【正文】 具有相當(dāng) 于一臺(tái) PC 機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過(guò)用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過(guò)了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作成的繼電保護(hù)裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有： (1)具有 486PC 機(jī)的全部功能，能滿足對(duì)當(dāng)前和未來(lái)微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。 (2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù) 裝置相似，工藝精良、防震、防過(guò)熱、防電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。 (3)采用 STD 總線或 PC 總線，硬件模塊化，對(duì)于不同的保護(hù)可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。 繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究 。 網(wǎng)絡(luò)化 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活 的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著 各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。國(guó)外早已提出過(guò)系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)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(wù) )，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)繼電保護(hù)狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用的研究 4 據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確 保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。 對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到 這一點(diǎn)。 對(duì)于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護(hù)的可靠性。天津大學(xué) 1993年針對(duì)未來(lái)三峽水電站 500kV 超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護(hù)的原理，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)分散成若干個(gè) (與被保護(hù)母線的回路數(shù)相同 )母線保護(hù)單元，分散裝設(shè)在各回路保護(hù)屏上，各保護(hù)單元用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路的電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路的保護(hù)單元，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線差動(dòng) 保護(hù)的計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開(kāi)本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障均不動(dòng)作。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線保護(hù)原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)原理有較高的可靠性。因?yàn)槿绻粋€(gè)保護(hù)單元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤地跳開(kāi)本回路，不會(huì)造成使母線整個(gè)被切除的惡性事故，這對(duì)于象三峽電站具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。 由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一 體化 在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無(wú)故障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)繼電保護(hù)狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用的研究 5 據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制 、 測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。 目前，為了測(cè)量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必 須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器 (OTA)和光電壓互感器 (OTV)已在研究試驗(yàn)階段，將來(lái)必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用 OTA 和 OTV 的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距OTA 和 OTV 最近的地方，亦即應(yīng)放在 被保護(hù)設(shè)備附近。 OTA 和 OTV 的光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測(cè)量量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。 1992 年天津大學(xué)提出了保護(hù)、控制、測(cè)量、通信一體化問(wèn)題，并研制了以 TMS320C25 數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。 智能化 近年來(lái)，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系 統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開(kāi)始［ 7］。