【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來 ,即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化?，F(xiàn)在微機(jī)保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)開始實(shí)施 ,但是 它還處于起步階段 ,要實(shí)現(xiàn)我國(guó)微機(jī)保護(hù)的全面網(wǎng)絡(luò)化 ,還需要廣大繼保人員的不懈努力。 (三 )使用人工智能 (AI)、自適應(yīng)控制算法等先進(jìn)手段。人工智能技術(shù) (如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ANN 等 )被廣泛地應(yīng)用于求解非線性問題 ,較之于傳統(tǒng)方法有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。眾所周知 ,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是一種普遍的離散控制 ,分布于系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中 ,而對(duì)系統(tǒng)狀態(tài) (正常或事故 )進(jìn)行判斷 ,即狀態(tài)評(píng)估 ,是實(shí)現(xiàn)保護(hù)正確動(dòng)作的關(guān)鍵。由于 AI 的邏輯思維和快速處理能力 ,AI 已成為在線狀態(tài)評(píng)估的重要工具 ,越來越多地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的多個(gè)方面中 ,特別 是繼電保護(hù)方面 ,其在控制、管理及規(guī)劃等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。自適應(yīng)繼電保護(hù)的概念始于20 世紀(jì) 80 年代 ,它被定義為能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或定值的新型繼電保護(hù) ,其基本思想是使保護(hù)能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化 ,進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。自適應(yīng)繼電保護(hù)具有改善系統(tǒng)的響應(yīng)、增強(qiáng)可靠性和提高 經(jīng)濟(jì) 效益等優(yōu)點(diǎn) ,因此 ,如今在輸電線路的距離保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和自動(dòng)重合閘等領(lǐng)域有著廣泛的 應(yīng)用。 繼電保護(hù)發(fā)展的關(guān)鍵 從技術(shù)方面看，長(zhǎng)期以來，繼電保護(hù)的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性一直是繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 制造、應(yīng)用的指導(dǎo)思想。滿足了這 “ 四性 ” ，人們往往會(huì)樂觀地認(rèn)為繼電保護(hù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)不可逾越的水平。其實(shí)任何技術(shù)都不可能是終 結(jié)性的，微機(jī)保護(hù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)也不例外。最近幾年國(guó)內(nèi)的微機(jī)保護(hù)技術(shù)沒有太多的突破，很大程度上與 “ 我們的功能足夠用戶使用 ” 這樣的思想有關(guān)。繼電保護(hù)及自動(dòng)化技術(shù)還有沒有發(fā)展的余地 ?我們來看一下一下 AREVA 公司的一些最新技術(shù)。 （ 一 ） AREVA 在微機(jī)保護(hù)裝置的硬件 方面的一項(xiàng)技術(shù)革新是，在其 MiCOM 系列微機(jī)保護(hù)裝置的開關(guān)量輸入回路中采用了最新的數(shù)字光耦技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)的模擬光耦相比，由于采用了間隙導(dǎo)通技術(shù)，大大減少了裝置發(fā)熱，提高了抗干擾性，已在英國(guó)申請(qǐng)了專利。 （ 二 ） 分布式母差保護(hù)的主單元和分布的測(cè)量單元之間采用光纖連接，從而大大減小了電纜的長(zhǎng)度，是未來母差保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)， ABB、 SIEMENS， AREVA 都向市場(chǎng)推出了各自的產(chǎn)品，全世界很多客戶也已經(jīng)接受了這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)。 (三 )距離保護(hù)的特點(diǎn)是快速， AREVA 的 MiCOM 系列中的 P443 快速距 離保護(hù)將距離保護(hù)的動(dòng)作速度提高到極至，一段的動(dòng)作時(shí)間最快為 14ms，最慢為 19ms。P443 有望成為最快的微機(jī)距離保護(hù)。 與此同時(shí)， AREVA 也在探索今后 10 年微機(jī)保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。如基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集中式微機(jī)保護(hù)，大量的傳統(tǒng)導(dǎo)線將被光纖取代，傳統(tǒng)的繁瑣調(diào)試維護(hù)工作將轉(zhuǎn)變?yōu)闄z查網(wǎng)絡(luò)通信是否正常，這些技術(shù)，今天很多用戶會(huì)覺得 “ 不可靠 ” 。但20 年前，客戶也是這樣評(píng)價(jià)微機(jī)保護(hù)的。無論如何，網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，在微機(jī)保護(hù)上也不例外。 第 4 章 繼電保護(hù)的未來發(fā)展 繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化， 智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。 隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了 3 個(gè)發(fā)展階段：從 8 位單 CPU 結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到 5 年時(shí)間就發(fā)展到多 CPU 結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8 位 CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的 32 位微機(jī)保護(hù)。 南京電力自動(dòng)化研究院一開始就研制了 16 位 CPU 為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，已得到大面積推廣，目前也在研究 32 位 保護(hù)硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過了多次改進(jìn)和提高。天津大學(xué)一開始即研制以 16 位多 CPU 為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)， 1988 年即開始研究以 32 位數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)為基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測(cè)量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的 32 位大模塊，一個(gè)模塊就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。采用32 位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁?A/D 轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過16 位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是 32 位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的 尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。 CPU 的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是 32 位的，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存 (Cache)和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成在 CPU 內(nèi)。 電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(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。 2. 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)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，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［ 6］，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，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)。 3. 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，而且在無故