力系统继电保护技术将为我国经济的大发展作出巨大贡献。
二、我国电力系统继电保护的发展现状
1.微机在继电保护中的大量普及
利用微型计算机超强的数学运算能力和逻辑处理能力,应用其独特、优秀的原理和算法,从而提高保护的性能是微机保护的最大优势。因此,近些年来我国电力系统继电保护的微机化率越来越高。例如,至2004年底,全国220kV及以上系统(线路、母线、发电机及变压器等)微机保护共计4.1万台,占所有保护的76%。其中,微机保护在线路保护中的比例高达97.71%,而高压电网继电保护装置基本上采用了微机保护。微机保护的广泛应用为继电保护运行水平的不断提高提供了有效的技术支持。
2.继电保护与前沿技术相结合
伴随着现代化科技的发展,现如今的继电保护技术已经逐步实现网络化和测量、控制、保护、数据通信一体化。现代化的电力系统继电保护需要每个保护单元都能共享系统的运行和故障信息,使每个保护单元与重合闸在分析这些数据和信息上协调动作,实现这种系统保护的基本条件是将系统中主要电气设备的保护装置和计算机连接起来,实现计算机保护装置的网络化。计算机和网络作为信息和数据通信工具已经成为信息时代的支柱,其与继电保护的结合是实现现代化电力系统安全、稳定运行的重要保证。如今,计算机保护的网络化已经开始实施,但是仍处于初期阶段,要想实现我国计算机保护的全面网络化,还需要电力部门的不懈努力。
在实现继电保护的微机化和网络化的前提下,保护装置实际上就是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的所有信息,也可将它所获得的保护单元的所有信息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以完成继电保护的功能,而且在电网故障或正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信等功能。
继电保护通过与这些社会前沿技术相结合,大大提高了继电保护的可靠性和电网的运行水平。
3.使用人工智能(AI)、自适应控制算法等先进手段
众所周知,人工智能技术(AI)在非线性问题中被广泛地应用,和早前的传统方法相比有着不可替代的优势。电力系统继电保护广泛分布于系统的各个环节当中,对继电保护起着重要的作用,这主要归因于其离散的控制和对系统状态的评估能力。由于人工智能的快速处理和逻辑思维能力,人工智能在在线状态评估中发挥着越来越重要的作用,有着一定的主导地位,被广应用到电力系统的各个方面中,特别是继电保护方面,同时在控制、管理及规划等领域也发挥着重要作用。
早在20世纪80年代自适应继电保护就被提出,自适应继电保护是一种新型的继电保护,其基本的思想是使保护适应电力系统的各种变化,从而改善供电保护的性能。自适应继电保护被广泛定义为根据系统运行方式和故障状态诊断的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点,因此,现阶段下自适应继电保护被广泛应用在变压器保护、发电机保护、输电线路的距离保护和自动重合闸等领域。
4.性能优良的数字控制器件的使用
近些年来,复杂可编程序逻辑器件CPLD和现场可编程序门阵列FPGA等器件在继电保护领域被广泛使用。CPLD和FPGA作为现代可编程序专用集成电路(ASCI),其高度的功能集成,能把多个微机系统的功能集成在一块芯片中,如Lattice公司推出的ispLSI8000系列中的CPLD单片集成密度达到45000个可用门,包含了840个宏单元、240个用户I/O脚,最高工作频率为110MHz,这给电子系统设计带来了极大的变革,使得保护系统的高度集成、快速响应、高可靠性等变成现实,并有效缩短了保护装置的研发周期。
5.现代化的技术管理手段得到应用
电网的发展和保护技术升级对继电保护工作提出了更高的要求。保护装置数量的快速增长和电网结构的频繁变动要求我们必须借助现代化的科学手段来全面提升工作效率和工作质量。
目前大多数省电力调度通信中心均配置了故障信息管理系统、继电保护整定计算和运行管理系统。故障信息管理系统可以方便地调取保护和故障录波数据,使得维护人员能以最短的时间给出保护动作的行为分析,加快电网事故处理和系统恢复。继电保护整定计算和运行管理系统能大大提高保护消缺、动作统计以及整定计算效率,将有限的人力从繁琐的工作中尽可能多地解放出来,将更多的精力投入到提高运行管理水平和技术监督上来。技术设备的升级提高了继电保护运行管理水平,为确保电网安全稳定运行打下了良好的基础。
