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浅谈电力系统继电保护技术的现状及发展前景

0 引言

电力能源已经是人类生存、生产不可或缺的一部分。然而现实的情况是快速增长的电力需求还难以满足经济快速发展的需要,电力系统在安全持续正常运转上还需要进一步完善。继电保护是维护电力系统安全正常运行的主要措施,在电力系统发生故障时,可以利用继电保护技术和装置在*短的时间内自动终止系统中的故障设备,及时发出报警信息,以便维护人员及时排除故障,*大程度地减小造成的损失以及带来的不利影响,提高电力系统的安全运行水平。由此可见,继电保护技术的应用具有重要的意义。

1 电力系统继电保护技术的现状

1.1 继电保护技术的发展历程

20 世纪初是继电保护技术发展的开端,电力系统的迅速发展促进了继电保护技术的发展,继电保护装置被大量应用在电力系统保护中,其后经历了 20 世纪 50 年代到 90 年代末 40 余年的发展,继电保护技术经历了电磁式继电保护装置、晶体管型继电保护装置、集成电路型继电保护装置以及目前普遍适用的微机继电保护装置 4 个阶段。相对于国外,我国的继电保护研究起步较晚,但经过不懈的努力已经取得了瞩目的成果,特别是在微机继电保护的保护软件、算法等方面成果显著,在实践中得到了广泛的应用。

1.2 当前普遍应用的继电保护技术

当前的继电保护技术已经发展到微机继电保护阶段,微机继电保护技术还在进一步快速发展。微机继电保护是以微型计算机或微处理机为基础构成的继电保护,相较于传统的继电保护,微机继电保护在保护电力系统及自身的灵活性等方面具有很大优点,除了具有传统的继电保护装置的功能,现在已发展到能进行参数实时显示、观测故障距离以及故障录波等功能。在现代微机继电保护的应用中,越来越多的新技术都在微机继电保护的领域中得以运用:(1)应用 IT 技术,实现了继电保护从测量、控制、保护全过程的数据通信的一体化,在继电保护装置中应用可编程的控制器,就可以将其看成是具有特殊结构体系结构的工业计算机,具有比一般计算机更强大的与工业过程连接的接口,其编程语言更容易满足控制要求,通过继电保护装置构成的控制系统,将各部分的元件如继电器、接触器、电子元件等连接起来就可以实现更加复杂的逻辑关系和操作任务;(2)在继电保护中应用人工神经网络,用传统的方法很难解决电力系统里存在的众多的非线性问题,而通过运用人工神经网络理论,就能很好地解决这些问题,如对配电网的线损问题分析、电网的静态分析和动稳态分析,都可以运用人工神经网络理论的保护装置进行解决;(3)随着光电技术和计算机的飞速发展,在继电保护技术中运用新型的光学数字式电压、电流互感器,具有很广的应用前景,新型光学数字式电压、电流互感器将超越电磁式互感器而成为继电保护技术未来重要的发展方向;(4)广域保护是一种将各个分立的电网作为一个统一的整体,通过实时监测、快速计算分析、网络通信技术等,采用*为适宜的措施切断或阻止控制产生故障的电力设备的电力系统保护措施。广域保护系统的建设和发展对我国建设以特高压电网为骨干网架的各级电网,实现电力系统保护的信息化、自动化,实现更**、更快速的智能电力系统网络的建设具有十分重要的意义。

当前常用的继电保护装置按照其装置类型主要有变压器保护、发电机保护、线路保护(从 10 kV 到 500 kV)、母线保护等,比如南瑞公司生产的继电保护装置 RCS900 系列,线路保护装置就有 RCS901、902、931、941,变压器保护 RCS978、非电量 RCS974,按照装置保护的对象又可分为电流保护、电压保护、瓦斯保护、差动保护、距离保护、高频保护、方向保护、平衡保护等装置类型,而目前普遍应用的微机继电保护装置有BOJB-902 型继电保护测试仪、三相继电保护测试仪六相继电保护测试仪等。

2 电力系统继电保护技术的发展前景

当前微机继电保护仍是主流,它也是未来很长一段时间内电力系统继电保护技术发展的方向,结合上文所提到的内容,未来的电力系统继电保护技术的发展主要体现在以下方面:

