發布日期：2022-04-27 點擊率：87
當代繼電保護技術的發展，正在從傳統的模擬式、數字式探索著進入信息技術(IT)領域，從而導致了上述傳統格局的變化。由于繼電保護在電力系統安全運行中所處的重要地位，這樣的發展必然是漸進的。
當前，繼電保護中信息技術的特征，主要表現在以下幾個方面：
(1) 自診斷和監視報警；
(2) 遠方投切和整定；
(3) 信息共享，多種保護集成；
(4) 促使綜合自動化的發展；
(5) 波形識別，由穩態發展到暫態；
(6) 提供動態修改定值的可能。
1、繼電保護進入IT領域的發展過程
繼電保護進入信息技術領域，是計算機技術、通信技術和數字信號處理(DSP)技術發展的結果。
早期，電力系統的安全運行主要靠“事先整定、實時動作”的各種繼電保護和自動重合閘等當地的自動裝置來保證。即使遠動裝置的出現，承擔了遠方監視調度的“四遙”功能，甚至實現了無人值班變電站和水電站，但上述保證安全運行的格局仍未改變。
計算機進入調度以后，一度發生過計算機和遠動兩個專業的交叉。在我國，差不多經過一個年代的時間，才在監視控制和管理系統SCADA/EMS/DMS的旗幟下，把調度所內的“遠動”和“計算機”統一到“自動化”上來。此時，傳統的繼電保護和自動裝置功能，不僅巍然不動，而且還發展了“故障測距”、“故障錄波”等現場自動裝置。
但是，隨著計算機技術、通信技術和數字信號處理(DSP)技術的發展，這個格局受到了沖擊，慢慢地發生了變化。這個變化，首先是從遠動專業開始的。
80年代末90年代初，數字信號處理(DSP)技術的應用，導致免變送器RTU的問世。而免變送器RTU的問世，不僅使得隨一次設備分散布置的分散式RTU很快地發展起來，而且還提供了強有力的功能綜合優化手段。如電壓、功率和電度的測量，以前需要通過三種不同的變送器來實現，而免變送器的RTU直接從CT、PT采樣電流電壓波形，通過分析計算，不僅可以得出電壓、有功無功功率和有功無功電度，還可對基波與諧波進行分析，進一步計算出功率因數、頻率以及零序負序參數等的值。在變電站自動化中，這種分散布置的RTU模塊通稱為測量控制單元或I/O單元。
與此同時，變電站站內傳統的各種繼電保護和重合閘、故障測距、故障錄波等自動裝置，同樣受到DSP的沖擊。直接從CT、PT采樣電流電壓波形，通過分析計算，不僅可以對各種繼電保護的運行值和整定值進行比較，實現其保護功能。而且，還可和重合閘、故障測距、故障錄波、小電流接地系統單相接地選線等功能綜合在一起，隨一次設備分散布置。在變電站自動化中，這種分散布置的保護和自動裝置模塊通稱為保護單元。
I/O單元和保護單元的出現，使得傳統的集中控制的變電站自動化系統除變電站級的中央單元外，增加了一層由I/O和保護單元組成的間隔級（bay level）。因此，I/O和保護單元有時也統稱為間隔級單元。不同的是，I/O單元主要是面向正常運行方式，而保護單元則是用于故障環境。因此，兩者對CT變比的要求是不同的。
中央單元和間隔級單元之間一般采用光纜連接, 并通過信息共享實現諸如“室內五防、室外四防”的軟件閉鎖，取代或簡化傳統上較為復雜的二次閉鎖回路。此外，中央單元還承擔少量公用的I/O和管理任務，如接入對時用的全球定位系統(GPS)信息、無人值班時的入門監視和煙霧報警，以及和環網上的FTU配合實現信息轉發、環網控制和接地選線等。這樣，通過高一層次的綜合優化，組成了變電站的自動化系統。
由于這種分散式的變電站自動化系統具有節約投資和安全可靠的特點，在配電到輸電變電站的無人值班設計中，得到了廣泛的應用。如1994年10月，華北電力集團公司輸變電訪日代表團去日本考察的東山梨500 kV變電站、新西廣島500 kV變電站和九州電力公司500kV中央變電站，都是采用分散布置的自動化系統。
應該看到：由計算機技術、通信技術和數字信號處理技術帶動的信息化方向，從遠動開始、經繼電保護和自動裝置，正向傳統的能量計費領域挺進。
2、數字信號處理DSP技術的發展
計算機技術和通信技術（含GPS）的發展，帶動了信息產業，甚至導致信息時代的到來，已是人所盡知的了。但對于電力行業而言，還不可忽視數字信號處理(DSP)技術的發展，特別是DSP對繼電保護技術發展的影響。沒有DSP技術的應用，就難以出現象10 kV開關柜門上集測量、控制和保護，甚至電度表計于一體的綜合自動化設備，500 kV線路上的行波測距和保護也將碰到難以克服的困難。
