<h3>世界上規(guī)模最大，安全運(yùn)行水平最高，擁有世界最高電壓等級、最大裝機(jī)容量和發(fā)電量，消納著世界上最大規(guī)模的清潔能源……如今的中國電網(wǎng)，總能讓人用起電來穩(wěn)穩(wěn)的、很安心。</h3></br> <h3>可你知道嗎？20世紀(jì)90年代以前，我國電網(wǎng)“生病”還比較頻繁。電網(wǎng)工作者統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，超半數(shù)的穩(wěn)定性破壞事故，都源于繼電保護(hù)缺陷。那時，高端繼電保護(hù)設(shè)備幾乎被國外企業(yè)壟斷。一套進(jìn)口輸電線路保護(hù)設(shè)備要七八十萬元，發(fā)電機(jī)保護(hù)設(shè)備價格更是高達(dá)兩三百萬元。更讓人無奈的是，這么高的成本，卻換不來電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。</h3></br><h3>繼電保護(hù)能夠在電網(wǎng)發(fā)生故障時，迅速檢測到并切斷故障部分，防止設(shè)備損壞和事故擴(kuò)大。它快、準(zhǔn)、狠，就像人體的免疫系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)“生病”時，率先發(fā)揮作用，是當(dāng)之無愧的“第一道防線”。許多電力人認(rèn)為它難度大、要求高、責(zé)任重，是一塊難啃的“硬骨頭”。今天我們就來聊聊它，以及我們是如何在這項(xiàng)技術(shù)上攻克難題，實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的。</h3></br> <h3>▲現(xiàn)在的繼電保護(hù)設(shè)備。</h3></br> <p class="ql-block"><b>01 繼電保護(hù)為什么叫繼電保護(hù)？</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">1875年，巴黎北火車站建成了世界上第一座火電廠，為附近照明供電。這個供電系統(tǒng)最早將熔斷器串聯(lián)于供電線路中，以保護(hù)發(fā)電機(jī)。發(fā)生短路時，熔斷器會首先熔斷，斷開短路的設(shè)備。原理跟這個差不多。</p> <p class="ql-block">▲“00后”可能沒見過。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">這種保護(hù)方式簡單，時至今日仍然廣泛應(yīng)用于低壓線路和用電設(shè)備之中。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">后來，電力系統(tǒng)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的熔斷器已經(jīng)無法滿足需求。于是，工程師們發(fā)明了電磁式繼電器（Electromechanical Relay），通過感應(yīng)電流或電壓的變化觸發(fā)機(jī)械動作，切斷故障電路。這就是最早的繼電保護(hù)（Relay Protection）——由繼電器實(shí)現(xiàn)的保護(hù)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">英文“relay”作動詞時，意為“傳達(dá)、轉(zhuǎn)發(fā)”，指將聽到的信息、信號、消息等傳遞出去。中文“繼”有延續(xù)、接替的意思，對應(yīng)“中轉(zhuǎn)、接續(xù)和傳遞信號”的意思。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式，隨著科技進(jìn)步不斷更新迭代，經(jīng)過近百年的發(fā)展，變換出了不同的形態(tài)。但“繼電保護(hù)”這一術(shù)語一直沿用至今。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">1950年以前，大部分的繼電保護(hù)都是通過<b>機(jī)電型繼電器</b>來實(shí)現(xiàn)的。核心特點(diǎn)是“電信號→機(jī)械動作→電路通斷”的物理切換機(jī)制。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>靜態(tài)繼電保護(hù)</b>出現(xiàn)在1950年后，第一代為<b>晶體管式</b>，第二代為<b>集成電路式</b>。集成電路式繼電保護(hù)裝置內(nèi)部大量地使用集成電路芯片，“與或邏輯”“計數(shù)”“比較”等均通過集成電路實(shí)現(xiàn)。從這時開始，繼電保護(hù)裝置的體積縮小了不少。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">隨著技術(shù)的發(fā)展，更智能的<b>微機(jī)繼電保護(hù)</b>誕生了。中國最早的微機(jī)保護(hù)裝置誕生于20世紀(jì)80年代，由華北電力大學(xué)楊奇遜院士團(tuán)隊(duì)完成開發(fā)。至此，繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)了像微型電腦一樣高效計算、存儲。