电力系统继电保护技术的现状与发展.doc

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1、毕 业 论 文（设 计）论文（设计）题目： 电力系统继电保护技术的现状与发展 所属系别 专业班级 姓名 学号 指导教师 撰写日期 2012 年 12 月10摘 要在电力系统中，继电保护技术对电力系统的安全有效运行影响重大，要确实保证电力系统的正常使用，就要在保护措施上做好工作，而继电保护是其中最主要，最有效的方式。因此，为保障电力系统的安全运行，必须对继电保护有一定的了解，才能有效使用。本文主要对继电保护进行概述，并对继电保护的作用意义和装置使用及维护，以及其技术发展前景进行分析。关键词：继电保护；作用；组成；现状；发展AbstractIn power system, relay protec

2、tion technology of power system safe and effective operation of significant effect, to ensure the normal use of electric power system, it is necessary to protect measures to do a good job, and the relay protection is one of the most important, the most effective way to. Therefore, in order to guaran

3、tee the safe operation of power system relay protection, must have certain understanding, to efficiently use.This paper mainly on relay protection are summarized, and the role of relay protection significance and device use and maintenance, as well as its technical development prospects analysis.Key

4、 words：Relay protection; present situation; development effect; composition;目 录引言11 继电保护的认识11.1 继电保护的概述11.2 继电保护的意义11.2.1 保障电力系统的安全、正常运转21.2.2 消除电力故障21.3 继电保护的组成22 继电保护发展的现状23 电力系统中继电保护的配置与应用33.1 继电保护装置的任务33.2 继电保护装置的基本要求33.3 保护装置的应用54 电力系统继电保护技术的发展趋势54.1 计算机化管理54.2 网络微机保护的发展64.3 各种数据融于一体化74.4 人工智能加

5、强75 总结7参考文献9致谢10引言电力系统在生产过程中，伴随着各类故障，而在发生故障时往往会造成很严重的后果。例如：电力系统电压大幅度下降，电气设备无法正常工作。或者故障处有很大的短路电流，产生的电弧烧坏了电气设备。还可能破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统震荡甚至使整个系统失去稳定而解列瓦解。所以，如何防止故障的发生对整个电力系统就显的尤为重要。因此，通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续的供电的继电保护装置就成为了电力系统中的重要一环。继电保护装置是电力系统的重要组成部分。对保证电力系统的安全经济运行，防止事故发生和扩大起到关键性的决定作用。

6、由于电力系统的特殊性，电气故障的发生是不可避免的。一旦发生局部电网和设备事故，而得不到有效控制，就会造成对电网稳定的破坏和大面积停电事故。现代化大电网对继电保护的依赖性更强，对其动作正确率的要求更高。1 继电保护的认识1.1 继电保护的概述“继电”源于继电器（Relay）。最早诞生的继电器是电磁型过电流继电器。在正常情况下，其触点是打开的。当输入电流大于预先设定的动作电流（称为整定值）时，其触点将闭合（启动）。只有当输入电流减小到小于返回电流时，继电器触点才重新打开（返回）。返回电流小于启动电流。无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。

7、继电保护（Relay Protection）泛指能反应电力系统中电气设备发生的故障（如短路、断线）或不正常运行状态（如过负荷），并动作于相应断路器跳闸或发出告警信号的一种自动化技术和装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。1.2 继电保护的意义当电力系统的被保护元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，防止故障范围扩大，以保证无故障部分继续保持正常运行，并使故障元件免于继续遭受损害；当电力系统的被保护元件出现异常运行状态时，继电保护装置应能及时反应，根据运行维护条件，向

8、运行值班人员发出声光报警、图文信息等警告信号。此时一般不要求保护系统迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度设定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的错误动作。1.2.1 保障电力系统的安全、正常运转因为当电力系统发生故障或异常时，继电保护可以实现在最短时间和最小区域内，自动从系统中切除故障设备，也可以向电力监控警报系统发出信息，提醒电力维护人员及时解决故障，这样继电保护不仅能有效的防止设备的损坏，还能降低相邻地区供电受连带故障的机率。同时还可以有效的防止电力系统因种种原因，而产生时间长、面积广的停电事故，是电力系统维护与保障最实用最有效的技术手段之一。1.2.2 消除电力故障不

