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電力系統繼電保護技術的發展歷程和前景展望

09-03 12:42:50  瀏覽次數:433次  欄目:建筑電氣
標簽:建筑電氣工程技術,建筑電氣與智能化, 電力系統繼電保護技術的發展歷程和前景展望,http://www.tljciu.live

  摘要:回顧了電力系統繼電保護技術的發展過程,對我國繼電保護技術的現狀進行了分析和討論,概述了微機繼電保護技術的成就,指出其與傳統的繼電保護相比所具有的優點。展望了未來繼電保護技術的發展方向和前景。

  關鍵詞:繼電保護 運行現狀 發展前景

  1、我國電力系統

  繼電保護技術的發展現狀繼電保護技術是隨著電力系統的發展而發展的,它與電力系統對運行可靠性要求的不斷提高密切相關。熔斷器就是最初出現的簡單過電流保護,時至今日仍廣泛應用于低壓線路和用電設備。由于電力系統的發展,用電設備的功率、發電機的容量不斷增大,發電廠、變電站和供電網的結線不斷復雜化,電力系統中正常工作電流和短路電流都不斷增大,熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求,于是出現了作用于專門的斷流裝置的過電流繼電器。本世紀初隨著電力系統的發展,繼電器才開始廣泛應用于電力系統的保護。這個時期可認為是繼電保護技術發展的開端。

  自本世紀初第一代機電型感應式過流繼電器(1901年)在電力系統應用以來,繼電保護已經經歷了一個世紀的發展。在最初的二十多年里,各種新的繼電保護原理相繼出現,如差動保護(1908年)、電流方向保護(1910年)、距離保護(1923年)、高頻保護(1927年),這些保護原理都是通過測量故障發生后的穩態工頻量來檢測故障的。盡管以后的研究工作不斷發展和完善了電力系統的保護,但是這些保護的基本原理并沒有變,至今仍然在電力系統繼電保護領域中起主導作用。

  繼電保護裝置是保證電力系統安全運行的重要設備。滿足電力系統安全運行的要求是繼電保護發展的基本動力。快速性、靈敏性、選擇性和可靠性是對繼電保護的四項基本要求。為達到這個目標,繼電保護專業技術人員借助各種先進科學技術手段作出不懈的努力。經過近百年的發展,在繼電保護原理完善的同時,構成繼電保護裝置的元件、材料等也發生了巨大的變革。繼電保護裝置經歷了機電式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機式等不同的發展階段。

  50年代,我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術,建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍,對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術,建立了我國自己的繼電器制造業。因而60年代是我國機電式繼電保護繁榮的時代,為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。

  自50年代末,晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。在此期間,從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、應用仍處于主導地位,這是集成電路保護時代。

  國內微機保護的研究開始于70年代末期,起步較晚,但發展很快。1984年我國第一套微機距離保護樣機在試運行后通過鑒定并批量生產,以后每年都有新產品問世;1990年第二代微機線路保護裝置正式投入運行。目前,高壓線路、低壓網絡、各種主電氣設備都有相應的微機保護裝置在系統中運行,特別是線路保護已形成系列產品,并得到廣泛應用。我國在2000年220kV及以上系統的微機保護率為43.99%,線路微機保護占86%,到2003年底,220kV以上系統的微機保護已占到70.29%,線路的微機化率達到97.6%。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0.2~0.3個百分點。國產微機保護經過多年的實際運行,依靠先進的原理和技術及良好的工藝已全面超越進口保護。從80年代220KV及以上電壓等級的電力系統全部采用進口保護,到現在220KV系統繼電保護基本國產化,反映了繼電保護技術在我國的長足發展和國產繼電保護設備的明顯優勢。

