单位文秘网 2021-10-15 08:10:54 点击: 次
摘要:随着科学技术的不断发展,计算机已渗透到了世界每个角落。电力系统也不可避免地进入了微机控制时代,变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统,已成为当前电力系统发展的趋势。未来继电保护技术发展的趋势是:计算机化,网络化,保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。
关键词:变电站 继电保护 信息技术
变电站是把一些设备组装起来,用以切断或接通、改变或者调整电压。在电力系统中,变电站是输电和配电的集结点。变电站是电力系统中具有变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压等职能的基本单元,它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站主要分为:升压变电站,主网变电站,二次变电站,配电站。变电站起变换电压作用的设备是变压器,除此之外,变电站的设备还有开闭电路的开关设备,汇集电流的母线,计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等,有的变电站还有无功补偿设备。变电站的主要设备和连接方式,按其功能不同而有差异。变电站继电保护装置是安全装置,当被保护元件发生故障时,自动、迅速、有选择地将故障部分从电力系统切除,以保证其余部分恢复正常运行,并使故障元件免于继续受损害。因此,提高变电站继电保护技术和管理是我国电力建设高速发展的重要组成部分之一,也是安全用电的基本保障。随着科学技术的不断发展,计算机已渗透到了世界每个角落。电力系统也不可避免地进入了微机控制时代,变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统,已成为当前电力系统发展的趋势。本文就信息技术在变电站继电保护中的应用作一些初步的探讨。
一、继电保护发展及现状
我国电力系统的发展对继电保护不断提出新的要求,继电保护随着电子技术、计算机技术与通信技术的发展在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。
第一阶段是建国后至60年代中的机电式继电保护时代。我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有,在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代,我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术,建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍,对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
第二阶段是晶体管继电保护时代。60年代中到80年代中,我国晶体管继电保护取代机电式继电保护得到蓬勃发展和广泛采用。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kv晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护,运行于葛洲坝500kv线路上,结束了500kv线路保护完全依靠从国外进口的时代。
第三阶段是集成电路继电保护时代。从70年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列,逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位。其中南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用。
第四阶段是计算机继电保护时代。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究,高等院校和科研院所起着先导的作用。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上新的一页,为微机保护的推广开辟了道路。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
二、变电站微机继电保护的优点
随着信息技术的广泛应用,我国变电站继电保护已逐步进入微机时代。从已用情况来看,继电微机保护具有如下优点:
1.改善和提高了继电保护的动作特征和性能,动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分析保护;可引进自动控制、新的数学理论和技术如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等,其运行正确率很高也已在运行实践中得到证明。
2.可以方便地扩充其他辅助功能如故障录波、波形分析等;可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。
3.工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用,制造容易统一标准;装置体积小,减少了盘位数量;功耗低。
4.可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响,不易受元件更换的影响;且自检和巡检能力强,可用软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。
5.使用灵活方便,人机界面越来越友好。其维护调试也更方便,从而缩短维修时间;同时依据运行经验,在现场可通过软件方法改变特性、结构。
6.可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能,与变电站微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。此优点为无人变电站的正常运转提供了可靠保障。
三、变电站继电保护的计算机化和网络化
随着微机保护装置的应用普及,继电保护二次系统的自动化水平得到不断提高。许多由人工处理的模拟信息转化为大量的数字信息,而技术管理人员也有许多用计算机实现的资料和试验记录文档。信息的数字化使得我们可以将不同的数据源有机地结合起来,形成一个专业化的计算机应用系统。通过综合分析数据,对设备实际运行状况加强了解,消灭故障隐患,进一步保障系统安全运行。如由变电站继电保护技术人员完成的二次设备事故分析、缺陷记录分析、各保护装置运行状况分析等,可以通过计算机系统给其他部门共享查询。
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱,使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域,也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止,除了差动保护和纵联保护外,所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件,缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念,这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务),还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据,各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作,确保系统的安全稳定运行。显然,实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来,亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统保护,实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多,则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间,也取得了一定的成果,但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应,必须获得更多的系统运行和故障信息,只有实现保护的计算机网络化,才能做到这一点。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性,这是微机保护发展的必然趋势。
四、变电站继电保护的保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下,保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机,是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据,也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此,每个微机保护装置不但可完成继电保护功能,而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能,亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。
目前,为了测量、保护和控制的需要,室外变电站的所有设备,如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资,而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置,就地安装在室外变电站的被保护设备旁,将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后,通过计算机网络送到主控室,则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质,还可免除电磁干扰。现在光电流互感器和光电压互感器已研究成功并在电力系统中得到应用。在采用光互感器的情况下,保护装置应放在距光互感器最近的地方,亦即应放在被保护设备附近。光互感器的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后,一方面用作保护的计算判断;另一方面作为测量量,通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置,由此一体化装置执行断路器的操作。
五、变电站继电保护的智能化
近年来,人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法,很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题,应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题,距离保护很难正确作出故障位置的判别,从而造成误动或拒动;如果用神经网络方法,经过大量故障样本的训练,只要样本集中充分考虑了各种情况,则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。
总之,随着电力系统的高速发展和信息(计算机)技术、通信技术的进步,变电站继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为:计算机化,网络化,保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化,这对继电保护工作者提出了艰巨的任务,也开辟了活动的广阔天地。
参考文献:
[1]贺家李《电力系统继电保护技术的现状与发展》中国电力,1999,32(10):38—40
[2]曾庆禹《变电站自动化技术的未来发展》电力系统自动化,2000,24(18):1—4.
[3]周广全《变电站继电保护系统中信息管理技术的应用》中国集体经济 2007年12期
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