9、仅确保社会生活和经济的正常运转，还从一定程度上保证了社会的稳定，人们生命财产的安全。前些年北美大规模停电断电事故，就造成了巨大的经济损失，引发了社会的动荡，严重的威胁到了人们生命财产的安全。可见，电力系统的安全与否，不仅仅是照明失效的问题，更是社会安定、人们生命安全的问题。所以，继电保护的有效性，就给社会各方面带来了重大的影响。1.3 继电保护的组成继电保护的组成一般由测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分和执行部分组成。2 继电保护发展的现状 上世纪60年代到80年代是晶体管继电保护技术蓬勃发展和广泛应用的时期。70年代中期起，基于集成运算放大器的集成电路保护投入研究，到80年代末集成电路保护

10、技术已形成完整系列，并逐渐取代晶体管保护技术，集成电路保护技术的研制、生产、应用的主导地位持续到90年代初。与此同时，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，相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原东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。在主设备保护方面，关于发电机失磁保护、发电机保护和发电机变压器组保护、微机线路保护装置、微机相电压补偿方式高频保护、正序故障分量方向高频保护等也相继通过鉴定，至此，不同原理、不同机型的微机线路保护装置为电力系

11、统提供了新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，此时，我国继电保护技术进入了微机保护的时代。目前，继电保护向计算机化、网络化方向发展，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化对继电保护提出了艰巨的任务，也开辟了研究开发的新天地。随着改革开放的不断深入、国民经济的快速发展，电力系统继电保护技术将为我国经济的大发展做出贡献。3 电力系统中继电保护的配置与应用 3.1 继电保护装置的任务 继电保护主要利用电力系统中原件发生短路或异常情况时电气量（电流、电压、功率等）的变化来构成继电保护动作。继电保护装置的任务在于:

12、在供电系统运行正常时，安全地。完整地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行依据；供电系统发生故障时，自动地、迅速地、并有选择地切除故障部分，保证非故障部分继续运行；当供电系统中出现异常运行工作状况时,它应能及时、准确地发出信号或警报，通知值班人员尽快做出处理。 3.2 继电保护装置的基本要求 选择性。当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能选择性地将故障部分切除。首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。 灵敏性。保护装置灵敏与否一般用灵敏系数来衡量。在继电保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作；但在

13、保护区外发生故障时，又不应该产生错误动作。 速动性。是指保护装置应尽可能快地切除短路故障。缩短切除故障的时间以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。 可靠性。保护装置如不能满足可靠性的要求，反而会成为扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，必须确保保护装置的设计原理、整定计算、安装调试正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量可靠、运行维护得当、系统简化有效，以提高保护的可靠性。 重要性。不仅要在选用上考虑其是否达到基本运行条件的要求,还要在日常的检测和维护上做好工作。 （1）首先，要

14、全面了解设备的初始状态。继电保护设备的初始状态，影响其日后的正常和有效运行。因此必须注意收集整理设备图纸、技术资料以及相关设备的运行和检测数据的资料。对设备日常状态的检修，要对设备生命周期中各个环节都必须予以关注，进行全过程的管理。一方面是保证设备正常的、安全有效的使用，避免投入具有缺陷的设备。同时在恰当的时机进行状态检修，以便能真正的检测出问题的所在，并及时的找到应对方案。另一方面，在设备使用投入前，要记录好设备的型式试验和特殊试验数据、各部件的出厂试验数据、出厂试验数据以及交接试验数据和运行记录等信息。 （2）其次，要对设备运行状态数据进行及时全面的统计分析。首先要了解设备出现故障的特点和

15、规律，进而通过对继电保护装置运行状态的日常数据的分析，预先判断分析故障出现的部分和时间，在故障未发生时，及时的排查。因此状态检修数据管理就显得非常重要，要把设备运行的记录、设备状态监测与诊断的数据等结合起来，通过正确的完整的技术数据进行状态检修。通过数据的把握和设备运行规律的把握，可以科学地制定设备的检修方案，提高保护装置的安全系数和使用周期，保证电力系统的正常运行。（3）再次，要了解继电设备技术发展趋势，采用新的技术对设备进行监管和维护。在电力事业高度发展，继电保护日益严峻，继电保护设备不够完善的情况下，必须加强对新技术的应用，唯此才能保证保护装置的科学有效，在电力系统的保护中发挥应有的贡献

