微机继电保护技术的现状与发展

中国科技信息２００５年第９期 ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｍａｙ．２００５１，引言继电保护是保障电力系统安全稳定运行的重要手段。

近几年来，在广大继电保护人员的共同努力下，继电保护动作率逐年提高。

其中，作为继电保护组成部分之一的微机保护起了重要作用。

伴随着集成电路、计算机技术的飞速发展，信息技术的广泛应用，微机保护也迅速发展起来，其结构更加合理，性能更加完善，有效地承担起确保电网安全的重任。

２，微机保护发展过程２．１，微机保护的种类微机保护按其保护的设备可分为：微机线路保护和微机元件保护两大类。

微机线路保护包括高压线路和低压线路保护；微机元件保护包括发电机、变压器、母线等设备的保护。

２．２，微机保护的优越性微机保护装置在我国投入运行已有１０多年的历史，并且越来越受到继电保护人员和运行人员的普遍欢迎。

具有比常规的继电器型或晶体管型保护装置不可比拟的优越性，突出表现在以下几方面：（ｌ）灵活性强。

（２）综合判断能力强。

（３）性能稳定，可靠性高。

（４）微机保护利用微机的记忆功能，可明显改善保护性能，提高保护的灵敏性。

（５）微机保护利用微机的智能，可实现故障自诊断、自闭锁和自恢复。

（６）体积小、功能全。

（７）运行维护工作量小，现场调试方便。

３，微机保护的发展３．１，微机保护装置硬件方面微机保护装置的发展大致可以分为以下几个阶段：１）第一阶段以单ＣＰＵ的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式Ａ／Ｄ模数转换器构成，硬件及软件的设计符合“四统一”设计标准，其代表产品为微机高压输电线路保护装置。

单片机通过大规模集成电路技术将ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ接口电路封装在一块芯片中，因此具有可靠性高、接口设计简易、运行速度快、功耗低、性能价格比高的优点。

使用单ＣＰＵ的微机保护具有较强的针对性，系统结构紧凑，整体性能和可靠性高，但通用性、可扩展性相对较差。

单片机的片内资源有限，实际应用时常常需要对其功能进行补充和外部扩展。

２）第二阶段以多单片机构成的多ＣＰＵ硬件结构为主，数据采集系统为电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件软件的设计吸取了第一代微机保护装置成功运行经验，利用多ＣＰＵ的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可以定位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施以及防止拒动与误动的措施。

为了提高数据采集系统的采集速度，每个模拟输人通道都需要使用单独的电压频率转换／光耦合器，其输出频率信号送至可编程计数器８２５５进行频率测量，在每个数据采集周期由ＣＰＵ读取可编程计数器的计数值，并进行标度变换以获得实际的采样值。

主要优点是，通过光电耦合器与ＣＰＵ接口，因此抗干扰能力强；容易实现与多单片机系统的多ＣＰＵ接口。

３）第三阶段以高性能的１６位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不需引出芯片，电路简单的特点，抗干扰性能进一步加强，并且完善了通信功能。

为实现变电站自动化提供了方便。

新型高性能单片机性能得到很大提高，运算能力也得到大大加强，出现了无须进行外部扩展的所谓总线不出芯片的新型微机保护。

其高效丰富的指定系统使得编程及其应用既灵活又简洁。

高性能单片机包含了微机保护所需的各种硬件功能，使新型微机保护的电路设计异常简单可靠。

３．２，数字信号处理器ＤＳＰ及小波变换对于电力行业而言，还不可忽视数字信号处理器（ＤＳＰ）技术的发展，特别是ＤＳＰ对继电保护技术发展的影响。

数字信号处理器（ＤＳＰ）与目前通用的ＣＰＵ不同，是一种为了达到快速数学运算而具有特殊结构的微处理器。

ＤＳＰ的突出特点是计算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大，尤其是采用专用硬件实现定点和浮点加乘（矩阵）运算，速度非常快。

