微机继电保护的发展趋势「微机继电器」

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一、微机继电保护装置的发展

微机继电保护经过30多年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，随着计算机软硬件技术、网络通信技术、自动控制技术及光电子技术日新月异的进步，现代电力系统不断发展的新形势对微机继电保护技术提出了许多新的课题及挑战。

微型机硬件的发展体现在片内硬件资源得到很大扩充，运算能力显著提高，嵌入式网络通信芯片的出现及应用等。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，为实现具有灵活性、高可靠性和模块化特点的通用软硬件平台创造了条件。网络技术特别是现场总线的发展，在实时控制系统领域的成功应用，充分说明网络是模块化分布式系统中相互联系和通信的理想方式;而计算机硬件的不断更新，使微机继电保护对技术升级的开放性有了迫切的要求;微机继电保护硬件网络化，为继电保护的设计和发展带来了一种全新的理念和创新，大大简化了硬件结构及连线，增强了硬件的可靠性，使装置硬件具有更大的灵活性和可扩展性，也使装置真正具有了局部或整体硬件升级的可能。

微型机是数字式保护的核心。实践已经证明，基于高性能单片机，总线不出芯片的设计思想是提高装置整体可靠性的有效方法，对微机继电保护的稳定运行起到了非常重要的作用。微型机发展的重要趋势是单片处理机与DSP芯片的进一步融合，单片机除了保持本身适于控制系统要求的特点外，在计算能力和运算速度方面不断融入DSP技术和功能，如具有DSP运算指令、高精度浮点运算能力以及硬件并行管道指令处理功能等，而同时专用DSP芯片也在向单片机化发展。这些都为实现总线不出芯片的设计思想、改善保护的特性奠定了坚实的基础。

随着计算机及通信技术的发展，信息采集、处理、传输均可通过计算机完成，发电厂与变电站自动化系统就是以计算机为基础，将微机保护、微机控制、微机远动、微机自动装置、微机故障录波等分散的技术集成在一起，从而实现电网的现代化管理，并可以给运行、安全、设计、施工、检修、维护、管理等诸多方面带来直接或间接的经济效益和社会效益。

当代继电保护的发展以模拟保护数字化、数字保护信息化为线索。在计算机技术、数字信号处理技术、智能技术、网络技术及通信技术的共同推进下，信息技术（IT）正在改变着保护的现状，使微机继电保护集保护、控制、测量、录波、通信功能于一体。微机继电保护具有以下特征∶

（1）自诊断和监视报警。

（2）远方投切和整定。

（3）信息共享、多种保护功能集成并得到优化。

（4）支持并推动综合自动化的发展。

（5）采用先进的DSP算法进行波形识别，识别对象由稳态量发展到暂态量。

（6）提供动态修改定值的可能性。

基于此，微机继电保护装置应采用分层分布式系统结构，系统设计体现面向对象、功能有机集成、系统各部分有机协调的思想，系统考虑工程的实用化（分散、就地安装等模式）。分散式系统的功能配置宜采用能下放的功能尽量下放的原则。站控层应能实现对整站监视、保护、控制以及设备检测的功能综合管理。同时考虑适应多种网络接口，在确保保护功能的相对独立性和动作可靠性的前提下，部分模块采用保护、测量、控制一体化设计；为保障测量值的精度要求，保护和测量可分别采用不同的TA、TV绕组。采用总线型局域网络，其通信速率高、传输可靠。应充分考虑电磁干扰对智能电子设备（IED）装置的要求，此外保证经济合理性及技术先进性。

总之，随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，国内外继电保护技术进一步发展的趋势为∶计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，同时也开辟了这一领域的广阔天地。

二、微机继电保护算法和原理的发展

微机继电保护算法和原理是研究微机继电保护装置的重点。由于计算机技术的发展，计算机硬件资源日趋丰富，继电保护算法有了较大的突破。微机继电保护的算法与原理是相辅相成的，继电保护新原理的研究对提高继电保护水平具有根本性的意义。在近30年的微机继电保护形成与发展的历史中，保护的各种新原理不断涌现。微机继电保护的出现和算法的发展为保护新原理的探索与发展提供了坚实的平台和广阔的空间。这类新的保护原理和算法有基于故障分量原理的保护（暂态故障分量保护和工频故障分量保护）算法，小波分析在保护中的应用，利用通信技术构成的“广域保护”，以及模糊理论、人工神经网络、自适应理论、专家系统等智能技术在继电保护装置的应用等。

