機電一體化繼電器保護探討

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摘要：只有不斷提高繼電器保護技術，才能適應快速發展的電力系統。繼電器保護技術的發展以機電一體化技術的進步為基礎，電子、計算機及通信技術的日益發展有效地促進了繼電器保護技術的提高。本文回顧了機電一體化的繼電器保護技術發展歷史，并對它的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：機電一體化；繼電器保護；計算機化；網絡化；智能化

繼電器在電力系統中發揮著重要作用，其在電路中可以進行自動調節、電路轉換及安全保護。因此，高度重視繼電器保護技術的應用十分重要。

1機電—體化中繼電器保護的歷史發展

電力系統經常會受到多種因素的影響而發生短路，電器設備各種異?，F象的出現都能使電力系統停止運行，因此做好繼電器保護是非常重要的。新中國建立后，我國開始了繼電器保護學科、設計、制造工業及人才隊伍的建設，經過10年左右的發展，完成了先進國家大約50年的前進歷程。在50年代時，我國的相關技術人才已經能夠徹底掌握運用國外前沿的繼電器保護技術，擁有的繼電器保護人才隊伍具備高深的理論水平及豐富的實踐經驗［1］。阿城繼電器廠進口并掌握了國外尖端的繼電器生產技術，是我國繼電器制造業的開端。到了60年代中期，我國已擁有了繼電器保護相關的科研、設計、生產、應用及教學這樣完整的體系。當時稱得上是機電式繼電器保護發展的黃金時代，為繼電器保護技術在我國的發展打下了良好的基礎。在50年代底，我國開始進行晶體管繼電保護的研究，從60年代中期至80年代中期，晶體管繼電保護發展良好并得到廣泛應用。天津大學和南京電力自動化設備廠共同開發了500kV的晶體管方向高頻保護，南京電力自動化研究院開發了晶體管高頻閉鎖距離保護，并且在葛洲壩500kV線路得到應用，自此，我國500kV線路的保護就不必依靠進口了。集成運算放大器應用到的集成電路保護于70年代中期進行研發，在80年代底具有了完整的系列，并慢慢代替了晶體管保護。開發、制造與應用集成電路保護在90年初開始幾年仍然居主導地位。這其中有代表性的是南京電力自動化研究院開發的集成電路工頻變化量方向高頻保護。天津大學和南京電力自動化設備廠共同開發了在不少220kV及500kV線路廣泛應用的集成電路相電壓補償式方向高頻保護。計算機繼電保護在7O年代底進行研究，高等院校與科研院所是研究的主力軍。華中理工大學、華北電力學院、東南大學、西安交通大學、上海交通大學、重慶大學、天津大學及南京電力自動化研究院等開發出了各自原理不同、型式不同的微機保護裝置。首先通過鑒定的是原華北電力學院于1984年開發的輸電線路微機保護裝置，并被應用于系統，我國的繼電器保護由此翻開了新的篇章，也為普及微機保護奠定了基礎。1989年、1994年，東南大學與華中理工大學開發的發電機失磁保護、發電機保護及發電機－變壓器組保護先后經過鑒定，并應用于主設備的保護。1991年，南京電力自動化研究院開發的微機線路保護裝置得到鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠共同開發的微機相電壓補償式方向高頻保護于1993年鑒定成功，西安交通大學與許昌繼電器廠共同開發的正序故障分量方向高頻保護于1996年鑒定成功。機型各不相同的微機線路及主設備保護所依據的原理并不一樣，各有優勢，性能都較好，功能也多，安全性高［2］。在進行微機保護裝置開發的同時，也推動了微機保護軟件與算法等的理論研究。從90年代起，我國的繼電器保護技術開始以微機保護為主導。