用于交流直接采樣的DSP，理論上并不復雜，但要作到速度快（至少每周采樣96點，抽樣16點計算出從基波到2～7各次諧波）、精度高（支持0.2級能量表計）、溫濕度范圍大（－40～+85℃，相對濕度95%），并能通過各種國際標準的抗振、抗干擾、抗腐蝕檢驗，就很不容易。這要涉及硬件和軟件兩方面的問題。
就硬件而言，除了上面所說的采樣速度、采樣精度和環境條件外，還有兩個問題。一是DSP的實現是采用分立元件或是集成的DSP芯片，而DSP芯片又有民用品、工業品和軍用品之分；二是將來自CT/PT或傳感器的電流/電壓波形信號送入DSP前的互感器隔離和線性變換。其整體費用將隨精度的提高而非直線上升（如一塊進口的、能切斷60～80 A電流的1級單相多功能數字分時電度表，含運費關稅在內每只才300來元，而0.2級的三相表就將接近10000元）。電流/電壓的波形信號采樣完成后，就要由軟件進行分析計算。
軟件分析計算的速度和精度，主要取決于所采用的分析計算方法。分析計算實際上包括三個部分：一是對波形進行分析，得出基波和各次諧波；二是根據電工原理，計算出基波和各次諧波的電流/電壓值；三是按照部件的功能要求，計算出所需的電工參數或繼電保護的動作值。對波形信號的分析則是影響分析計算速度和精度的關鍵。
當前，普遍采用傅立葉變換來進行波形分析。對于正常運行狀態下的電力系統，主要是對穩態下的基波和諧波進行分析，傅立葉變換顯然是一個十分有效的工具。這就是為什么DSP技術首先在遠動系統中得到應用，并迅速發展起來的原因。但對面向提取和識別電力系統故障信息的繼電保護而言，僅滿足于當前利用故障分量中的工頻或穩態分量來實現保護，就將會在實現諸如行波和超高速保護時，為解決快速動作與可靠性的矛盾而碰到困難。因為，傅立葉變換對建立在反應故障暫態分量基礎上的行波和超高速保護，已顯得無能為力。這時，就要用到80年代末發現90年代興起的一種稱為小波(wavelet)變換的分析方法。
3、小波變換
傅立葉變換和小波變換的主要差別是：傅立葉變換是把一個信號波形分成不同頻率的正弦波之和，而小波變換則是把一個信號波形分成不同尺度和位置的小波之和。小波是一個振蕩波形，最多持續幾個周期。但小波各式各樣，而且還會不斷發現新的小波及其函數。
可見，傅立葉變換是一個純頻域的分析方法，在時域上沒有任何分辨能力。而輸電線路故障后的暫態行波是一個突變的信號，用純頻域的傅立葉變換是難以分析的，它既不能得出暫態行波到達觀測點的準確時刻，也不能確定行波的幅度和極性。因此，對利用故障暫態行波實現保護和故障測距來說，傅立葉變換可以說是無能為力的。小波變換這個新的數學分支，是數學界和信號分析界在尋求純頻域和純時域兩者接合的分析方法中，出現的一個時頻局部化分析的思想，即同時提供一個信號的時域和頻域的局部化（持續幾個周波）信息。理論和實踐表明，小波變換是分析非平穩變化信號或突變信號的最有效的分析方法。
由于小波變換具有良好的時、頻局部化分析能力，能對信號或圖象的任何微小細節進行分析。如用小波變換對一個突變的鋸齒形波進行分析，在每秒采樣256次的條件下，可用16個小波來表示；如采用傅立葉變換，由于很難分析信號中間的突變部分，則需用256個正弦波才行，這就限制了它的實際應用。因此，小波變換是利用故障暫態行波實現保護和故障測距的最有效的分析方法。盡管小波變換在繼電保護中的應用尚處于起步階段，但已在行波測距中取得了令人鼓舞的結果，目前已達到僅100 m的測距誤差，顯示出誘人的前景。
4、繼電保護進入IT領域后的幾個問題
當前，我國電力工業正發展到一個重要的歷史階段：國家電力公司的成立，標志著“公司化改組、商業化運營、法制化管理”的開始；同時，電網調度自動化的SCADA/EMS剛站穩腳根，城網建設改造、配電系統自動化和電力市場隨之提上了日程；此外，無人值班變電站自動化是否影響安全的擔心才放下不久，電力市場是否會沖擊安全的陰影又悄悄襲來。
在對繼電保護進入IT領域的發展過程作了如上回顧之后，結合當前形勢，應當注意下列發展中的幾個問題：
(1) 信
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