将数字信号处理器应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和傅里叶变换算法的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可以完成以往主要由ＣＰＵ完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。

小波变换是把一个信号波形分成不同尺度和位置的小波之和，它在时域—频域同时具有良好的局部化性质，可以根据信号的不同频率成分，在时域和空间域自动调节取样的疏密。

理论和实践表明，小波变换是分析非平稳变化信号或突变信号的最有效的分析方法。

由于小波变换具有良好的时、频局部化分析能力，能对信号或图象的任何微小细节进行分析。

小波分析与计算机技术相结合，为开展新原理和新算法的微机保护装置的研究开辟了广阔的前景。

３．３，自适应原理在微机保护中的应用自适应原理的基本思想是使保护尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能，它的首要任务是解决现有继电保护中存在的问题。

随着电网调度自动化系统的建立和实用化，采用变电站自动化技术和实现无人值班站运行方式迅速普及，与之配套的微机保护都不同程度地应用了自适应原理，为自适应保护积累了大量的经验，使我国微机保护进一步提高智能化水平，取得了突破性进展。

４，微机保护的运行情况及成就４．１，微机保护迅速普及目前全国已投入运行的微机保护达１００００多台，并以每年８００～１０００台的速率增加。

微机保护运行情况较好，正确动作率逐年提高，已从１９９ｌ年的９０．６％提高到１９９９年的９８．９８％，为保证电网的安全稳定运行作出了巨大贡献。

近年来，按线路故障率计算，２２０ｋＶ线路每年发生故障约１２９０次，３３０ｋＶ线路发生故障约５０次，５００ｋＶ线路发生故障约８０次，加上相应母线故障，总共１２００～１５００次，这些故障主要靠微机保护来切除。

由此看来，微机保护已成为我国电网安全稳定运行的重要支柱。

４．２，我国微机保护目前存在的问题４．２．１，微机保护在电力系统中的地位问题继电保护装置是电力系统中对可靠性要求非常严格的设备。

在变电站自动化系统中，对于高压电网，继电保护单元宜相对独立，其功能不能依赖于通信网络或其他设备，保护应有独立的电源，保护模拟量的输入应由电流互感器和电压互感器通过电缆直接连接，输出跳闸命令也要通过常规的控制电缆送至断路器的跳闸线圈，保护的启动，测量和逻辑功能独立实现，保护装置通过通信网络与保护管理机传输的仅是保护动作信息或记录数据；对于可靠性要求较低的低压电网，可以实现保护和监控系统的一体化。

４．２．２，微机保护装置的标准化和质量监督目前微机保护的生产厂家众多，产品型号五花八门，其使用的硬件结构、保护算法与功能也各不相同，保护同变电站自动化系统的通信方式没有固定模式，随厂家的改变而改变。

因此有必要继续保护装置系列化和标准化的研究。

电子元器件的优劣是影响电器产品质量的关键，微机保护装置同样如此，必须进一步加强对装置使用器件的筛选。

根据微机保护不正确动作统计情况来看，人为的、质量上的原因占很大比重，其中保护用逆变电源和收发信机损坏率高，直接影响保护的正常运行。

加强质量监督，用市场规律规范继电保护产品及质量，是有效的手段。

４．２．３，微机保护装置的硬件、软件和规范化问题大批量的微机保护投入运行后，保护的硬件、软件修改是时常发生的事，特别是软件更换、修改量日益增加。

因此，不仅应要求微机保护的硬件按系列标准化。

其软件也要规范化，而且修改、更换软件要有相应的规章制度，以保证微机保护运行水平的进一步提高。

４．２．４，产品的先进性和实用性、经济性问题一些厂家和用户都在某种程度上存在着片面追求产品的先进性而忽视其经济性和实用性倾向，忽视基础工作。

厂家产品一个劲地更新换代，用户也跟着跑：刚运行的产品马上又要更新，否则就落后了；甚至有些产品在订货时还是最新产品，投运时已面临淘汰。

５，结论电力工业体制改革的进一步深化，电力市场微机继电保护技术的现状与发展　崔文广 广东省廉江市供电局摘　要：在分析微机保护应用现状和存在问题的基础上，回顾了我国微机保护的发展历史，详细叙述了小波变换与自适应理论对微机保护发展的重要影响，对有些微机保护装置软、硬件定型与规范化等问题进行了分析、讨论，指出必须重视微机保护存在的问题，抓好保护的科研和管理工作。

关键词：微机保护；发展；现状；小波变换；自适应理论（下转第３９页）中国科技信息２００５年第９期 ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｍａｙ．２００５目前，计算机应用及其教学普遍受到各类学校的重视。

各类学校大多都拥有自己的教学用多媒体机房，机器的数量有几十台乃至上百台，应用方式也从原来的单机应用过渡到网络应用。

有的院校将部分ＰＣ机连成了独立的局域网，有的已通过专线与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ相连，有的已建成了具有独立域名、完善网管的基于Ｗｅｂ的校园网。

在机房的日常工作中，要经常进行操作系统的安装和数据备份工作，保持系统的相对稳定，是机房工作的关键。

大多数系统维护都使用克隆软件，“克隆（ＧＨＯＳＴ）”是一个出色的硬盘对拷工具。

它可以把磁盘内容复制为一个磁盘的映像文件，此后可以用此映像文件创建一个原始磁盘的拷贝。

也可以把一个磁盘上的全部内容复制到另外一个磁盘上，它可以最大限度地减少每次安装软件的时间，如果有上百台配置相似的机器需要安装同样软件，就会发现使用ＧＨＯＳＴ将使事情变得十分简单。

１，在单机上利用ＧＨＯＳＴ软件进行数据的备份和还原。

１．１，创建数据备份文件使用ＧＨＯＳＴ复制备份，有整个硬盘（ＤＩＳＫ和分区硬盘（Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ）两种备份方式。

首先在硬盘上分出一部分空间做一个逻辑盘，然后使用软件将整个系统备份到该盘符上。

具体操作为：选择ＬＯＣＡＬ（本机）→Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ（分区）　→ＴＯ　Ｉｍａｇｅ（到映像），出现你要克隆的硬盘的窗口，选择完毕后按回车键，进入选择对该硬盘上的哪一个分区进行克隆，点击该窗口中白色的硬盘信息条，选择源盘和需备份的分区，接着选择保存的路径，然后在弹出的窗口选择备份储存的路径并输入备份文件名。

这时，程序会给出三个选择来询问是否压缩备份数据。

（“ＮＯ”表示不压缩，“ＦＡＳＴ”表示小比例压缩使备份执行速度较快，“ＨＩＧＨ”是高比例压缩但备份执行的速度较慢）最后按照提示选择后只需等待备份指示完成后即可。

备份的文件以ＧＨＯ扩展名储存在指定的目录中。

１．２，分区备份的还原当系统被破坏时，我们就可以利用备份的系统来还原系统。

当然，也可以将备份还原到另一个硬盘上。

选择ＬＯＣＡＬ（本机）→Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ（分区）　→Ｆｒｏｍ　Ｉｍａｇｅ（从映像文件）后回车，在弹出的窗口中依次选择备份所在的盘符、路径和备份文件名（．ｇｈｏ），再选择还原的硬盘和分区，最后点击“Ｙｅｓ”就可以了。

１．３，硬盘的克隆硬盘的克隆是对整个硬盘的备份和还原，ＧＨＯＳＴ能将目标硬盘复制得与源硬盘完全一样，并实现分区、格式化、复制系统以及硬盘文件等工作一步完成。

具体操作为：选择ＬＯＣＡＬ（本机）→　ＤＩＳＫ（硬盘）→ＴＯ　ＤＩＳＫ（到硬盘），在弹出的窗口中选择源硬盘和要复制的目标硬盘，提示覆盖数据是选择“ＹＥＳ”，出现复制的进度条、估计要完成的时间和当前的进度，完成后即可。