后來，南瑞繼保的沈國榮院士又主持開發(fā)了微機(jī)保護(hù)裝置LFP-900。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">再后來，一代代的微機(jī)保護(hù)不斷地進(jìn)行了算法優(yōu)化，逐漸發(fā)展至今。</p> <p class="ql-block"><b>02 火眼金睛辨故障：</b></p><p class="ql-block"><b>繼電保護(hù)有哪些“招式”？</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">無論繼電保護(hù)怎樣發(fā)展，依靠故障元件與非故障元件在故障發(fā)生時的特性差異來完成動作的底層邏輯始終未變。按照保護(hù)原理，繼電保護(hù)又可以分為這幾類：</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>電流保護(hù)：</b>可以在短路導(dǎo)致電流突然增大時，甄別出故障及發(fā)生故障的元件，并將故障元件從電網(wǎng)中切除。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>距離保護(hù)：</b>就像用尺子量距離一樣，距離保護(hù)通過測量故障點(diǎn)到保護(hù)設(shè)備安裝處的距離來判斷故障位置。距離保護(hù)可以精準(zhǔn)判斷故障在哪一段線路，只跳閘故障區(qū)段，不影響其他部分供電。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>縱聯(lián)保護(hù)：</b>通俗點(diǎn)說就是線路兩端的保護(hù)裝置可通過光纖或者無線通信實(shí)時對暗號：“我這頭有故障！”如果另一端也說：“我也檢測到了！”兩端就立刻同時動作。就像兩個山頂?shù)纳诒?，一個喊“有敵人！”另一個確認(rèn)后立刻拉響警報，這比跑過去報信是不是快很多，可靠很多？</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>差動保護(hù)：</b>想象你守著一個重要的金庫，金庫只有一個入口和一個出口。正常情況：進(jìn)去的重量=出來的重量（金子只是短暫存放）。如果某天你發(fā)現(xiàn)：登記進(jìn)去的重量＞登記出來的重量，而且差了很多！你立刻拉響警鈴：“不好！有人偷金子！”然后馬上封鎖金庫所有通道。差動保護(hù)就是這個“超級警覺的守金庫的人”，一旦進(jìn)出的金子不相等就立即拉閘！</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">220千伏及以上電壓等級的電網(wǎng)，主要承擔(dān)輸電任務(wù)，其主保護(hù)一般由差動保護(hù)承擔(dān)，全線路任意點(diǎn)故障都能快速切除。110千伏以下電壓等級的電網(wǎng)，主要承擔(dān)供電、配電任務(wù)，其主保護(hù)一般由電流保護(hù)或距離保護(hù)擔(dān)任。</p> <p class="ql-block">▲供電員工在110千伏變電站核對繼電保護(hù)設(shè)備信息。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般要滿足<b>可靠性</b>、<b>選擇性</b>、<b>速動性</b>和<b>靈敏性</b>四個基本要求。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">可靠性是對繼電保護(hù)性能最根本的要求。不能有事的時候不動（拒動），也不能沒事亂動（誤動）。對220千伏以上電壓等級的電網(wǎng)來說，拒動一般比誤動帶來的后果嚴(yán)重，一般要裝設(shè)兩套工作原理不同、工作回路完全獨(dú)立的保護(hù)裝置提高可靠性。而母線保護(hù)的誤動會切除連接在該母線上的所有電力元件，要更加重視誤動的可能。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">其他幾個特點(diǎn)比較好理解，咱簡單介紹下。選擇性：保護(hù)裝置動作時，在盡可能小的區(qū)間內(nèi)將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，最大限度地保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。速動性：盡可能快地切除故障。靈敏性：故障發(fā)生時能敏銳感覺、正確反應(yīng)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">目前，我國繼電保護(hù)整體已經(jīng)<b>具有相當(dāng)高的正確動作率，具有國際領(lǐng)先的技術(shù)和水平</b>。這與一代代電力人堅(jiān)持不懈地研究、攻堅(jiān)密不可分。</p> <p class="ql-block"><b>03 國產(chǎn)逆襲之路：</b></p><p class="ql-block"><b>從依賴進(jìn)口到全球引領(lǐng)</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">20世紀(jì)90年代以前，我國電網(wǎng)超高壓線路保護(hù)裝置、大容量主設(shè)備的保護(hù)裝置主要依賴進(jìn)口。