继电保护装置与继电保护技术的发展与创新研究

郭威铭

长园深瑞继保自动化有限公司，广东 深圳 518057

0 引言

优化电力系统结构与排查系统故障、加强电力系统继电保护是应对电能需求增加、用电规模扩大、电网供电压力增加等问题的重要措施。随着科学技术的发展与经济的进步，人们的生活水平不断提高，电力消耗持续上涨。在这种情况下，若不能创新电力系统继电保护措施，依然采取传统的继电保护方式，将不能为电力系统运行安全提供保障。

由于供电量的日益增加、电网容量的不断调整，加上高电压、远距离发展规划的实施，导致电力工程的负荷增大，电网之间的磨合周期延长，电网结构越来越复杂，电力安全问题逐渐成为电力系统的管理焦点。基于此，需要加大对电力系统继电保护的研究力度，制订更加科学有效的保护策略，以保证继电保护装置运行的安全性与可靠性，为电力系统的稳定运行奠定扎实基础。

1 电力系统继电保护的必要性

在城市快速发展的背景下，电力系统的用电量持续增加，在满足基本生产生活需求的同时，还要不断提高供电质量。当前电力系统的供应压力越来越大，特别是供不应求状态持续周期长，在这种情况下，加大对继电保护的研究力度，对电力系统的运行与紧迫问题的解决有重要意义。继电保护关系着电力系统正常运行，继电保护装置的主要作用是帮助工作人员及时排查电力系统的故障，并且以最短的时间解决故障并恢复电力系统的运行。借助继电保护装置可以监测电力系统，一旦发现故障，可以及时向控制系统报警，技术人员能够迅速采取措施排除故障。这样可以减少电力系统停电的频率，同时强化电力系统的基本功能。电力系统继电保护装置与继电保护技术的研究，也可以为电力系统和社会秩序的正常提供保障。电力系统正常运行时，供电稳定性可以得到保证，使社会秩序不受影响，人们能够正常生活，企业能够正常生产[1]。一旦电力系统停止运行，人们的生活与生产都会受到干扰，社会秩序也会被影响。利用继电保护装置，技术人员可以及时了解电力系统的运行状态，排除电力系统异常风险，避免停电或者电力系统异常影响城市发展、社会生产等。由此可以看出，电力系统继电保护装置及继电保护技术的优化创新是提高电力系统稳定性的必然选择[2]。

2 继电保护装置与继电保护技术的发展历程

继电保护技术是电力系统保护的核心，继电保护技术在我国起步较晚，从20世纪60年代开始发展。初期的继电保护器为晶体管，其在当时能够满足电力保护需求，因此得到迅速普及。随着电力保护技术研究的深入，晶体管继电保护器升级为集成电路保护装置，其以集成运算放大器为载体，在电力系统保护中得到广泛应用[3]。之后，研究人员还研发出了微机保护继电装置。随着信息化水平的提高，继电保护装置逐渐转型为电子化与网络化整合的装置，这是信息化时代下电力系统保护的主要发展方向，也是继电保护装置研发的必然路径。

3 继电保护装置的功能和具体使用

3.1 继电保护装置的主要功能

继电保护装置的主要功能是母联保护和线路保护。继电保护装置的功能较多，在电力系统中，继电保护装置功能的有效发挥是电力系统正常运行、规避电力系统运行故障、降低电力系统所受损害的重要保障。继电保护装置对电力系统的保护以三段式电流保护为主，部分保护为二段式保护，既可以预防电力系统短路等常见故障，又能够确保主变保护到位和输变电设备的正常运行。即便出现故障，继电保护装置可以将电力系统故障损失降到最低。尤其是随着微电脑处理技术的加入，电力系统继电保护真正实现了自动化监控，一旦电力系统出现异常，继电保护装置可以迅速断开电路，为电力系统安全提供保护[4]。

3.2 继电保护装置的选型和使用

继电保护装置的选型和使用是电力系统保护的重要内容，也是继电保护装置保护功能最大化的基础。继电保护装置选型和使用涉及很多因素，相关人员需要分析电力系统，确保继电保护装置与电力系统相匹配[5]。为了充分发挥继电保护装置对电力系统运行全程的管控与保护作用，相关人员需要以实时监控为基础，不遗漏任何系统运行环节，及时发现运行故障或者安全隐患，迅速发出报警信号，并根据实际情况控制电力系统运行状态。相关人员需要认清网络技术在继电保护中的积极作用，在扩大继电保护领域的同时，借助网络技术提高继电保护的现代化水平，打造完善、高效的网络化监控与安全维护模式；同时，需要重视继电保护装置的基本性能，确保其所有功能正常、保护与控制的灵敏性达标、功能可靠且反应迅速等[6]。

4 继电保护装置的网络化革新

网络化革新是继电保护的发展重点。网络化与智能化挂钩，在各种信息技术快速发展的背景下，继电保护技术同样需要发展。目前，继电保护技术与信息技术的结合已经从初步探索阶段转到稳步发展阶段，计算机技术与自动化控制技术的加入大幅提高了继电保护装置的智能化水平[7]。例如，基于单片机技术，继电保护装置具备了微机化保护功能，电力系统保护与故障识别、诊断等的准确率提高，继电保护装置能够快速完成电力系统数据整合，从而保护变电设备和系统的安全。网络化的继电保护装置可以协助电力系统保护人员科学开展系统保护工作，信息技术的加入与继电保护系统的升级都是电力系统保护自动化、智能化发展的重要体现。