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問(wèn)題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開(kāi)情況下發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的短路就是一非線性問(wèn)題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過(guò)大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問(wèn)題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度 更快。天津大學(xué)從 1996 年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護(hù)的研究，已取得初步成果?？梢灶A(yù)見(jiàn)，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問(wèn) [1]。 繼電保護(hù)狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用的研究 6 2 繼電保護(hù)的目的、任務(wù)及特點(diǎn) 繼電保護(hù)的目的 電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸配電線路及用電設(shè)備組成。各電氣元件及系統(tǒng)整體一般處于正常運(yùn)行狀態(tài)，但也可能出現(xiàn)故障或異常運(yùn)行狀態(tài)，如短路，斷線、過(guò)負(fù)荷等狀態(tài)。 短路總是伴隨著很大的短路電流，同時(shí)系統(tǒng)電壓大大降低。短路點(diǎn)的電弧及短路電流的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)會(huì)直接損壞電氣設(shè)備， 電壓下降會(huì)破壞電能用戶的正常工作，影響產(chǎn)品質(zhì)量。短路更嚴(yán)重的后果是因電壓下降可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)與發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性遭受破壞，引起系統(tǒng)振動(dòng)，直接使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。所以各種形式的短路是故障中最常見(jiàn)，危害最大的。 所謂異常運(yùn)行狀態(tài)是指系統(tǒng)的正常工作受到干擾，使運(yùn)行參數(shù)偏離正常值。例如，長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)負(fù)荷會(huì)使電氣元件的載流部分和絕緣材料的溫度過(guò)高，從而加速設(shè)備的絕緣老化，或損壞設(shè)備。 故障的異常運(yùn)行情況若不及時(shí)處理或處理不當(dāng)，就可能在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生事故，造成人員傷亡和設(shè)備損壞，使用戶停電、電能質(zhì)量下降到不能容許的情 況。 為防止事故發(fā)生，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是裝設(shè)在每一個(gè)電氣設(shè)備上，用來(lái)反映它們發(fā)生和異常運(yùn)行情況，從而動(dòng)作于短路器挑閘或發(fā)出信號(hào)的一種有效的反事故的自動(dòng)裝置。 繼電保護(hù)的任務(wù) （ 1）當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí) ,應(yīng)該由該元件的繼電保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確地給距離故障元件最近的開(kāi)關(guān)發(fā)出跳閘命令 ,使故障元件及時(shí)從電力系統(tǒng)中斷開(kāi) ,以最大限度地減少對(duì)電力元件本身的損壞 ,降低對(duì)電力系統(tǒng)安全供電的影響 ,并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求 (如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性等 )。 （ 2）反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況 ,并根據(jù)不正常 工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同 (例如有無(wú)經(jīng)常值班人員 )發(fā)出信號(hào) ,以便值班人員進(jìn)行處理 ,或由裝置自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整 ,或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行而會(huì)引起事故的電氣設(shè)備予以切除。反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護(hù)裝置容許帶一定的延時(shí)動(dòng)作。 繼電保護(hù)的特點(diǎn) 電力系統(tǒng)各元件之間通常用斷路器 DL 互相連接，每臺(tái)斷路器都裝有相應(yīng)的繼電保護(hù)狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用的研究 7 繼電保護(hù)裝置，可以向斷路器發(fā)出跳閘脈沖。實(shí)踐表明，繼電保護(hù)裝置或斷路器有拒絕動(dòng)作的可能性，因而需要考慮后備保護(hù)。實(shí)際上，每一電氣元件一般都有兩種保護(hù)裝置；主保護(hù)和后備保護(hù)，必要時(shí)還另外增設(shè)輔助保護(hù)。 主保 護(hù)：反應(yīng)被保護(hù)元件自身的故障并以盡可能短的延時(shí)，有選擇性的切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)。 圖 21 后備保護(hù)的構(gòu)成結(jié)構(gòu) 后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)起作用，從而動(dòng)作于相應(yīng)斷路器以切除故障元件。后備保護(hù)分近后備和遠(yuǎn)后備兩種：主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備；或當(dāng)本元件斷路器拒動(dòng)時(shí)，由本站裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，切除連接在該母線上的其他有源元件的斷路器，謂之近后備。