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机电一体化继电器保护探讨

摘要:只有不断提高继电器保护技术,才能适应快速发展的电力系统。继电器保护技术的发展以机电一体化技术的进步为基础,电子、计算机及通信技术的日益发展有效地促进了继电器保护技术的提高。本文回顾了机电一体化的继电器保护技术发展历史,并对它的发展趋势进行了展望。

关键词:机电一体化;继电器保护;计算机化;网络化;智能化

继电器在电力系统中发挥着重要作用,其在电路中可以进行自动调节、电路转换及安全保护。因此,高度重视继电器保护技术的应用十分重要。

1机电—体化中继电器保护的历史发展

电力系统经常会受到多种因素的影响而发生短路,电器设备各种异常现象的出现都能使电力系统停止运行,因此做好继电器保护是非常重要的。新中国建立后,我国开始了继电器保护学科、设计、制造工业及人才队伍的建设,经过10年左右的发展,完成了先进国家大约50年的前进历程。在50年代时,我国的相关技术人才已经能够彻底掌握运用国外前沿的继电器保护技术,拥有的继电器保护人才队伍具备高深的理论水平及丰富的实践经验[1]。阿城继电器厂进口并掌握了国外尖端的继电器生产技术,是我国继电器制造业的开端。到了60年代中期,我国已拥有了继电器保护相关的科研、设计、生产、应用及教学这样完整的体系。当时称得上是机电式继电器保护发展的黄金时代,为继电器保护技术在我国的发展打下了良好的基础。在50年代底,我国开始进行晶体管继电保护的研究,从60年代中期至80年代中期,晶体管继电保护发展良好并得到广泛应用。天津大学和南京电力自动化设备厂共同开发了500kV的晶体管方向高频保护,南京电力自动化研究院开发了晶体管高频闭锁距离保护,并且在葛洲坝500kV线路得到应用,自此,我国500kV线路的保护就不必依靠进口了。集成运算放大器应用到的集成电路保护于70年代中期进行研发,在80年代底具有了完整的系列,并慢慢代替了晶体管保护。开发、制造与应用集成电路保护在90年初开始几年仍然居主导地位。这其中有代表性的是南京电力自动化研究院开发的集成电路工频变化量方向高频保护。天津大学和南京电力自动化设备厂共同开发了在不少220kV及500kV线路广泛应用的集成电路相电压补偿式方向高频保护。计算机继电保护在7O年代底进行研究,高等院校与科研院所是研究的主力军。华中理工大学、华北电力学院、东南大学、西安交通大学、上海交通大学、重庆大学、天津大学及南京电力自动化研究院等开发出了各自原理不同、型式不同的微机保护装置。首先通过鉴定的是原华北电力学院于1984年开发的输电线路微机保护装置,并被应用于系统,我国的继电器保护由此翻开了新的篇章,也为普及微机保护奠定了基础。1989年、1994年,东南大学与华中理工大学开发的发电机失磁保护、发电机保护及发电机-变压器组保护先后经过鉴定,并应用于主设备的保护。1991年,南京电力自动化研究院开发的微机线路保护装置得到鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂共同开发的微机相电压补偿式方向高频保护于1993年鉴定成功,西安交通大学与许昌继电器厂共同开发的正序故障分量方向高频保护于1996年鉴定成功。机型各不相同的微机线路及主设备保护所依据的原理并不一样,各有优势,性能都较好,功能也多,安全性高[2]。在进行微机保护装置开发的同时,也推动了微机保护软件与算法等的理论研究。从90年代起,我国的继电器保护技术开始以微机保护为主导。