也正是從這個時期開始，中國的繼電保護(hù)飛速發(fā)展。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">前文我們有提到，20世紀(jì)80年代我國首套輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置通過鑒定并投入應(yīng)用，標(biāo)志著繼電保護(hù)進(jìn)入計算機(jī)時代。</p> <p class="ql-block">▲我國自主研發(fā)的500千伏線路成套繼電保護(hù)裝置。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">1999年研制的LFP-900輸電線路保護(hù)獲得國家科技進(jìn)步獎一等獎。2006年，RCS-900主設(shè)備保護(hù)獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎，構(gòu)建了我國繼電保護(hù)的技術(shù)體系。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">經(jīng)過多年發(fā)展，目前，國產(chǎn)微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品發(fā)展到以數(shù)字信號處理器為核心器件的第四代產(chǎn)品，設(shè)備水平不斷提高，逐漸被推廣應(yīng)用，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全自主可控，保障了供應(yīng)鏈安全。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">插播一則花絮</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">1997年初，國網(wǎng)電科院（南瑞集團(tuán)）繼電保護(hù)專家鄭玉平和同事去四川推廣國產(chǎn)保護(hù)設(shè)備。在大家百般爭取下，某新建的水電站500千伏送出工程工程方?jīng)Q定啟用這套全新的國產(chǎn)設(shè)備，但還是要用一套進(jìn)口的繼電保護(hù)設(shè)備兜底。過了一段時間，工程方把進(jìn)口的繼電保護(hù)設(shè)備都拆掉了，全部換為國產(chǎn)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">這也說明，這一時期，國產(chǎn)的繼電保護(hù)技術(shù)水平已經(jīng)邁入了“并跑”的階段。有了成功經(jīng)驗(yàn)，鄭玉平團(tuán)隊(duì)研發(fā)的繼電保護(hù)設(shè)備又相繼出現(xiàn)在三峽輸變電工程等大批重點(diǎn)工程中。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">中國研發(fā)的產(chǎn)品逐漸替代進(jìn)口產(chǎn)品成為我國電網(wǎng)繼電保護(hù)的標(biāo)配。這給國家節(jié)省了大量的進(jìn)口外匯支出，也終于把發(fā)展主動權(quán)牢牢地抓在自己手里。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">近年來，我國逐步建成世界上電壓等級最高、輸送距離最遠(yuǎn)、交直流混聯(lián)的特大型復(fù)雜電網(wǎng)。電網(wǎng)故障全局化特征日益凸顯，對傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)提出了新要求。國家電網(wǎng)“1000kV特高壓交流同塔雙回線路繼電保護(hù)研究”“特高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)適應(yīng)性和對策研究”等重點(diǎn)研究項(xiàng)目也應(yīng)運(yùn)而生。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">2008年12月，在南瑞集團(tuán)研發(fā)的特高壓電網(wǎng)保護(hù)裝置護(hù)航下，中國第一個特高壓工程晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范工程全面竣工。</p> <p class="ql-block">▲1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流工程。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">又經(jīng)過數(shù)年持續(xù)攻關(guān)，我國又成功攻克了特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)繼電保護(hù)關(guān)鍵理論技術(shù)難題，創(chuàng)立了適應(yīng)復(fù)雜電網(wǎng)故障暫態(tài)特性演化的差動保護(hù)技術(shù)體系，<b>研制出了系列差動保護(hù)裝置，推動我國電網(wǎng)完成以差動保護(hù)為主保護(hù)的升級換代，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)技術(shù)的中國引領(lǐng)</b>。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">目前，差動保護(hù)項(xiàng)目成果已廣泛應(yīng)用于我國220千伏至1000千伏各電壓等級電網(wǎng)，覆蓋新一代調(diào)相機(jī)組工程、川藏聯(lián)網(wǎng)等重要工程，全面替代進(jìn)口保護(hù)裝置，并遠(yuǎn)銷海外數(shù)十個國家和地區(qū)。國家電網(wǎng)首席科學(xué)家鄭玉平因差動保護(hù)技術(shù)獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。</p> <p class="ql-block">▲鄭玉平指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員開發(fā)繼電保護(hù)裝置。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">從繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展水平來看，我國繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了<b>“跟跑—并跑—領(lǐng)跑”</b>的過程，解決了電網(wǎng)發(fā)展過程中同桿雙回線路、變壓器勵磁涌流、特高壓保護(hù)、交直流混聯(lián)、大規(guī)模新能源接入等諸多難題。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>近30年，我國繼電保護(hù)裝置正確動作率一直保持較高水平，特高壓保護(hù)更是保持著100%的正確動作率。</b>可以說，我國這么多年來未發(fā)生大停電事故，高水平的繼電保護(hù)技術(shù)和高質(zhì)量的繼電保護(hù)裝備發(fā)揮了十分重要的作用。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">如今，在建設(shè)新型電力系統(tǒng)的背景下，高可靠性的繼電保護(hù)技術(shù)仍然是守護(hù)電網(wǎng)安全的“第一道防線”。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>從最初的“望洋興嘆”</b></p><p class="ql-block"><b>到如今的“全球引領(lǐng)”</b></p><p class="ql-block"><b>一代代電力工作者</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>以“一輩子辦成一件事”的執(zhí)著</b></p><p class="ql-block"><b>啃下了這塊“硬骨頭”</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>如今</b></p><p class="ql-block"><b>愈發(fā)穩(wěn)固的“第一道防線”</b></p><p class="ql-block"><b>默默守護(hù)著電網(wǎng)的安全運(yùn)行</b></p><p class="ql-block"><b>成就了我們用電時</b></p><p class="ql-block"><b>那份“穩(wěn)穩(wěn)的安心”</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>攻堅(jiān)之路仍在繼續(xù)</b></p><p class="ql-block"><b>為他們點(diǎn)贊、加油</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">技術(shù)支持｜國網(wǎng)電科院（南瑞集團(tuán)）</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">參考文獻(xiàn)｜《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》，張保會，尹項(xiàng)根主編，中國電力出版社；《小電工啃繼電保護(hù)》，李鳳海，竇曉林主編，中國電力出版社</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">感謝｜王中浪 吳丹 袁仲偉</p><p class="ql-block">撰稿&責(zé)編｜王一凡</p><p class="ql-block">執(zhí)行審核丨鄭欣月</p> <a href="https://mp.weixin.qq.com/s/PeRz3zZNnmP0RZlhg30q-A" >查看原文</a> 原文轉(zhuǎn)載自微信公眾號,著作權(quán)歸作者所有 <p class="ql-block"><a href="http://www.zit.org.cn/5eepigta" target="_blank">國網(wǎng)武漢供電公司·金銀湖供電服務(wù)站·榮獲“質(zhì)量信得過”班組示范級獎項(xiàng)</a></p> <p class="ql-block"><a href="http://www.zit.org.cn/5edbuv6d" target="_blank">電力系統(tǒng) 常用的五種串口通信協(xié)議</a></p>