  微機繼電保護技術的成熟與發展是近三十年來繼電保護領域最顯著的進展。經過長期的研究和實踐,現在人們已普遍認可了微機保護在電網中無可替代的優勢。微機保護具有自檢功能,有強大的邏輯處理能力、數值計算能力和記憶能力,并且具備很強的數字通信能力,這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的。計算機技術的進步,更高性能、更高精度的數字外圍器件的采用,一直是微機繼電保護不斷發展的強大動力。

  2、微機繼電保護的主要特點

  微機保護充分利用了計算機技術上的兩個顯著優勢:高速的運算能力和完備的存貯記憶能力,以及采用大規模集成電路和成熟的數據采集,A/D模數變換、數字濾波和抗干擾措施等技術,使其在速動性、可靠性方面均優于以往傳統的常規保護,而顯示了強大生命力,與傳統的繼電保護相比,微機保護有許多優點,其主要特點如下:

  1)改善和提高繼電保護的動作特征和性能,正確動作率高。主要表現在能得到常規保護不易獲得的特性;其很強的記憶力能更好地實現故障分量保護;可引進自動控制、新的數學理論和技術,如自適應、狀態預測、模糊控制及人工神經網絡等,其運行正確率很高,已在運行實踐中得到證明。

  2)可以方便地擴充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等,可以方便地附加低頻減載、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能。

  3)工藝結構條件優越。體現在硬件比較通用,制造容易統一標準;裝置體積小,減少了盤位數量;功耗低。

  4)可靠性容易提高。體現在數字元件的特性不易受溫度變化、電源波動、使用年限的影響,不易受元件更換的影響;且自檢和巡檢能力強,可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

  5)使用靈活方便,人機界面越來越友好。其維護調試也更方便,從而縮短維修時間;同時依據運行經驗,在現場可通過軟件方法改變特性、結構。

  6)可以進行遠方監控。微機保護裝置具有串行通信功能,與變電所微機監控系統的通信聯絡使微機保護具有遠方監控特性。

  3、未來繼電保護技術的發展前景

  微機保護經過近20年的應用、研究和發展,已經在電力系統中取得了巨大的成功,并積累了豐富的運行經驗,產生了顯著的經濟效益,大大提高了電力系統運行管理水平。近年來,隨著計算機技術的飛速發展以及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用,新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中,以期取得更好的效果,從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發展,其未來趨勢向計算機化,網絡化,智能化,保護、控制、測量和數據通信一體化發展。

  3.1 微計算機硬件的更新和網絡化發展在計算機領域,發展速度最快的當屬計算機硬件,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。微處理機的發展主要體現在單片化及相關功能的極大增強,片內硬件資源得到很大擴充,單片機與DSP芯片二者技術上的融合,運算能力的顯著提高以及嵌入式網絡通信芯片的出現及應用等方面。這些發展使硬件設計更加方便,高性價比使冗余設計成為可能,為實現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創造了條件。硬件技術的不斷更新,使微機保護對技術升級的開放性有了迫切要求。網絡特別是現場總線的發展及其在實時控制系統中的成功應用充分說明,網絡是模塊化分布式系統中相互聯系和通信的理想方式。如基于網絡技術的集中式微機保護,大量的傳統導線將被光纖取代,傳統的繁瑣調試維護工作將轉變為檢查網絡通信是否正常,這是繼電保護發展的必然趨勢。微機保護設計網絡化,將為繼電保護的設計和發展帶來一種全新的理念和創新,它會大大簡化硬件設計、增強硬件的可靠性,使裝置真正具有了局部或整體升級的可能。

  繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務),還要保證全系統的安全穩定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統的運行和故障信息的數據,各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協調動作,實現微機保護裝置的網絡化。這樣,繼電保護裝置能夠得到的系統故障信息愈多,對故障性質、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確,大大提高保護性能和可靠性。

  3.2 智能化進入20世紀90年代以來,人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用,電力系統保護領域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專家系統、人工神經網絡(ANN)和模糊控制理論逐步應用于電力系統繼電保護中,為繼電保護的發展注入了活力。

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