继电保护技术在电力系统中发展的现状与发展趋势

解晓东　王凌飞　夏晓聪

摘要：对我国目前推行的电力系统继电保护相关技术分析的具体情况和其整体发展趋势进行了简要的阐述，主要是研究未来继电保护技术的核心和关键技术，核心技术即计算机和微处理器，关键技术则是图像显示、自动控制、计算机、系统等。为电力系统继电保护产品具有高度的智能化，需要将上述技术运用于这些产品中，并使其发展为信息工业领域中不可或缺的一部分。其将来的核心发展方向必然是系统一体化、网络智能化和数字虚拟化。

关键词:继电保护技术；电力系统；发展趋势

1继电保护技术相关发展情况

因电力系统不断进步，继电保护技术地位也逐渐提升，并且要求也越来越高，而其在发展过程中也因其核心技术的进步拥有了崭新的活力。总体来说，继电保护技术主要包含以下几个发展阶段：

新中国成立以来，开始根本没有继电保护的相关理念，与此同时，也没有继电保护设计和关于继电设备等工业企业，但在之后的十年当中，在技术人员的不断努力之下赶上了国外50年的发展。20世纪中期，我国大力注重培养技术人才，并将这些国家人家送往海外，目的是让我国也能对世界上的继电保护设备的相关特性和一些核心技术进行研究与效仿。

1960年到1980年间的20年，晶体管继电保护技术推广开来，并逐步渗透到各个行业当中。在70年代已经初步对部分基础的电路维护进行分析以及研究了，其主要的研究基础就是利用集成运算放大器的相关理论技术。之后十年，完整的集成电路维护体系已经实现，并且逐渐占据主导地位。

九十年代开始因社会发展的需要，对基础电路保护的研究进行了大量的投入，同时成果也十分显著。此时，市场上存在着多种原理生产的以及各种型号的微机线路以及主要设备保护，因此，电力系统可以选择高性能、多功能以及可靠性高的继电保护设备。与此同时，维护软件和相关算法也在这个过程中得到了显著优化、改良。总的来说，继90年代之后，我国的继电保护相关技术已经初步迈进微机保护阶段，是一次大的进步。

2继电保护技术的大体发展趋势

2.1数字化

因为先期的互联网技术取得了大发展，给微机保护技术奠定了坚实的基础，所以，微机保护技术也得以进步。因为社会需求量正在逐步提升，因此，在电力系统对微机保护方面，不仅是一次机会，更是一次大的挑战，因为只有达到高要求，才能赢得消费市场。与此同时，其类似于PC机的功能还得不断改进，使得它可以对众多的故障信息和相关数据进行合理、有效的存储，另外，对核心数据进行处理时，必须保障通信功能能够正常使用。当前市场上的DigiProII系列的综合数字式的相关设备都包含此功能，主要在110KV及以下的电网中使用，是用来测量、保护、掌控以及监视相关输电线路和变压器、电动机等。为了使其可以方便的在一次设备中进行配备，运用了单元化的设计思路。其现场总线接口都是按照国家标准进行制造的，能够进行多节点同时工作，并且可以提供高质量的管理以及信息共享。这个设备现在包含PLC功能，利用的是先进的ISP技术和元件—工程—用户三级可编程的相关模式，进而使得二次方案能够完美地实现。综上所述，DigiProII系列数字式综合保护设备市场前景非常好。

2.2多功能一体化

保护设备是电网中的智能终端，其功能相当于高性能的计算机。电力系统在工作以及出现故障时产生的一切信息以及数据都能够通过保护设备由网上下载，并且也能够将其保护过程中产生的一些信息及数据传输至网控中心以及所有终端。所以，微机保护设备不只是能完成继电保护的基本使用功能，还能在电力系统正常维护中完成检测、掌控和基本通信的功能，而维护、检测、掌控以及数据通信一体化也能够实现。目前市场上存在的多功能一体的电力监控系统为JCS变电站综合保护系统(3.0版)，可以实现维护、监控、通信以及采集数据、故障分析等功能。这个系统完美地把互联网技术、场总线技术以及继电保护技术结合在一起，不仅使得功能正常使用，更是一次技术突破。它的主要构造为分层分布式结构，具体为：主站、系统以及子站系统与设备层。使用者可以依照工作环境对其配置方法进行灵活的选择。IEC60870—5—103协议也适用于该系统，并且PROFIBUS，MODBUS等标准同样适用，同时距离较远的变电站之间的信息管理系统也能够运用多节点网络连接形式产生。该系统是利用MS—Windows系统去完成软件部分的，当前最好的编程语言为使用率高的C++，并且将其与SQL Server数据系统结合在一起，其设计原则是开发性高、模块化以及高可靠性、容易维护等，最后的根本目标就是能够设计出具有强大功能，易操作，高效率运作的任意扩展的系统。

