【正文】 具有相當(dāng) 于一臺 PC 機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。由于當(dāng)時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設(shè)想是不現(xiàn)實的?，F(xiàn)在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當(dāng)年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時機已經(jīng)成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機保護裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。這種裝置的優(yōu)點有： (1)具有 486PC 機的全部功能，能滿足對當(dāng)前和未來微機保護的各種功能要求。 (2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機保護 裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，可運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，對于不同的保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。 繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益 和社會效益，尚須進行具體深入的研究 。 網(wǎng)絡(luò)化 計算機網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活 的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著 各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應(yīng)保護安裝處的電氣量。繼電保護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有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當(dāng)時主要指安全自動裝置。因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(wù) )，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究 4 據(jù)，各個保護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)動作，確 保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。 對于一般的非系統(tǒng)保護，實現(xiàn)保護裝置的計算機聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準(zhǔn)確。對自適應(yīng)保護原理的研究已經(jīng)過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現(xiàn)保護對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息，只有實現(xiàn)保護的計算機網(wǎng)絡(luò)化，才能做到 這一點。 對于某些保護裝置實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護的可靠性。天津大學(xué) 1993年針對未來三峽水電站 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)的集中式母線保護分散成若干個 (與被保護母線的回路數(shù)相同 )母線保護單元，分散裝設(shè)在各回路保護屏上，各保護單元用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個保護單元只輸入本回路的電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路的保護單元，各保護單元根據(jù)本回路的電流量和從計算機網(wǎng)絡(luò)上獲得的其它所有回路的電流量，進行母線差動 保護的計算，如果計算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時，各保護單元都計算為外部故障均不動作。這種用計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的分布式母線保護原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護原理有較高的可靠性。因為如果一個保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動時，只能錯誤地跳開本回路，不會造成使母線整個被切除的惡性事故，這對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，微機保護裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護性能和可靠性，這是微機保護發(fā)展的必然趨勢。 保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一 體化 在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運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，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究 5 據(jù)通信功能，亦即實現(xiàn)保護、控制 、 測量、數(shù)據(jù)通信一體化。 目前，為了測量、保護和控制的需要，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、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計算機裝置，就地安裝在室外變電站的被保護設(shè)備旁，將被保護設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計算機網(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)已在研究試驗階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用 OTA 和 OTV 的情況下，保護裝置應(yīng)放在距OTA 和 OTV 最近的地方，亦即應(yīng)放在 被保護設(shè)備附近。 OTA 和 OTV 的光信號輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號后，一方面用作保護的計算判斷；另一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對被保護設(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、控制、測量、通信一體化問題，并研制了以 TMS320C25 數(shù)字信號處理器 (DSP)為基礎(chǔ)的一個保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。 智能化 近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系 統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始［ 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)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等也都有其獨特的求解復(fù)雜問題的能力。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 年起進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護的研究，已取得初步成果?？梢灶A(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問 [1]。