當(dāng)主保護(hù)或其斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰元件或線路的保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備的，叫遠(yuǎn)后備。 輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主 保護(hù)和后備保護(hù)的不足，而增設(shè)的較簡(jiǎn)單的保護(hù)，稱輔助保護(hù) [2]。 繼電保護(hù)狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用的研究 8 3 繼電保護(hù)的基本要求 繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的基本要求。 選擇性 選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障 ,當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí) ,才允許由相鄰設(shè)備保護(hù)、線路保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障。 為保證對(duì)相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護(hù)和同一保護(hù)內(nèi)有配合要求的兩元件 (如啟動(dòng)與跳閘元件或閉鎖與動(dòng)作元件 )的選擇性 ,其靈敏系數(shù)及動(dòng)作時(shí)間 ,在一般情況下應(yīng)相互配合。 圖 31 電網(wǎng)保護(hù)選擇性動(dòng)作 速動(dòng)性 速動(dòng)性是指保護(hù)裝置應(yīng)盡快地切除短路故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍，提高自動(dòng)重合閘和備用電源或備用設(shè)備自動(dòng)投入的效果等。一般從裝設(shè)速動(dòng)保護(hù) (如高頻保護(hù)、差動(dòng)保護(hù) )、充分發(fā)揮零序接地瞬時(shí)段保護(hù)及相間速斷保護(hù)的作用、減少繼電器固有動(dòng)作時(shí)間和斷路器跳閘時(shí)間等方面入手來(lái)提高速動(dòng)性。 在設(shè)計(jì)保護(hù)時(shí)主保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，一般需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算來(lái)確定，也可由電力系統(tǒng)的有關(guān)部門(mén)提供。 繼電保護(hù)狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用的研究 9 目前常 用的無(wú)時(shí)限整套保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為： 帶方向或不帶方向的電流電壓速斷保護(hù)裝置 。 各型距離保護(hù)裝置 ； 高頻保護(hù)裝置 ； 線路橫差或縱差保護(hù)裝置 ； 元件縱差保護(hù)裝置 靈敏性 靈 敏性是指在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí) ,保護(hù)裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù) ,各類保護(hù)的最小靈敏系數(shù)在規(guī)程中有具體規(guī)定。 可靠性 可靠性是 指 在 保護(hù) 裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該反應(yīng)的故障時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)可靠的動(dòng)作；而在不屬于該保護(hù)動(dòng)作的其他任何情況下，則不應(yīng)該動(dòng)作。為保證可靠性，應(yīng)采用有可靠元件和簡(jiǎn)單的接線構(gòu)成的性能良好的保護(hù)裝置，并應(yīng)采用必要的檢驗(yàn)、閉鎖和自診斷的措施。 上述四點(diǎn)基本要求是互相聯(lián)系又相互矛盾的，是分析研究各種繼電保護(hù)裝置的基礎(chǔ)。 繼電保護(hù)狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用的研究 10 4 繼電保護(hù)的分類 （ 1）電流速斷保護(hù)：故障電流超過(guò)保護(hù)整定值無(wú)時(shí)限（整定時(shí)間為零），立即發(fā)出跳閘命令。 （ 2）電流延時(shí)速斷保護(hù)：故障電流超過(guò)速斷保護(hù)整定值時(shí)，帶一定延時(shí)后發(fā)出 跳閘命令。 （ 3）過(guò)電流保護(hù)：故障電流超過(guò)過(guò)流保護(hù)整定值，故障出現(xiàn)時(shí)間超過(guò)保護(hù)整定時(shí)間后發(fā)出跳閘命令。 （ 4）過(guò)電壓保護(hù)：故障電壓超過(guò)保護(hù)整定值時(shí)，發(fā)出跳閘命令或過(guò)電壓信號(hào)。（ 5）低電壓保護(hù)：故障電壓低于保護(hù)整定值時(shí)，發(fā)出跳閘命令或低電壓信 （ 6）低周波減載：當(dāng)電網(wǎng)頻率低于整定值時(shí)，有選擇性跳開(kāi)規(guī)定好的不重要負(fù)荷。 （ 7）單相接地保護(hù)：當(dāng)一相發(fā)生接地后對(duì)于接地系統(tǒng)，發(fā)出跳閘命令，對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，發(fā)出接地報(bào)警信號(hào)。 （ 8）差動(dòng)保護(hù)：當(dāng)流過(guò)變壓器、中性點(diǎn)線路或電動(dòng)機(jī)繞組，線路兩端電流之差變化超過(guò)整定值 時(shí)，發(fā)出跳閘命令稱為縱差動(dòng)保護(hù)，兩條并列運(yùn)行的線路或兩個(gè)繞組之間電流差變化超過(guò)整定值時(shí)，發(fā)出跳閘命令稱橫差動(dòng)保護(hù)。 （ 9）距離保護(hù)：根據(jù)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離（阻抗）發(fā)出跳閘命令稱為距離保護(hù)。 （ 10）方向保護(hù)：根據(jù)故障電流的方向，有選擇性的發(fā)出跳閘命令稱為方向保護(hù)。 （ 11）高頻保護(hù)：利用弱電高頻信號(hào)傳遞故障信號(hào)來(lái)進(jìn)行選擇性跳閘的保護(hù)稱為高頻保護(hù)。 （ 12）過(guò)負(fù)荷：運(yùn)行電流超過(guò)過(guò)負(fù)荷整定值（一般按最大負(fù)荷或設(shè)備額定功率來(lái)整定）時(shí)，發(fā)出過(guò)負(fù)荷信號(hào)。 （ 13）瓦斯保護(hù)：對(duì)于油浸變壓器，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生匝