继电保护技术的发展现状

继电保护技术是随着电力系统的发展和科学技术的进步而不断发展起来的。

根据短路通常会伴随着电流显著增大的特征，首先出现了电流超过预定值即动作的过电流保护。最早出现的过电流保护是熔断器，时至今日它仍被广泛应用于低压线路和用电设备。熔断器的特点是集保护装置与断电装置于一体，因而简单、可靠。熔断器的主要缺点是：动作精度差，配合难度大，断流能力有限，恢复供电麻烦。随着电力系统的发展，对继电保护的性能要求不断提高，于是出现了作用于断路器的过电流继电器。19世纪90年代出现了装于断路器上并直接反映一次短路电流的电磁型过电流继电器。进而，继电器开始采用电流互感器和电压互感器的二次侧电量作为输入测量量，以避免与高电压、大电流直接相连。这样便形成了结构上独立于一次系统（传感器和断流器）的现代继电保护装置的雏形。

20世纪初，继电器开始广泛应用于电力系统的保护。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年方向性电流保护原理得到应用。1920年输电线路距离保护装置诞生。1927年前后，随着电力系统载波通信的发展，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置。在20世纪50年代，微波中继通信开始应用于电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。从继电保护诞生以来，继电保护的原理都是通过测量故障后的稳态工频量来检测故障，如距离保护、电流方向保护和传统的差动保护等，这些保护能够正确区分故障与正常工况，许多保护至今仍在电力系统中发挥着巨大作用。随着电力系统规模的扩大，电网电压等级的提高，传统的保护方式已不能满足系统稳定性和电力设备安全性对快速切除故障的要求。在长期的研究过程中人们发现，一般情况下，如果不考虑系统中饱和等因素的影响，电力系统可以作为一个线性系统来研究。对于突发性故障，根据叠加原理，故障后的系统可以认为是由故障前状态和故障分量叠加而成，而系统电量中的故障分量中含有大量的故障信息，可以用来快速检测故障，因此，基于故障分量的继电保护原理得到了广泛关注并在我国得到应用。故障分量保护一般包括行波保护和工频变化量保护两种。早在20世纪50年代就出现了利用故障点产生的行波来实现快速继电保护的设想，经过20余年的研究，终于诞生了行波保护装置。利用工频变化量实现保护判据具有许多突出的优点，例如故障后工频变化量电流、电压不受系统电势及负荷和过渡电阻的影响；工频变化量继电器检测的是故障分量中的工频量，因而对电量变换器、采样频率等没有特殊要求；保护整定计算简便，易于运行人员掌握，故而取得了良好的运行效果。现在，由反映工频变化量的继电器构成的许多保护在电力系统中已经成功运行了多年，如方向保护、距离保护、向量差动保护以及故障测距装置等；在主设备的主保护中，工频变化量保护也有许多应用，如故障分量的差动保护，故障分量负序方向保护等。目前，随着光纤通信在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护正得到迅速的发展和广泛的应用。

从20世纪初至今，继电保护装置使用的元器件、材料、制造工艺以及结构型式发生了巨大的变化，促使继电保护装置经历了机电型、电子型和微机型几代变革，使得继电保护装置的实现技术不断进步，性能不断提高，功能不断完善。

20世纪50年代以前的继电保护装置都是由电磁型、感应型或电动型继电器组成的。它们都具有机械转动部件，统称为机电型继电器。由这些继电器组成的保护装置称为机电型继电保护装置。机电型继电保护装置体积大，消耗功率大，动作速度慢，机械转动部分和触点容易磨损或粘连，调试维护比较复杂，不能满足超高压、大容量电力系统的要求。(www.xing528.com)

20世纪50年代，由于半导体技术的发展，先后出现了采用整流器件制作的整流型继电保护装置和采用晶体管制作的晶体管型继电保护装置。这类保护装置体积小、功率消耗小、动作速度快，无机械转动部分，通称为电子型静态保护装置。20世纪70年代是晶体管型继电保护装置在我国大量应用的时期，基本满足了当时电力系统向超高压、大容量方向发展的需要。紧接着，由于集成电路技术的发展，出现了体积更小、功耗更低、工作更可靠的集成电路元器件（如运算放大器）。这促使静态继电保护装置向集成电路化的方向发展。20世纪80年代后期，集成电路型继电保护装置逐步取代了晶体管型继电保护装置，成为电子型静态继电保护装置的主要型式。

20世纪60年代末，有人提出了用小型计算机实现继电保护装置的设想，因当时小型计算机在价格、体积、性能方面的种种原因而未能投入使用。但却由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究，为微机型保护的发展奠定了理论基础。20世纪70年代后半期，出现了比较完善的微机型保护样机，并投入到电力系统中试运行。20世纪80年代微机型保护在硬件结构和软件技术方面已趋成熟，在一些国家得到推广应用。我国从20世纪70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，各高校和科研机构起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学和国网南京自动化研究院都相继研制出不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年华北电力学院研制的微机线路保护装置首先投入试运行，揭开了我国继电保护发展史上新的一页。同年在主设备保护方面，华中理工大学、东南大学等单位研制的发电机定子不对称故障保护和失磁保护也相继投入试运行。早期的微机型保护装置在原理上只是传统模拟式保护的翻版。随着研究的深入，大量的能够充分发挥计算机优势的保护新原理得到开发应用，取得了丰硕的成果，体现了微机式元件保护的强大生命力和无可比拟的优越性。进入20世纪90年代以来，微机型保护在我国已得到大量应用，成为了继电保护装置的主要型式。

计算机及其相关技术的发展使继电保护的开发有着广阔的前景；新的数学工具的出现，新的控制技术的不断成熟，为进一步发挥计算机的潜能提供了强大支持，使得元件保护在原理上和实现上将比传统保护有更多的创新和进展；信号处理、人工智能等相关科学的不断进步，新的测量手段、技术的应用，也将使继电保护的性能得到极大地提高，继电保护必然因此而向主动化、智能化、网络化方向高速发展。