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究 6 2 繼電保護的目的、任務(wù)及特點 繼電保護的目的 電力系統(tǒng)由發(fā)電機、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行狀態(tài)，但也可能出現(xiàn)故障或異常運行狀態(tài)，如短路，斷線、過負(fù)荷等狀態(tài)。 短路總是伴隨著很大的短路電流，同時系統(tǒng)電壓大大降低。短路點的電弧及短路電流的熱效應(yīng)和機械效應(yīng)會直接損壞電氣設(shè)備， 電壓下降會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)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性遭受破壞，引起系統(tǒng)振動，直接使整個系統(tǒng)瓦解。所以各種形式的短路是故障中最常見，危害最大的。 所謂異常運行狀態(tài)是指系統(tǒng)的正常工作受到干擾，使運行參數(shù)偏離正常值。例如，長時間的過負(fù)荷會使電氣元件的載流部分和絕緣材料的溫度過高，從而加速設(shè)備的絕緣老化，或損壞設(shè)備。 故障的異常運行情況若不及時處理或處理不當(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)繼電保護就是裝設(shè)在每一個電氣設(shè)備上，用來反映它們發(fā)生和異常運行情況，從而動作于短路器挑閘或發(fā)出信號的一種有效的反事故的自動裝置。 繼電保護的任務(wù) （ 1）當(dāng)被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時 ,應(yīng)該由該元件的繼電保護裝置迅速準(zhǔn)確地給距離故障元件最近的開關(guān)發(fā)出跳閘命令 ,使故障元件及時從電力系統(tǒng)中斷開 ,以最大限度地減少對電力元件本身的損壞 ,降低對電力系統(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)備運行維護條件的不同 (例如有無經(jīng)常值班人員 )發(fā)出信號 ,以便值班人員進行處理 ,或由裝置自動地進行調(diào)整 ,或?qū)⒛切├^續(xù)運行而會引起事故的電氣設(shè)備予以切除。反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護裝置容許帶一定的延時動作。 繼電保護的特點 電力系統(tǒng)各元件之間通常用斷路器 DL 互相連接，每臺斷路器都裝有相應(yīng)的繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究 7 繼電保護裝置，可以向斷路器發(fā)出跳閘脈沖。實踐表明，繼電保護裝置或斷路器有拒絕動作的可能性，因而需要考慮后備保護。實際上，每一電氣元件一般都有兩種保護裝置；主保護和后備保護，必要時還另外增設(shè)輔助保護。 主保 護：反應(yīng)被保護元件自身的故障并以盡可能短的延時，有選擇性的切除故障的保護稱為主保護。 圖 21 后備保護的構(gòu)成結(jié)構(gòu) 后備保護：當(dāng)主保護拒動時起作用，從而動作于相應(yīng)斷路器以切除故障元件。后備保護分近后備和遠(yuǎn)后備兩種：主保護拒動時，由本元件的另一套保護實現(xiàn)后備；或當(dāng)本元件斷路器拒動時，由本站裝設(shè)斷路器失靈保護動作，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)主保護或其斷路器拒動時，由相鄰元件或線路的保護實現(xiàn)后備的，叫遠(yuǎn)后備。 輔助保護：為補充主 保護和后備保護的不足，而增設(shè)的較簡單的保護，稱輔助保護 [2]。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究 8 3 繼電保護的基本要求 繼電保護裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的基本要求。 選擇性 選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護切除故障 ,當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護或斷路器拒動時 ,才允許由相鄰設(shè)備保護、線路保護或斷路器失靈保護切除故障。 為保證對相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護和同一保護內(nèi)有配合要求的兩元件 (如啟動與跳閘元件或閉鎖與動作元件 )的選擇性 ,其靈敏系數(shù)及動作時間 ,在一般情況下應(yīng)相互配合。 圖 31 電網(wǎng)保護選擇性動作 速動性 速動性是指保護裝置應(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，提高自動重合閘和備用電源或備用設(shè)備自動投入的效果等。一般從裝設(shè)速動保護 (如高頻保護、差動保護 )、充分發(fā)揮零序接地瞬時段保護及相間速斷保護的作用、減少繼電器固有動作時間和斷路器跳閘時間等方面入手來提高速動性。 在設(shè)計保護時主保護的動作時間，一般需要經(jīng)過系統(tǒng)穩(wěn)定計算來確定，也可由電力系統(tǒng)的有關(guān)部門提供。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究 9 目前常 用的無時限整套保護的動作時間為： 帶方向或不帶方向的電流電壓速斷保護裝置 。 各型距離保護裝置 ； 高頻保護裝置 ； 線路橫差或縱差保護裝置 ； 元件縱差保護裝置 靈敏性 靈 敏性是指在設(shè)備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時 ,保護裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù) ,各類保護的最小靈敏系數(shù)在規(guī)程中有具體規(guī)定。 可靠性 可靠性是 指 在 保護 裝置規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該反應(yīng)的故障時，保護裝置應(yīng)可靠的動作；而在不屬于該保護動作的其他任何情況下，則不應(yīng)該動作。為保證可靠性，應(yīng)采用有可靠元件和簡單的接線構(gòu)成的性能良好的保護裝置，并應(yīng)采用必要的檢驗、閉鎖和自診斷的措施。 上述四點基本要求是互相聯(lián)系又相互矛盾的，是分析研究各種繼電保護裝置的基礎(chǔ)。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究 10 4 繼電保護的分類 （ 1）電流速斷保護：故障電流超過保護整定值無時限（整定時間為零），立即發(fā)出跳閘命令。 （ 2）電流延時速斷保護：故障電流超過速斷保護整定值時，帶一定延時后發(fā)出 跳閘命令。 （ 3）過電流保護：故障電流超過過流保護整定值，故障出現(xiàn)時間超過保護整定時間后發(fā)出跳閘命令。 （ 4）過電壓保護：故障電壓超過保護整定值時，發(fā)出跳閘命令或過電壓信號。（ 5）低電壓保護：故障電壓低于保護整定值時，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，有選擇性跳開規(guī)定好的不重要負(fù)荷。 （ 7）單相接地保護：當(dāng)一相發(fā)生接地后對于接地系統(tǒng)，發(fā)出跳閘命令，對于中性點不接地系統(tǒng)，發(fā)出接地報警信號。 （ 8）差動保護：當(dāng)流過變壓器、中性點線路或電動機繞組，線路兩端電流之差變化超過整定值 時，發(fā)出跳閘命令稱為縱差動保護，兩條并列運行的線路或兩個繞組之間電流差變化超過整定值時，發(fā)出跳閘命令稱橫差動保護。 （ 9）距離保護：根據(jù)故障點到保護安裝處的距離（阻抗）發(fā)出跳閘命令稱為距離保護。 （ 10）方向保護：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。 （ 11）高頻保護：利用弱電高頻信號傳遞故障信號來進行選擇性跳閘的保護稱為高頻保護。 （ 12）過負(fù)荷：運行電流超過過負(fù)荷整定值（一般按最大負(fù)荷或設(shè)備額定功率來整定）時，發(fā)出過負(fù)荷信號。 （ 13）瓦斯保護：對于油浸變壓器，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生匝