2.3网络化

保护设备已基本实现联网，同时三维多媒体技术也逐步引入维护设备中，究其原因是测量装置高度的自动化与智能化。另外，如果现场总线技术可以取得大发展，必能使得保护设备直接可以连网作业。如今，基于现场总线的FCS的市场地位迅速提升，将会替代DCS在控制系统领域的地位，同时在控制领域也引入了Internet与Intranet技术，在企业的生产管理以及营销等方面也运用了网络化系统。利用网络，保护设备使用者之间在不同的地方即可实现信息互换，完成实时交流，并且实现维护设备的故障诊断，也可以指导使用者进行设备的维修、新设备数据的优化以及相关软件的升级。为了适应市场的需求，许多仪器生产公司都在研发新型网络化智能测量装置，而具有代表性的便是美国P&SDataCom公司生产的通用网络通信控制器芯片——WebChipTM，该芯片使用方便，价格低廉并且功能强大，同时能够连网，它是美国P&SDataCom公司经过多年的探索才研发出来的。随着微机维护设备的产生，使得其维护性能和高效性实现了大突破。

2.4智能化

现阶段，微处理器和人工智能技术的进步发展与利用时继电保护设备智能化的相关基础。目前，因微电子技术的快速发展，在继电保护产品中开始逐步融入了微处理（控制）器、DSP以及相应的嵌入式软件，因此，仪器仪表的数字化、智能化的程度逐步提升。美国所提出的“DSPC”的理念则是高度智能化的标志，它的核心部分是DSP芯片，混合信号电路、元件、ASIC电路与开发工具则构成它的辅助部分。当前DSP生产精度也正逐步提升，由原先的0.35μm逐步提升至0.25μm、0.18μm、0.13μm，并且于05年得到质的飞跃，精确高达0.075μm。预计到2010年，DSP将会拥有目前11倍的集成度，那时将会把5亿只晶体管集成至一个芯片上。

当前，继电保护产品为了设计成智能一体化以及拥有更多强大的功能，则需要添加更多的如表面贴装技术(SMT)、圆片规模集成(WSI)、多芯片模块(MCM)以及超大规模集成(VLSI)的新器件的新工艺和CAD、CAM、CAPP、CAT等辅助技巧。和传统产品对比，当前的新智能继电保护产品更具优势，特别是精细度、灵敏度、高度自动化以及性价比等方面。MM1系列智能保护设备适用环境为110KV及以下的电网中，主要用来维护、测量、控制和监视输电线路以及相关的变压器、电动机等。为了使其可以方便的在一次设备中进行配备，运用了单元化的设计思路。可以见得，在继电保护领域里，如果将人工智能技术的地位提高，那么就能够解决以前不能解决的问题。

2.5虚拟化

虚拟现实的相关技术的合理利用为继电保护设备虚拟化的产生提供便利的条件。所谓的虚拟现实技术是通过计算机模拟现实中的环境，让使用者能够身临其境，使客观事物都能够存在于这一虚拟环境中，从而使设计者能够更好的进行创新。虚拟仪器是利用虚拟现实技术而设计出来的产品，因为这个仪器功能强大，所以即使在多复杂多变的体系里也能高效使用，与传统仪器不同，虚拟仪器主要靠软件完成测量，通过相应的软件和少量的硬件以及PC机就可以显示出和传统仪器类似的显示面板，并且能够利用数据以及键盘对显示面板上的虚拟按钮等进行控制，从而实现各种功能，而且可以利用面板上的显示屏等将测量的结果显示以及打印出来。总的来说，继电保护虚拟化的出现将会是未来的继电保护技术发展的一个核心发展趋势。

3 结束语

当前，我国的核心电力系统继电保护技术共包含四大主要阶段。继电保护技术会因为电子系统、互联网技术以及通信技术的迅速发展而实现自身的迅速发展。我国将来的继电保护技术的将包含核心和关键技术，核心技术即计算机和微处理器，关键技术则由图像显示、自动控制、计算机、系统等构成。其将来的核心发展方向必然是一体化、网络化、数字化、智能化和虚拟化。endprint