继电保护的发展

1.4　继电保护的发展

继电保护技术是随电力系统的发展而发展起来的。电力系统发生短路是不可避免的，伴随着短路，电流增大。为避免发电机被烧坏，最早将熔断器串联于供电线路中，当发生短路时，短路电流首先熔断熔断器，短路的设备断开，保护了发电机。这种保护方式，由于简单，时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。随着电力系统的发展，用电设备功率和发电机容量的增大，电力网接线的日益复杂，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求。于是1890年后出现了直接装于断路器上反应一次电流的电磁型过电流继电器。20世纪初，继电器开始广泛用于电力系统的保护，这被认为是继电保护技术发展的开端。

1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始应用，并出现了将电流与电压相比较的保护原理，促使1920年后距离保护装置的出现。随着电力线载波技术的发展，在1927年前后，出现了利用高压输电线载波传送输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置。1950年，提出了利用故障点产生的行波实现快速保护的设想，在1975年前后诞生了行波保护装置。1980年前后反应工频故障分量（或称工频突变量）原理的保护被大量研究，1990年后该原理的保护装置被广泛应用。

与此同时，随着材料、器件、制造技术等相关学科的发展，继电保护装置的结构、型式和制造工艺也发生着巨大的变化，经历了机电式保护装置、静态继电保护装置和数字继电保护装置三大发展阶段。

机电式保护装置是由具有机械转动部件带动触点开合的机电式继电器所组成，如电磁型、感应型和电动型继电器，由于其工作比较可靠，不需要外加工作电源，抗干扰性能好，使用了相当长的时间，特别是单个继电器目前仍在电力系统中广泛使用。但这种保护装置体积大、动作速度慢、触点易磨损和粘连，难以满足超高压、大容量电力系统的需要。

20世纪50年代，随着晶体管的发展，出现了晶体管式继电保护装置。这种保护装置体积小、动作速度快、无机械转动部分、无触点。但经过20余年的研究与实践，其抗干扰问题才从理论和实践上得到满意的解决，20世纪70年代晶体管式保护在我国被大量采用。集成电路技术的发展使众多的晶体管可以集成在一块芯片上，从而出现了体积更小、工作更可靠的集成电路元件。20世纪80年代后期，静态继电保护装置由晶体管式向集成电路式过渡，成为该种保护的主要形式。

在20世纪60年代末，已有了用小型计算机实现继电保护的设想，但由于当时小型计算机价格昂贵，难于实际采用。因此开始了对继电保护计算机算法的大量研究，为后来微机式保护的发展奠定了理论基础。随着微处理器技术的快速发展和价格的急剧下降，在20世纪70年代后期，出现了性能比较完善的微机保护样机并投入系统试运行。20世纪80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋成熟，进入90年代，微机保护已在我国大量应用，主运算器由8位机、16位机，发展到目前的32位机；数据转换与处理器件由模数转换器（ADC）、电压频率转换器（VFC），发展到数字处理器（DSP）。这种由计算机技术构成的继电保护称为数字式继电保护。

在我国，数字式继电保护技术的研究和开发起步比先进国家大约迟10年。但经过我国继电保护工作者10年左右的奋斗，到80年代末，计算机继电保护特别是输电线路的微机保护已达到了大量采用的程度，在东北电力系统、河北电力系统等地方，由于运行部门的重视，其普及程度更高。到90年代中期，其在其他各个电力系统也已得到不同程度的推广。

我国的第一代微机距离保护装置MDP－1型于1984年由原华北电力学院研制成功，并通过科研鉴定投入试运行。其特点是采用单CPU总线结构，多路转换是ADC模式。

1990年5月，原华北电力学院研制出第二代微机保护装置，其典型产品代表为WXH－11、WXB－11型。该保护装置的特点是采用多CPU并行结构，总线不引出插件，ADC采用VFC方式，使保护精度、速度、可靠性均有大幅提高。

90年代中期，华北电力大学和北京哈得威四方保护与设备控制公司研制的CS系列可以称为第三代微机保护装置。其典型产品代表为CSL－101系列（线路）、CST－200。该保护装置的特点为：采用不扩展的单片机，总线不引出芯片，具有先进的网络通信技术（RS－485／422、CANBUS、PROFIBUS等总线接口），支持变电站综合自动化。

90年代后期，南瑞公司研制出第四代微机保护装置，其典型产品代表为LFP－900系列、RCS－9000系列。该保护装置的特点为：采用反映故障分量的保护原理，动作速度快，超高压保护动作30ms，超越动作10～14ms。

微机保护具有强大的计算、分析和逻辑判断能力，优良的存储记忆功能，因而可以实现性能完善且复杂的保护原理。微机保护可连续不断地对本身的工作情况进行自检，其工作可靠性很高。此外，微机保护可用同一硬件实现不同的保护原理，这使得保护装置的制造大为简化，也容易实行保护装置的标准化。微机保护除了具有保护功能外，还可有故障录波、故障测距、事件顺序记录以及网络通信等辅助功能，这对简化保护的调试、事故分析和事故后的处理等都有重大意义。

由于微机保护装置的巨大优越性和潜力，因而受到了运行人员的广泛欢迎。可以说微机保护代表着电力系统继电保护的未来。

20世纪90年代后半期，在数字式继电保护技术和调度自动化技术的支撑下，变电站自动化技术和无人值班运行模式得到迅速发展，融测量、控制、保护和通信为一体的变电站综合自动化装备，已成为目前我国绝大部分新建变电站的二次装备，继电保护技术与其他学科的交叉、渗透日益深入。