16、。 (4) 而且，目前我国在线监测技术上，使用还不够成熟，在日常的状态检修工作中还不能做出准确的判断，只能依靠在线数据与离线数据的相互配合，进行综合分析评价。因此，对各种新技术的使用是必要的，比如在离线监测装置和技术上的使用，运用红外热成像技术、变压器绕组变形测试等，进行日常的设备监测与维护，可以更有效的分析设备的状态，有利于设备和系统的安全。3.3 保护装置的应用 继电保护装置广泛应用于工厂企业高压供电系统、变电站等，用于高压供电系统线路保护、主变保护、电容器保护等。高压供电系统分母线继电保护装置的应用，对于不并列运行的分段母线装设电流速断保护，但仅在断路器合闸的瞬间投入，合闸后自动解除。另

17、外，还应装设过电流保护，对于负荷等级较低的配电所则可不装设保护。变电站继电保护装置的应用包括：线路保护：一般采用二段式或三段式电流保护，其中一段为电流速断保护，二段为限时电流速断保护，三段为过电流保护。母联保护：需同时装设限时电流速断保护和过电流保护。主变保护：主变保护包括主保护和后备保护，主保护一般为重瓦斯保护、差动保护，后备保护为复合电压过流保护、过负荷保护。电容器保护：对电容器的保护包括过流保护、零序电压保护、过压保护及失压保护。随着继电保护技术的飞速发展，微机保护的装置逐渐投入使用，由于生产厂家的不同、开发时间的先后，微机保护呈现丰富多彩、各显神通的局面，但基本原理及要达到的目的基本一

18、致。4 电力系统继电保护技术的发展趋势我国继电保护技术的发展是随着电力系统的发展而发展的,电力系统对运行可靠性和安全性的要求不断提高,也就要求继电保护技术做出革新,以应对电力系统新的要求。熔断器是我国最初使用的保护装置,随着电力事业的发展,这种装置已经不再适用,而继电保护装置的使用,是继电保护技术发展的开始。我国的继电保护装置技术经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式的发展历程。 随着科技时代的来临,我国的继电保护技术,也开始走向了科技时代。在未来的一段时间内,我国继电保护的技术主要是朝微机继电保护技术方向发展。4.1 计算机化管理随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北

19、电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础的微机线路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。天津大学一开始即研制以16位多CPU为基础的微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置

20、，目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在CPU内。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可

21、靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。4.2 网络微机保护的发展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

22、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。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。4.3 各种数据融于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

23、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。数字信号处理器(DSP)为基础的一个保护

24、、控制、测量、数据通信一体化装置。4.4 人工智能加强近年来，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

25、工智能方法适当结合可使求解速度更快。天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。5 总结随着电力系统的告诉发展和计算机通信技术的进步，继电保护技术的发展向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展，这对继电保护工作者提出了新的挑战。只有对继电保护装置进行定期检查和维护，按时巡检其运行状况，及时发现故障并做好处理，保证系统无故障设备正常运行，提高供电可靠性。参考文献1 杨奇逊.微型机继电保护基础M.北京:水利电力出版社,1988 2 吴 斌、刘 沛、陈 德.继电保护中的人工智能及其应用M.电力

26、系统自动化,1995(4) 3 张宇辉.电力系统微型计算机继电保护M.北京:中国电力出版社,2000 4 葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术M.西安:西安交通大学出版社,1996 5 葛耀中.自适应继电保护及其前景展望,电力系统自动化J,1997.21(9)6 王翠平.继电保护装置的维护及试验J.科苑论坛7 严兴畴.继电保护技术极其应用J.科技资讯，20078 周培华.浅谈电力系统中继电保护的发展趋势J.科技咨询导报，200710 王梅义高压电网继电保护技术电力工业出版社，198111 许建安电力系统继电保护中国水力水电出版社，200512 沈国荣工频变化量方向继电器原理的研究电力系统自

27、动化，198313 葛耀中数字计算机在继电保护中的应用继电器，1978致谢即将接近毕业的尾声，首先，非常感谢老师在这次设计过程中给予我的悉心的指导与帮助。在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。其次，还要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!总之，我的设计是老师和同学共同完成的结果，我们合作的非常愉快，教会了我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢。