对电力系统继电保护技术的探讨
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作者: 张尚华
摘要：本文对电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，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，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
关键词：农村电网 继电保护 配置 可靠性
1、继电保护技术发展的历史阶段
电力系统技术的发展对继电保护提出了新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的发展又为继电保护技术的发展注入了新的动力，继电保护技术的发展，也是科技实力的发展。
建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，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。在引进消化了当时国外先进的继电器制造技术后，建立了我国自己的继电器制造业。在60年代中期我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
50年代末，晶体管继电保护已开始研究。6O年代中期到80年代中期是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。我国研制的500kV晶体管方向高频保护和晶体管高频闭锁距离保护的成功运行，结束了500kV线路保护依靠进口的时代。从7O年代中期，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到8O年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到9O年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。
70年代末开始计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机变压器组保护也相继于l989年、l994年通过鉴定并投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于l993年、l996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代，开始走上高科技的发展时代。
2、农村电网保护配置存在的问题
(1)由于系统运行方式变化大，利用简单的电流、电压型保护有时很难同时满足快速性、选择性和灵敏性的要求。
(2)随着农村电网的改造，环形网、双回路网的增加，现有保护配置(非方向元件)难以适应运行方式的要求。
(3)保护采用的电磁型、晶体管型、集成电路型继电保护比微机保护可靠性差。
(4)随着线路长度的缩短，电流速断保护范围相应缩短，短线路一般无保护范围，影响了快速性和灵敏性。
3、继电保护技术的发展前景
智能化进入2O世纪90年代以来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。专家系统、人工神经网络(ANN)和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中，为继电保护的发展注入了活力。随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，其未来趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。微计算机硬件的更新和网络化发展在计算机领域，发展速度最快的当属计算机硬件，按照著名的摩尔定律，芯片上的集成度每隔18～24个月翻一番。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。微处理机的发展主要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。硬件技术的不断更新，使微机保护对技术升级的开放性有了迫切要求。未来的继电保护技术、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(RTu)、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。自适应控制技术在继电保护中的应用自适应继电保护的概念始于20世纪80年代，它可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护的基本思想是使保护能尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。这种新型保护原理的出现引起了人们的极大关注和兴趣，是微机保护具有生命力和不断发展的重要内容。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，在输电线路的距离保护、变压器保护、发电机保护、自动重合闸等领域内有着广泛的应用前景。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。其发展将出现原理突破和应用革命，由数字时代跨入信息化时代，发展到一个新的水平。未来中国电力系统继电保护技术的发展前景，会以崭新的姿态走在世界前列。
4、10KV线路保护中容易被忽视的问题及解决方法
(1)10kV线路如装有大量的配电变压器，在线路投入时，这些配电变压器是挂在线路上，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程，在系统阻抗较小时，会出现较大的涌流，时间常数也较大。二段式电流保护中的电流速断保护由于要兼顾灵敏度，动作电流值往往取得较小，特别在长线路或系统阻抗大时更明显。励磁涌流值可能会大于装置整定值，使保护误动。这种情况在线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗大时并不突出，因此容易被忽视，但当线路变压器个数及容量增大后，就可能出现。
励磁涌流的特征，就是它含有大量的二次谐波，另一特征就是它的大小随时间而衰减，一开始涌流很大，一段时间后涌流衰减为零，流过保护装置的电流为线路负荷电流，利用涌流这个特点，在电流速断保护加入一短时间延时，一般为0.15～0.2s的时限，就可以防止励磁涌流引起的误动作，这样虽然会增加故障时间，但在对稳定运行影响较小的地方还是适用的。
(2)10kV线路出口处短路电流一般都较小，特别是农网中的变电所，它们往往远离电源，系统阻抗较大。对于同一线路，出口处短路电流大小会随着系统规模及运行方式改变而改变。随着系统规模的不断扩大，10kV系统短路电流会随着变大，可以达到TA一次额定电流的几百倍，系统中原有一些能正常运行的变比小的TA就可能饱和；另一方面，短路电流中含大量非周期分量，又会进一步加速TA饱和。在10kV线路短路时，由于TA饱和，感应到二次侧的电流会很小或接近于零，使保护装置拒动，影响供电可靠性，而且严重威胁运行设备的安全。
避免TA饱和一是在选择TA时，变比不能选得太小，要考虑线路短路时TA饱和问题，一般10kV线路保护TA变比最好大于300/5。另一方面要尽量减少TA二次负载阻抗，尽量避免保护和计量共用TA，缩短TA二次电缆长度及加大二次电缆截面等,就能很好的防止TA饱和现象。
5、结束语
随着科技的进步和电力系统的迅猛发展，对继电保护的要求也不断提出新要求，加之电子技术、计算机技术与通讯技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。因此，新时期的继电保护技术也要与时俱进，未来的电力秉统继电保护技术逐步的走在世界前列。该文在回靥继电保护技术发展历史的同时，也在眺望未来继电保护技术的美好前景。
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