保護(hù)繼電器在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用,它是保證供電可靠性的基礎(chǔ)。歷史上,它經(jīng)歷了三個(gè)階段,即電磁(式)繼電器,靜態(tài)型繼電器,微機(jī)型繼電保護(hù)。
電磁(式)繼電器 ( electromagnetic relay)
是利用輸入電路內(nèi)電流在電磁鐵鐵心與銜鐵間產(chǎn)生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器。他的主要工作原理是靠機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng),主要結(jié)構(gòu)部件有線圈(電流流過(guò)形成電磁鐵)、可動(dòng)鐵片、彈簧、觸點(diǎn)等構(gòu)成。
國(guó)際上,對(duì)于電氣繼電器標(biāo)準(zhǔn)的需求可追朔到十九世紀(jì)四十年代,當(dāng)時(shí)繼電器僅有機(jī)電式繼電器,直觀的機(jī)械動(dòng)作原理,簡(jiǎn)單的試驗(yàn)方法,工藝、設(shè)計(jì)和制造水平成為繼電氣動(dòng)作特性的主要決定因素。隨著動(dòng)作原理的設(shè)計(jì)形式不同,分為電磁式繼電器、磁電式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動(dòng)機(jī)式繼電器等。又根據(jù)功能不同,分為差動(dòng)繼電器、跳閘繼電器、阻抗繼電器、電抗繼電器等。
50年代,我國(guó)工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國(guó)外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù),建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍,對(duì)全國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長(zhǎng)起了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國(guó)外先進(jìn)的繼電器制造技術(shù),建立了我國(guó)自己的繼電器制造業(yè)。因而60年代是我國(guó)機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代。
靜態(tài)型繼電器 (static relay)
靜態(tài)型繼電器是相對(duì)于電磁(式)繼電器那樣靠機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)的有觸點(diǎn)繼電器來(lái)說(shuō),它是由電子(電模擬量 例如電流或電壓)、磁(磁通量)、光(光通量)、或其它無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的元件產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的一種電氣繼電器。
隨著半導(dǎo)體器件(二極管、晶體管、電阻及電容等分離元件)和60年代初級(jí)規(guī)模的集成電路的出現(xiàn),并且這些元件愈來(lái)愈多的應(yīng)用于繼電器中, 為了區(qū)別能用肉眼判斷機(jī)械動(dòng)作的電磁型繼電器才引入了“靜態(tài)繼電器”的概念。
由晶體管和集成電路構(gòu)成的靜態(tài)型繼電器和保護(hù)的基本特點(diǎn)是基于信號(hào)處理的電子電路,是靠邏輯判斷的純硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。自50年代末,晶體管繼電保護(hù)已在開(kāi)始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。其在此期間,從70年代中,基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)已開(kāi)始研究。到80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護(hù)。到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位,這是集成電路保護(hù)時(shí)代。
微機(jī)型繼電保護(hù) (microcomputer based relay protection)
微機(jī)型繼電保護(hù)是基于微處理器、和軟件編程技術(shù),集網(wǎng)絡(luò)化,智能化,保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化的保護(hù)裝置。
微機(jī)型繼電保護(hù)嵌入不同的軟件可實(shí)現(xiàn)不同的智能化功能,從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)型繼電保護(hù)復(fù)雜的運(yùn)算功能、強(qiáng)大的通信功能、便利的人機(jī)接口等功能。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,微機(jī)型繼電保護(hù)其內(nèi)部邏輯和保護(hù)特性通過(guò)微處理器、軟件和算法來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)離散技術(shù),基于有效值進(jìn)行驅(qū)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)了微機(jī)型繼電保護(hù)的數(shù)字功能,微機(jī)型繼電保護(hù)目前使用CPU的位數(shù)有8位、16位、32位。電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高,除了保護(hù)的基本功能外,還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能,強(qiáng)大的通信能力,與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力,高級(jí)語(yǔ)言編程等。
我國(guó)從70年代末即已開(kāi)始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究,高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過(guò)鑒定,并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用,揭開(kāi)了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁(yè),為微機(jī)保護(hù)的推廣開(kāi)辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面,東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的微機(jī)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、微機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)、微機(jī)變壓器組保護(hù)也相繼于1989、1994年通過(guò)鑒定,投入運(yùn)行。 西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向微機(jī)高頻保護(hù)也相繼于1993、1996年通過(guò)鑒定。至此,不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色,為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究,在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多成果。可以說(shuō)從90年代開(kāi)始我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。
如今,電力系統(tǒng)的微機(jī)繼電保護(hù)裝置中,也開(kāi)始采用了性能更好、功能更強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real Time Operating System,嵌入式系統(tǒng)通常包括構(gòu)成繼電保護(hù)軟件的基本運(yùn)行環(huán)境的硬件和操作系統(tǒng)兩部分)。