2機電一體化的繼電器保護的發展趨勢

機電一體化的繼電器保護技術必定會伴隨著社會的進步，朝更加先進的方向不斷更新。2．1計算機化。計算機硬件發展非常快，微機保護硬件同樣也持續進步。電力系統要求微機保護技術必須越來越先進，除了基本的保護作用之外，還要能夠長期存放大容量的故障信息及數據，能夠高速處理數據，通信功能較強，能夠和另外的保護、控制裝置與調度進行聯網來互通系統數據及網絡資源，能夠進行高級語言的編程，因此，微機保護裝置應該實現PC機的功能。計算機保護的起始階段，即使小型計算機，成本也比較高，并且體積較大，可靠性不大，所以無法轉為繼電保護裝置。而現今，與微機保護裝置體積一樣的工控機在功能、速度及容量等方面都非常先進，故而，繼電保護裝置就能以成套工控機來實現，這會成為未來微機保護的一種趨勢。天津大學開發出一種結構與微機保護裝置一樣的工控機作為繼電保護器，優勢表現為：功能與PC機一樣，可以實現微機保護的性能；體積與構造類似于微機保護裝置，有精良的工藝，能夠強大地防震、防過熱及防電磁干擾，在比較惡劣的環境里也能工作；使用的是STD總線，也可以是PC總線，有模塊化的硬件，可方便地選擇不同的模塊進行各種保護，配置比較靈活，擴展也方便。微機化與計算機化是繼電保護器發展的必然趨勢，然而必須注意使之與電力系統的要求更加適應，能夠更加可靠的進行繼電保護，可以實現經濟及社會效益的最大化［3］。2．2網絡化。在信息時代，計算機網絡承載著信息與數據通信的重要作用，有效地促進了人類生產活動的進步，給人們的生活提供了便利，同時，也為工業各個領域帶來了改變，成為工業領域普遍的通信方式。差動保護及縱聯保護除外，全部的繼電保護裝置只局限于對保護安裝處的電氣量做出反應，其功用也是對發生故障的元件進行切除，減小事故波及的范圍，此種情況的原因主要在于沒有功能強大的數據通信方式。其它國家很早就出現了系統保護的提法，這主要是針對安全自動裝置而言。繼電保護的首要作用是對故障元件進行切除使事故限定于較小的范圍，但還必須能夠保障系統進行安全穩定的運行。所有的保護單元對全系統運行及故障的信息都應可以共享，并且通過對信息數據的處理，能夠與重合閘裝置進行協調，以此為系統安全及穩定運行提供保障。進行系統保護的前提是微機保護裝置需要實現網絡化，也就是應利用計算機網絡把全系統所有主要設備的保護裝置連接在一起。2．3保護、控制、測量及數據通信一體化。繼電器保護進行計算機化及網絡化之后，保護裝置已經相當于一臺性能好、功能全的計算機，作為電力系統計算機網絡中的一個智能終端，電力系統工作及故障的相關信息數據都能被它在網上輕易獲取，在取得被保護元件的任何相關信息數據后，它也可傳輸到網絡控制中心與任何一個終端。微機保護裝置不只具有繼電保護的功能，同時，在正常工作時也能夠進行測量、控制及數據通信，也就是達到保護、控制、測量及數據通信一體化［4］。2．4智能化。電力系統的不同領域目前都較多地應用了人工智能技術，像神經網絡、遺傳算法、進化規劃及模糊邏輯等，繼電保護方面對人工智能技術的應用也進行了研發。神經網絡采取非線性映射方法，可有效解決不易列出方程式的非線性問題，也能處理難以求解的復雜非線性問題。在輸電線兩側系統電勢角度進行擺開的時候，經過渡電阻產生短路，對于這樣的非線性問題，距離保護因不能進行故障位置識別，會引發誤動或拒動，而如果采取神經網絡，在進行很多故障樣本訓練后，只要樣本對不同狀況考慮得比較全面，那么就能識別任何故障。遺傳算法與進化規劃等也各有分析復雜問題的優勢。結合運用人工智能方法更可加快求解速度。1996年，天津大學就已開始對神經網絡式繼電保護展開了研發。繼電保護領域在未來的發展中，必定會高度重視人工智能技術的應用，充分發揮其處理疑難問題的優勢。

3結束語

電力系統發展迅速，計算機及通信技術也突飛猛進，機電一體化控制的繼電器保護技術必須加快技術進步與更新。計算機化，網絡化，保護、控制、測量及數據通信一體化及智能化是繼電器保護技術發展的大勢所趨。繼電保護工作者應發揮聰明才智，加大研發力度，進行技術創新。

參考文獻：

［1］揭春仔，鄭人川．論電力系統繼電保護的作用及發展趨勢［J］．工程技術研究，2017（7）：90－91．

［2］趙芳誼．電力系統繼電保護技術的現狀與發展的未來趨勢［J］．白城師范學院學報，2016（8）：74－76＋82．

［3］鐘華，朱民茂．電力系統繼電保護新技術的發展與分析［J］．科學技術創新，2017（32）：145－146．

［4］曹美．電氣自動化系統中繼電保護的安全技術分析［J］．南方農機，2017，48（18）：90．

作者:陳振成 單位:廣西壯族自治區技工教育研究室