2机电一体化的继电器保护的发展趋势

机电一体化的继电器保护技术必定会伴随着社会的进步,朝更加先进的方向不断更新。2.1计算机化。计算机硬件发展非常快,微机保护硬件同样也持续进步。电力系统要求微机保护技术必须越来越先进,除了基本的保护作用之外,还要能够长期存放大容量的故障信息及数据,能够高速处理数据,通信功能较强,能够和另外的保护、控制装置与调度进行联网来互通系统数据及网络资源,能够进行高级语言的编程,因此,微机保护装置应该实现PC机的功能。计算机保护的起始阶段,即使小型计算机,成本也比较高,并且体积较大,可靠性不大,所以无法转为继电保护装置。而现今,与微机保护装置体积一样的工控机在功能、速度及容量等方面都非常先进,故而,继电保护装置就能以成套工控机来实现,这会成为未来微机保护的一种趋势。天津大学开发出一种结构与微机保护装置一样的工控机作为继电保护器,优势表现为:功能与PC机一样,可以实现微机保护的性能;体积与构造类似于微机保护装置,有精良的工艺,能够强大地防震、防过热及防电磁干扰,在比较恶劣的环境里也能工作;使用的是STD总线,也可以是PC总线,有模块化的硬件,可方便地选择不同的模块进行各种保护,配置比较灵活,扩展也方便。微机化与计算机化是继电保护器发展的必然趋势,然而必须注意使之与电力系统的要求更加适应,能够更加可靠的进行继电保护,可以实现经济及社会效益的最大化[3]。2.2网络化。在信息时代,计算机网络承载着信息与数据通信的重要作用,有效地促进了人类生产活动的进步,给人们的生活提供了便利,同时,也为工业各个领域带来了改变,成为工业领域普遍的通信方式。差动保护及纵联保护除外,全部的继电保护装置只局限于对保护安装处的电气量做出反应,其功用也是对发生故障的元件进行切除,减小事故波及的范围,此种情况的原因主要在于没有功能强大的数据通信方式。其它国家很早就出现了系统保护的提法,这主要是针对安全自动装置而言。继电保护的首要作用是对故障元件进行切除使事故限定于较小的范围,但还必须能够保障系统进行安全稳定的运行。所有的保护单元对全系统运行及故障的信息都应可以共享,并且通过对信息数据的处理,能够与重合闸装置进行协调,以此为系统安全及稳定运行提供保障。进行系统保护的前提是微机保护装置需要实现网络化,也就是应利用计算机网络把全系统所有主要设备的保护装置连接在一起。2.3保护、控制、测量及数据通信一体化。继电器保护进行计算机化及网络化之后,保护装置已经相当于一台性能好、功能全的计算机,作为电力系统计算机网络中的一个智能终端,电力系统工作及故障的相关信息数据都能被它在网上轻易获取,在取得被保护元件的任何相关信息数据后,它也可传输到网络控制中心与任何一个终端。微机保护装置不只具有继电保护的功能,同时,在正常工作时也能够进行测量、控制及数据通信,也就是达到保护、控制、测量及数据通信一体化[4]。2.4智能化。电力系统的不同领域目前都较多地应用了人工智能技术,像神经网络、遗传算法、进化规划及模糊逻辑等,继电保护方面对人工智能技术的应用也进行了研发。神经网络采取非线性映射方法,可有效解决不易列出方程式的非线性问题,也能处理难以求解的复杂非线性问题。在输电线两侧系统电势角度进行摆开的时候,经过渡电阻产生短路,对于这样的非线性问题,距离保护因不能进行故障位置识别,会引发误动或拒动,而如果采取神经网络,在进行很多故障样本训练后,只要样本对不同状况考虑得比较全面,那么就能识别任何故障。遗传算法与进化规划等也各有分析复杂问题的优势。结合运用人工智能方法更可加快求解速度。1996年,天津大学就已开始对神经网络式继电保护展开了研发。继电保护领域在未来的发展中,必定会高度重视人工智能技术的应用,充分发挥其处理疑难问题的优势。

3结束语

电力系统发展迅速,计算机及通信技术也突飞猛进,机电一体化控制的继电器保护技术必须加快技术进步与更新。计算机化,网络化,保护、控制、测量及数据通信一体化及智能化是继电器保护技术发展的大势所趋。继电保护工作者应发挥聪明才智,加大研发力度,进行技术创新。

参考文献:

[1]揭春仔,郑人川.论电力系统继电保护的作用及发展趋势[J].工程技术研究,2017(7):90-91.

[2]赵芳谊.电力系统继电保护技术的现状与发展的未来趋势[J].白城师范学院学报,2016(8):74-76+82.

[3]钟华,朱民茂.电力系统继电保护新技术的发展与分析[J].科学技术创新,2017(32):145-146.

[4]曹美.电气自动化系统中继电保护的安全技术分析[J].南方农机,2017,48(18):90.

作者:陈振成 单位:广西壮族自治区技工教育研究室

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