继电保护中的信息技术（转载）

传统的继电保护专业性很强，并以“事先整定、实时动作、定期检验”为其特征，很少触及到装置或系统的经常自检、远方监控、信息共享、动态修改定值的自适应等问题。当代继电保护技术的发展，正在从传统的模拟式、数字式探索着进入信息技术（ＩＴ）领域，从而导致了上述传统格局的变化。由于继电保护在电力系统安全运行中所处的重要地位，这样的发展必然是渐进的。当
前，继电保护中信息技术的特征，主要表现在以下几个方面：（１）自诊断和监视报警；（２）远方投切和整定；（３）信息共享，多种保护集成；（４）促使综合自动化的发展；（５）波形识别，由稳态发展到暂态；（６）提供动态修改定值的可能。

１　继电保护进入ＩＴ领域的发展过程

继电保护进入信息技术领域，是计算机技术、通信技术和数字信号处理（ＤＳＰ）技术发展的结果。早期，电力系统的安全运行主要靠“事先整定、实时动作”的各种继电保护和自动重合闸等当地的自动装置来保证。即使远动装置的出现，承担了远方监视调度的“四遥”功能，甚至实现了无人值班变电站和水电站，但上述保证安全运行的格局仍未改变。计算机进入调度以后，一度发
生过计算机和远动两个专业的交叉。在我国，差不多经过一个年代的时间，才在监视控制和管理系统ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ／ＤＭＳ的旗帜下，把调度所内的“远动”和“计算机”统一到“自动化”上来。此时，传统的继电保护和自动装置功能，不仅巍然不动，而且还发展了“故障测距”、“故障录波”等现场自动装置。

但是，随着计算机技术、通信技术和数字信号处理（ＤＳＰ）技术的发展，这个格局受到了冲击，慢慢地发生了变化。这个变化，首先是从远动专业开始的。８０年代末９０年代初，数字信号处理（ＤＳＰ）技术的应用，导致免变送器ＲＴＵ的问世。而免变送器ＲＴＵ的问世，不仅使得随一次设备分散布置的分散式ＲＴＵ很快地发展起来，而且还提供了强有力的功能综合优化手段。
如电压、功率和电度的测量，以前需要通过三种不同的变送器来实现，而免变送器的ＲＴＵ直接从ＣＴ、ＰＴ采样电流电压波形，通过分析计算，不仅可以得出电压、有功无功功率和有功无功电度，还可对基波与谐波进行分析，进一步计算出功率因数、频率以及零序负序参数等的值。在变电站自动化中，这种分散布置的ＲＴＵ模块通称为测量控制单元或Ｉ／Ｏ单元。

与此同时，变电站站内传统的各种继电保护和重合闸、故障测距、故障录波等自动装置，同样受到ＤＳＰ的冲击。直接从ＣＴ、ＰＴ采样电流电压波形，通过分析计算，不仅可以对各种继电保护的运行值和整定值进行比较，实现其保护功能。而且，还可和重合闸、故障测距、故障录波、小电流接地系统单相接地选线等功能综合在一起，随一次设备分散布置。在变电站自动化中，这种分散布置的保护和自动装置模块通称为保护单元。

Ｉ／Ｏ单元和保护单元的出现，使得传统的集中控制的变电站自动化系统除变电站级的中央单元外，增加了一层由Ｉ／Ｏ和保护单元组成的间隔级（ｂａｙｌｅｖｅｌ）。因此，Ｉ／Ｏ和保护单元有时也统称为间隔级单元。不同的是，Ｉ／Ｏ单元主要是面向正常运行方式，而保护单元则是用于故障环境。因此，两者对ＣＴ变比的要求是不同的。中央单元和间隔级单元之间一般采用光
缆连接，并通过信息共享实现诸如“室内五防、室外四防”的软件闭锁，取代或简化传统上较为复杂的二次闭锁回路。此外，中央单元还承担少量公用的Ｉ／Ｏ和管理任务，如接入对时用的全球定位系统（ＧＰＳ）信息、无人值班时的入门监视和烟雾报警，以及和环网上的ＦＴＵ配合实现信息转发、环网控制和接地选线等。这样，通过高一层次的综合优化，组成了变电站的自动化系统。

由于这种分散式的变电站自动化系统具有节约投资和安全可靠的特点，在配电到输电变电站的无人值班设计中，得到了广泛的应用。如１９９４年１０月，华北电力集团公司输变电访日代表团去日本考察的东山梨５００ｋＶ变电站、新西广岛５００ｋＶ变电站和九州电力公司５００ｋＶ中央变电站，都是采用分散布置的自动化系统。应该看到：由计算机技术、通信技术和数字信号处
理技术带动的信息化方向，从远动开始、经继电保护和自动装置，正向传统的能量计费领域挺进。

２　数字信号处理ＤＳＰ技术的发展

计算机技术和通信技术（含ＧＰＳ）的发展，带动了信息产业，甚至导致信息时代的到来，已是人所尽知的了。但对于电力行业而言，还不可忽视数字信号处理（ＤＳＰ）技术的发展，特别是ＤＳＰ对继电保护技术发展的影响。没有ＤＳＰ技术的应用，就难以出现象１０ｋＶ开关柜门上集测量、控制和保护，甚至电度表计于一体的综合自动化设备，５００ｋＶ线路上的行波测距和保
护也将碰到难以克服的困难。用于交流直接采样的ＤＳＰ，理论上并不复杂，但要作到速度快（至少每周采样９６点，抽样１６点计算出从基波到２～７各次谐波）、精度高（支持０．２级能量表计）、温湿度范围大（－４０～＋８５℃，相对湿度９５％），并能通过各种国际标准的抗振、抗干扰、抗腐蚀检验，就很不容易。这要涉及硬件和软件两方面的问题。就硬件而言，除了上面所说的采样速度、采样精度和环境条件外，还有两个问题。一是ＤＳＰ的实现是采用分立元件或是集成的ＤＳＰ芯片，而ＤＳＰ芯片又有民用品、工业品和军用品之分；二是将来自ＣＴ／ＰＴ或传感器的电流／电压波形信号送入ＤＳＰ前的互感器隔离和线性变换。其整体费用将随精度的提高而非直线上升（如一块进口的、能切断６０～８０Ａ电流的１级单相多功能数字分时电度表，含运费关税在内每只才３００来元，而０．２级的三相表就将接近１００００元）。电流／电压的波形信号采样完成后，就要由软件进行分析计算。

软件分析计算的速度和精度，主要取决于所采用的分析计算方法。分析计算实际上包括三个部分：一是对波形进行分析，得出基波和各次谐波；二是根据电工原理，计算出基波和各次谐波的电流／电压值；三是按照部件的功能要求，计算出所需的电工参数或继电保护的动作值。对波形信号的分析则是影响分析计算速度和精度的关键。当前，普遍采用傅立叶变换来进行波形分析。对于
正常运行状态下的电力系统，主要是对稳态下的基波和谐波进行分析，傅立叶变换显然是一个十分有效的工具。这就是为什么ＤＳＰ技术首先在远动系统中得到应用，并迅速发展起来的原因。但对面向提取和识别电力系统故障信息的继电保护而言，仅满足于当前利用故障分量中的工频或稳态分量来实现保护，就将会在实现诸如行波和超高速保护时，为解决快速动作与可靠性的矛盾而碰到困难。因为，傅立叶变换对建立在反应故障暂态分量基础上的行波和超高速保护，已显得无能为力。这时，就要用到８０年代末发现９０年代兴起的一种称为小波（ｗａｖｅｌｅｔ）变换的分析方法。