故障分量保护中工频故障分量原理是至今最为成功的原理之一。工频故障分量保护相对于暂态故障分量保护的最突出优势在于它的可靠性，使得工频故障分量的概念清楚、鲁棒性强。工频故障分量原理构成了故障分量距离保护、故障分量差动保护等，并从线路保护迅速发展到元件保护，效果也很显著。

小波分析的时频聚焦能力、强大的奇异检测能力为继电保护更有效地提取故障信息与故障特征创造了条件，为其在继电保护中的应用展开了广阔的前景。电力通信系统也在加速发展，这使得在广域的输电网上进行多点保护的信息交换与协调工作成为可能。通信技术的发展为电网保护功能的不断丰富与改善创造了条件，也使继电保护在实现局部保护功能的同时具有了某些外延功能，如简化后备保护等，最终将导致电力系统保护与控制朝着闭环控制的方向发展。另外，利用配电网保护测控装置FTU（Feeder Terminal Unit）对配电网实时运行状态及故障状态的信息进行优化综合利用，实现区域性配电网的保护与控制的综合自动化。

模糊理论的应用涉及线路保护的振荡闭锁问题∶如何区分电网振荡与故障，如何区分电网振荡中又发生的故障，小电流接地系统的选线问题，变压器差动保护识别励磁涌流、TA饱和等。人工神经网络在继电保护中的应用，包括方向保护、距离保护、差动保护、重合闸、故障测距、故障选相、高阻接地故障探测以及元件保护等。

自适应技术的基本思想是使保护尽可能地适应电力系统的各种运行方式变化，进一步改善保护的性能。自适应继电保护的研究和应用主要包括两个方面∶保护继电器特性的自适应技术和保护装置定值的自适应技术。

专家系统在继电保护中的应用局限在实时性要求不太高的场所，如继电保护整定、协调，高阻接地故障探测、故障定位、故障诊断等。

三、微机继电保护装置的功能编号

继电保护装置涉及电力生产的发、输、配电等几个环节，并提供解决方案。其中，发电系统涉及发电机保护、变压器保护、母线保护、输电线路保护等;输电系统涉及变压器保护、母线保护、输电线路保护、电抗器保护、电容器保护等;配电系统涉及变压器保护、母线保护、电容器保护、馈线保护、电抗器保护、备用电源自动投入装置、电压无功控制装置等。

我国电力系统在设计、制造、运行、维护、试验等方面描述继电保护装置是通过对功能进行详细描述、定义的。比如，在 20世纪 80年代，对高压线路保护进行"四统一"典型设计，对设计技术条件、接线回路、元件符号、端子排编号进行统一设计。这种"四统一"设计吸取了我国各有关方面的经验、教训，提高了保护装置的技术性能，便于组织培训、提高工作人员的技术水平及提高装置的试验维护质量，以及协调各套保护装置和重合闸装置的相互配合，对高压线路保护装置产生深远的影响并产生极大作用。

随着继电保护装置的发展，"四统一"设计也暴露出很多缺点，比如体系比较封闭、技术指标不是很高、延续性不好等。如果将继电保护装置看成是一个"黑匣子"，描述继电保护装置时，仅考核其功能配置即可。采用ANSI/IEEE Standard C37.2标准的继电保护功能编号非常有意义。

国外继电保护的系统图中，一般采用标准的功能编号来清晰标示对象。这些编号在ANSI/IEEE Standard C37.2中定义了其功能，并给出了标准的功能编号，应用于工程图例、流程图、操作过程及其他应用书籍中。采用标准功能编号，每个继电器或继电保护装置可细分为一系列功能，简洁易懂，方便设计、制造、运行维护等各个环节。国外各种类型的继电保护装置广泛采用了这种功能编号标准。一些常用的继电保护功能的编号及说明见表1-1。