5 继电保护技术的创新思路

继电保护是电力系统保护与控制的关键。近些年，继电保护技术的信息化与智能化发展实现了电力系统保护的质的飞跃。在此基础上，科学梳理电力系统继电保护的思路，有利于完善电力系统保护工作，提高电力系统运行的安全性与稳定性。

5.1 打造继电保护网络控制体系

创新继电保护模式需要结合网络技术、通信技术等数字化技术。利用数字化技术可以捕捉并及时发送电力系统状态，使控制中心第一时间了解电力系统的运行状态。技术人员需要科学搭配继电保护装置与测控装置，并以数字传输网络的形式，创建人机对话界面，随后在网络继电保护控制服务器的引导下进行电力系统保护工作。测控装置主要负责控制设备信息机的正常运行与信号采集，其可以及时转变信号模式，并将信号上传到继电保护控制系统[8]。变电站的全部流程都在监控范围内，若电力系统存在故障，继电保护能发挥保护作用，及时替代变电站处理故障。继电保护装置、服务器等装置之间必须保持实时联系，并使用数字传输网络确保联系的稳定性，从而确保数字信息的及时传递，并为子系统与继电保护系统的实时信号交换提供保障。控制系统主要负责整理接收的信号，为了确保其可以准确判断信号，需要提前设置继电保护与电力系统正常运行的逻辑关系。此外，还需要增设数据流运行的装置，以集中处理采集的电力系统数据，减轻测控装置的运行压力，并方便电力系统信息的分析处理。

5.2 应用线性最优控制理论

电力系统属性特殊，不仅规模庞大，同时还具备时变性、非线性等特点。电力系统的所有参数都是动态变化的，这增加了继电保护的难度。对此，技术人员可以从智能化角度出发，借助智能化技术高效处理的优势，应用线性最优控制理论，突破电力系统继电保护的局限。技术人员需要根据电力系统继电保护的实际情况，结合优化理论，构建继电保护线性控制体系，以解决电力系统的实际问题。相比于传统励磁控制理论，线性最优控制理论的应用具备优势，其不仅可以明显提高远距离控制与动态品质改善的效率，还能合理控制制动电阻时间，满足继电保护技术对局部线性化模型的设计要求。

5.3 制定完善的模糊控制方案

应用电力系统继电保护时，除了应用线性最优控制理论，还需制订完善的模糊控制方案，充分发挥其实用性优势。与数学模型相比，模糊控制技术使用的模糊关系模型使用难度较小，但能够满足电力系统继电保护的需求。模糊关系模型的应用范围广，大型电力设备、电风扇或者恒温器都适用该模型。以恒温器的模糊控制为例，恒温器的模糊控制方案需要根据恒温器的具体情况作出适当调整，从而在保持恒温器功能稳定性的同时，降低恒温器的运行能耗。恒温器的主要作用是使电力系统的温度处于恒定状态，在恒温器的正常工作中，恒温控制装置会出现摆动振荡，使温度出现突然变化，无法保持恒温状态。使用模糊控制技术能够有针对性地解决这些问题，并且做好温度变化的预防工作，减少恒温器使用时的波动。使用模糊控制技术能够有效区分温度与温度变化，以模糊控制器为载体，可以输入语言变量，并加快语言变量的相互跨接速度，这样既可以解决恒温器的温度变化问题，又可以有效节电，避免超温情况。

5.4 融入神经网络控制与专家系统控制

（1）神经网络控制。在电力系统继电保护中可以渗透神经网络控制技术。经过持续的研究创新，神经网络控制技术的学习算法和模型结构都已经非常成熟。电力系统保护的参数多，保护处理复杂，使用神经网络控制技术中的神经元可以通过寻找电力系统中隐藏的规律重新连接系统各部分，随后通过连接权值，掌握电力系统中的未知信息，并作出适当调整。这可以帮助电力系统梳理非线性映射关系与不同维度空间的转换。神经网络控制的非线性特点十分适合电力系统的保护控制，因此需加大相关研究的力度。

（2）专家系统控制。在电力系统继电保护融入专家系统控制，能够有效提高电力系统辨识危险信号的能力，并且加快故障恢复速度，还能够集中系统控制力，但是也存在一定的局限性，需在实际应用中慎重考虑。首先，相关人员对专家系统控制技术的认识不够深入；其次，专家系统的学习机构不够健全，陌生问题频出；最后，专家系统控制的创造性不够，专家系统控制与电力系统保护结合时，验证问题复杂，会过度消耗电力系统保护处理时间。基于此，还需要进一步研究专家系统控制技术，结合电力系统继电保护需求作出适当调整。

5.5 提升继电保护系统智能化水平

智能化是继电保护系统未来的主要发展方向，继电保护系统智能化水平的提升，需要从综合智能系统着手。需要改进电力系统继电保护方法，增加智能化元素，借助现代化控制与智能化管理的交叉处理，迅速适应电力系统的复杂性特点，充分挖掘电力系统中综合智能系统的应用潜力。以专家系统、神经网络等为研究对象，对智能系统进行综合分类，帮助各个研究对象寻找最佳应用路径，由此奠定继电保护工作的智能化基础，为电力系统的保护与控制提供技术支撑。

6 结束语

综上所述，电力系统的保护与控制十分重要，继电保护技术是目前电力系统运行的关键。继电保护装置的升级与继电保护模式的创新需要不断渗透信息化技术，打造智能化保护与控制系统，及时解决继电保护中存在的问题。技术人员需要认识继电保护对电力系统保护的重要性，并在此基础上，重新梳理电力系统保护与控制的思路，整合先进的网络技术，搭配神经网络与专家系统等，从多方面提高电力系统的继电保护水平，为电力系统的安全运行营造理想环境。