三、我国电力系统继电保护技术的发展趋势
我国电力系统继电保护技术在经历了从建国初期到现在的三个阶段的发展之后,将会向更加智能化、网络化、信息化的方向发展。
1.继电保护综合自动化
继电保护装置在现代化的网络条件下可以说是一种多功能的计算机装置,在整个计算机网络系统中可以看作是一个智能终端。在网络化的条件先实现了从网上获得电力系统运行和故障信息和数据,或者将接收到的被保护元件的信息和数据输送给网络控制中心或者终端。由此可以看出,网络化条件下的继电保护装置可以在电力系统无故障运行的情况下自动获得测量、控制、通信数据,从而自动实现了保护、控制、测量等一体化功能。实现电网继电保护综合自动化系统的条件日趋成熟,无论是变电站客户机对保护信息的搜集、信息的网络传输,还是调度端服务器对EMS共享数据的读取、故障及稳定分析计算,都可以得到解决。现在主要的实施难度在于此系统需要综合继电保护、调度、方式、远动、通信以及变电站综合自动化等各个专业的技术,并且涉及到控制运行设备,因此只要解决好管理问题,就可以顺利实施。例如,目前变电站客户机对信息的搜集,完全可以也应该纳入到变电站综合自动化系统中,但由于管理界面的划分,有些运行单位希望保护专业独立组网搜集信息,这样就造成资源的分割和浪费,不利于今后对系统的扩展。而从保证电力系统的安全运行角度出发,继电保护的综合自动化将会是一个不可逆转的发展趋势,各个问题将会随着其进一步发展而逐步得到解决。
2.继电保护技术智能化
近年来,人工智能技术在各个领域已经得到了广泛的应用。在电力领域应用的研究也已经开始。如神经网络、遗传算法、模糊逻辑等在电力系统的各个领域已经开始应用。神经网络可以解决很多非线性的问题, 例如很难用方程式表示出来的或者很难求解的非线性问题都可以用神经网络这种非线性映射的方法来解决。对于以生物神经系统为基础的人工神经网络的研究进展十分迅速,这种神经网络具有很多特点,如自组织、分布式存储信息等特点。近几年来,电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络来实现故障类型的判别、故障距离的测定、方向保护、主设备保护,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,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动。如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。
四、结论
电力工业作为国家最重要的能源工业,一直处于优先发展的地位,电力企业的发展也是令人瞩目的。随着我国社会、经济的快速发展和全国联网战略的实施,电网将处于一个更加快速发展的机遇期,而继电保护作为电力系统的安全卫士,必须同时把它的发展战略提到一个新的高度,以确保电力系统的安全、稳定运行和国民经济的长期、快速、稳步增长。
(责任编辑:刘辉)
关键词:电力系统;继电保护;计算机化
作者简介:权巍(1970-),男,辽宁沈阳人,沈阳供电公司,工程师,主要研究方向:电力系统自动化。(辽宁 沈阳 110003)
随着国民经济的不断发展,电力系统在我国经济的发展过程中起到越来越重要的作用。而随着电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展,又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力,但是同时对电力系统继电保护技术也提出了越来越高的要求。继电保护作为保障电网安全稳定运行的第一道防线,担负着保卫电网和设备安全运行的重要职责。从建国初期电力系统刚刚建立以来,我国的电力系统继电保护技术有了长足的发展,已经多年没有发生因继电保护不正确动作而导致的系统稳定破坏、大面积停电甚至垮网等恶性事故,为保障电网安全稳定运行发挥了重要作用。而由于大功率、远距离和特高压交、直流输电网的发展,对继电保护技术方面提出了更高的要求。
一、我国电力系统继电保护的发展进程
随着科学技术的发展,特别是电子技术、计算机技术和通信技术的发展,我国电力系统继电保护先后经历了四个不同的发展时期:20世纪50年代是机电式继电保护,我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术,建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍,对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。60年代广泛采用的是晶体管继电保护,而到了80年代集成电路继电保护取代了晶体管继电保护,60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。从90年代开始,继电保护已经进入了微机保护时代,由于微机保护不仅具有传统的继电保护和自动装置的功能,而且还具有实时参数显示、故障测距、故障录波等功能,从而大大提高了继电保护的可靠性和准确性。继电保护向计算机化、网络化方向发展,保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化给继电保护提出了艰巨的任务,也开辟了研究开发的新天地。随着改革开放的不断深入、国民经济的快速发展,电力系统继电保护技术将为我国经济的大发展作出巨大贡献。
二、我国电力系统继电保护的发展现状
1.微机在继电保护中的大量普及
利用微型计算机超强的数学运算能力和逻辑处理能力,应用其独特、优秀的原理和算法,从而提高保护的性能是微机保护的最大优势。因此,近些年来我国电力系统继电保护的微机化率越来越高。例如,至2004年底,全国220kV及以上系统(线路、母线、发电机及变压器等)微机保护共计4.1万台,占所有保护的76%。其中,微机保护在线路保护中的比例高达97.71%,而高压电网继电保护装置基本上采用了微机保护。微机保护的广泛应用为继电保护运行水平的不断提高提供了有效的技术支持。
2.继电保护与前沿技术相结合
伴随着现代化科技的发展,现如今的继电保护技术已经逐步实现网络化和测量、控制、保护、数据通信一体化。现代化的电力系统继电保护需要每个保护单元都能共享系统的运行和故障信息,使每个保护单元与重合闸在分析这些数据和信息上协调动作,实现这种系统保护的基本条件是将系统中主要电气设备的保护装置和计算机连接起来,实现计算机保护装置的网络化。计算机和网络作为信息和数据通信工具已经成为信息时代的支柱,其与继电保护的结合是实现现代化电力系统安全、稳定运行的重要保证。如今,计算机保护的网络化已经开始实施,但是仍处于初期阶段,要想实现我国计算机保护的全面网络化,还需要电力部门的不懈努力。
在实现继电保护的微机化和网络化的前提下,保护装置实际上就是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的所有信息,也可将它所获得的保护单元的所有信息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以完成继电保护的功能,而且在电网故障或正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信等功能。
继电保护通过与这些社会前沿技术相结合,大大提高了继电保护的可靠性和电网的运行水平。
3.使用人工智能(AI)、自适应控制算法等先进手段
众所周知,人工智能技术(AI)在非线性问题中被广泛地应用,和早前的传统方法相比有着不可替代的优势。电力系统继电保护广泛分布于系统的各个环节当中,对继电保护起着重要的作用,这主要归因于其离散的控制和对系统状态的评估能力。由于人工智能的快速处理和逻辑思维能力,人工智能在在线状态评估中发挥着越来越重要的作用,有着一定的主导地位,被广应用到电力系统的各个方面中,特别是继电保护方面,同时在控制、管理及规划等领域也发挥着重要作用。
早在20世纪80年代自适应继电保护就被提出,自适应继电保护是一种新型的继电保护,其基本的思想是使保护适应电力系统的各种变化,从而改善供电保护的性能。自适应继电保护被广泛定义为根据系统运行方式和故障状态诊断的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点,因此,现阶段下自适应继电保护被广泛应用在变压器保护、发电机保护、输电线路的距离保护和自动重合闸等领域。
4.性能优良的数字控制器件的使用
近些年来,复杂可编程序逻辑器件CPLD和现场可编程序门阵列FPGA等器件在继电保护领域被广泛使用。CPLD和FPGA作为现代可编程序专用集成电路(ASCI),其高度的功能集成,能把多个微机系统的功能集成在一块芯片中,如Lattice公司推出的ispLSI8000系列中的CPLD单片集成密度达到45000个可用门,包含了840个宏单元、240个用户I/O脚,最高工作频率为110MHz,这给电子系统设计带来了极大的变革,使得保护系统的高度集成、快速响应、高可靠性等变成现实,并有效缩短了保护装置的研发周期。
5.现代化的技术管理手段得到应用
电网的发展和保护技术升级对继电保护工作提出了更高的要求。保护装置数量的快速增长和电网结构的频繁变动要求我们必须借助现代化的科学手段来全面提升工作效率和工作质量。
目前大多数省电力调度通信中心均配置了故障信息管理系统、继电保护整定计算和运行管理系统。故障信息管理系统可以方便地调取保护和故障录波数据,使得维护人员能以最短的时间给出保护动作的行为分析,加快电网事故处理和系统恢复。继电保护整定计算和运行管理系统能大大提高保护消缺、动作统计以及整定计算效率,将有限的人力从繁琐的工作中尽可能多地解放出来,将更多的精力投入到提高运行管理水平和技术监督上来。技术设备的升级提高了继电保护运行管理水平,为确保电网安全稳定运行打下了良好的基础。
三、我国电力系统继电保护技术的发展趋势
我国电力系统继电保护技术在经历了从建国初期到现在的三个阶段的发展之后,将会向更加智能化、网络化、信息化的方向发展。
1.继电保护综合自动化
继电保护装置在现代化的网络条件下可以说是一种多功能的计算机装置,在整个计算机网络系统中可以看作是一个智能终端。在网络化的条件先实现了从网上获得电力系统运行和故障信息和数据,或者将接收到的被保护元件的信息和数据输送给网络控制中心或者终端。由此可以看出,网络化条件下的继电保护装置可以在电力系统无故障运行的情况下自动获得测量、控制、通信数据,从而自动实现了保护、控制、测量等一体化功能。实现电网继电保护综合自动化系统的条件日趋成熟,无论是变电站客户机对保护信息的搜集、信息的网络传输,还是调度端服务器对EMS共享数据的读取、故障及稳定分析计算,都可以得到解决。现在主要的实施难度在于此系统需要综合继电保护、调度、方式、远动、通信以及变电站综合自动化等各个专业的技术,并且涉及到控制运行设备,因此只要解决好管理问题,就可以顺利实施。例如,目前变电站客户机对信息的搜集,完全可以也应该纳入到变电站综合自动化系统中,但由于管理界面的划分,有些运行单位希望保护专业独立组网搜集信息,这样就造成资源的分割和浪费,不利于今后对系统的扩展。而从保证电力系统的安全运行角度出发,继电保护的综合自动化将会是一个不可逆转的发展趋势,各个问题将会随着其进一步发展而逐步得到解决。
2.继电保护技术智能化
近年来,人工智能技术在各个领域已经得到了广泛的应用。在电力领域应用的研究也已经开始。如神经网络、遗传算法、模糊逻辑等在电力系统的各个领域已经开始应用。神经网络可以解决很多非线性的问题, 例如很难用方程式表示出来的或者很难求解的非线性问题都可以用神经网络这种非线性映射的方法来解决。对于以生物神经系统为基础的人工神经网络的研究进展十分迅速,这种神经网络具有很多特点,如自组织、分布式存储信息等特点。近几年来,电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络来实现故障类型的判别、故障距离的测定、方向保护、主设备保护,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,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动。如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。
四、结论
电力工业作为国家最重要的能源工业,一直处于优先发展的地位,电力企业的发展也是令人瞩目的。随着我国社会、经济的快速发展和全国联网战略的实施,电网将处于一个更加快速发展的机遇期,而继电保护作为电力系统的安全卫士,必须同时把它的发展战略提到一个新的高度,以确保电力系统的安全、稳定运行和国民经济的长期、快速、稳步增长。
(责任编辑:刘辉)