2.1 继电保护向着更加智能化、网络化、一体化的方向发展随着计算机技术在电力系统继电保护技术中的广泛应用,继电保护技术未来趋势是向计算机化、网络化、智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。微机继电保护的软件和硬件也在跟着被研发和运用,电力系统更加依赖于微机继电保

护,一方面其具备基本的保护功能,另一方面还具有能够存储故障信息和数据的大容量的存放空间以及超强、快速的数据处理功能、通信能力,能够跟其他的保护、控制装置和调度联网以实现全系统数据、信息和网络资源的共享,而现在又出现了功能、速度、存储容量极大增加的工控机,实现了成套的工控机用作继电保护,使得继电保护更加简便有效,计算机化取代人工成为继电保护向着网络化、一体化和智能化发展的重要力量。

(1)继电保护网络化。因为没有强有力的数据通信手段,到现在为止现有的继电保护装置除差动保护装置和纵联保护装置外,仅仅只能反映出被保护安装处的电气量,继电保护的功能也仅仅是故障元件的报警切除,尽可能减小事故带来的影响;继电保护中的各个保护单元还不能共享整个系统中的运行

以及故障信息等方面的数据,每个独立的保护单元与重合闸装置就不能实现协调地处理这些信息和数据,系统的安全持续运行也就不能很好保证。由此可见,实现系统安全持续运行的*主要条件是实现整个系统相关设备的保护装置的网络连接,也就是实现微机继电保护的网络化,继电保护装置的计算机网络连接使得继电保护装置可以共享到系统中的故障信息,实现准确地判断系统的故障性质、位置和检测故障距离。实现继电保护的计算机网络化以及微机继电保护装置的网络化,能够极大地提高保护的可靠性,这是微机继电保护技术发展的长久趋势。

(2)继电保护一体化,即实现其保护、控制、测量、数据通信各个功能合为一体。实现了继电保护的计算机化和网络化,继电保护装置实际上就可以看成是性能先进、功能多的整个电力系统保护网络上的智能终端,能够从保护网络共享到整个电力系统运行以及故障的相关信息和数据,还能够采集和传送它取得的被保护元件的相关信息和数据给整个网络的控制中心。如此,各个单独的微机保护装置一方面实现了继电保护功能,更为重要的是在电力系统正常运行时能够实现测量、控制、数据通信功能,融保护、控制、测量、数据通信功能为一身。

(3)继电保护的智能化。科技的进步使更多的技术应用到电力系统继电保护中,特别是人工智能技术,如神经网络、模糊逻辑、遗传算法等,神经网络不是一种线性映射的方法,因此对于那些不能够以方程式求解的较为复杂的非线性问题,采取神经网络方法非常有效。智能化的继电保护,除了一般的自动化功能(如自动报警、小电流接地选线、生成报表、故障录波、判别事故与处理、无功调节电压等)外,还具有主动的强大的自我诊断功能,实时地将相关数据信息传送到网络控制中心,取代了常规变电所的被动模式,在未来人工智能技术在继电保护领域会得到更为广泛深入的应用,以解决更加复杂的问题。

2.2 继电保护技术向着更加环保的方向发展

环境保护对于电力系统的继电保护来说同样需要关注,协调好电力系统发展与环境保护的关系,以实现可持续发展。电力系统实质是将其他能源转化为电力的过程,在这个过程中会有一部分能源在转化、传输及变电的过程中损耗掉。我们应该认识到电力系统存在的能源损耗的现实问题,继电保护技术的开发和应用应当以保护环境、避免浪费为前提,将继电保护的环保型研究作为未来永恒的主题。

2.3 其他方向的发展

这方面主要是对于超高压、特高压电网建设中继电保护存在的如继电保护的非整数次谐波及低频分量、衰减直流分量出现大幅的波动等问题对电力系统整体性能的影响,未来需要进一步加以研究。

3 结语

随着我国电力产业建设的飞速发展,电力系统的建设发展对于继电保护技术也有了更高层次的要求。继电保护技术能够有效遏制电力系统出现故障,进一步提高电力系统的运行效率。




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