电力系统继电保护设备的可靠性状态检修技术研究(半稿)

目录TOC\o"1-3"\h\u28514摘要 绪论第一节选题的背景近几年来,我国国民经济持续高速发展,作为民经济的基础和代表先进生产力的电力工业,更得到了长足的发展,2002年底,全国装机容量已2.70亿千瓦,人均拥有装机容量只有0.22千,人均电力消费约935千瓦时,大致为世界平均(2230千瓦时的42%)。2003年,我国发电机量已超过三亿千瓦,位居世界第二,而人均水平只有0·3千瓦。我国电力供应总量不足的问题然存在今年春节后,全国的日用电量一直在高位行,每天都在55亿度左右,6月11全国用电总量创新高,达59·67亿度电。超过去年夏季的最高58亿度的历史最高值。一季度全国用电达4800亿千瓦时,比去年同期增长16·4%。一季度除吉、辽宁、黑龙江、新疆、海南电网外,其他省级电网律拉闸限电,形势比去年严峻得多。预计今年全缺电将高达3000万千瓦左右,将是近几年电力口最大的一年。我国电力严重不平衡,已严重制了国民经济的发展,破坏了人们的生存质量。国家电网公司负责人表示,今年我国电力投资将进入第一个爆发性增长年,预计增长35%左,而电力缺口加大、电价上涨迫切、GDP用电单耗持续上升等三大难题在短期内难以解决。对输变电企业,国产输配电设备由于其生产集度低、规模小、成本高,加入WTO后在价格和质等方面将受较大冲击。近年来,FACTS技术已经在美国、日本、瑞典、西等国重要的超高压输电工程中得到应用。有表性的FACTS设备有:可控串联补偿器、静止同补偿器、统一潮流控制器等。灵活交流输电技术CTS———FlexibleACTransmissionSystems,国际简FACTS,是近年来发展起来的一种集现代电力技、微处理与微电子技术、通讯技术和控制技术为体综合而成的用于控制交流输电的新技术。它以电力电子技术为基础并具有其他静止控制器交流传输设备,它们能够增强电网的可控能力,大提高供电系统的稳定性及可靠性,并增大输电量。由此可见FACTS就是基于电力电子变换器术并直接用于电网的一类快速控制功率设备的合,它们能实现灵活快速调节电网的无功、有功、流输电系统的阻抗、电压、相位的参数调节,大幅提高线路输送能力。国家电网目前正在推行全国联网。东北和华已于2001年度实现了交流弱联网,联络线功率十万千瓦。遇到的问题是两大区域电网之间的频震荡,其频率抵达0·3HZ,靠调整两大区的各发电机励磁系统电力系统稳定器(PSS)解决。03年9月又实现了华北和华中两大网交流弱相,联络线功率限四十万千瓦。遇到的问题是更低的振荡,频率抵达0·13HZ。至此,从我国最北的龙江南到西南四川的二滩水电厂从电气上已联一体,共四千多公里。从分析计算可知黑龙江省障有可能引起远在数千里之外的二滩水电站跳。华东和华中联网采用高压直流输电,可以控制频振荡的传播,是合理而前瞻的方案。对南方电力系统来说,交直流并行输电形成了特色,对系统分析、运行和调度都提出了复杂的新课题。要实现全国莲网,必须研究广域安全防御措施:做好远方故障的预警报告,实施紧急控制,将故障影响范围限制到最小范围,尽可能保证重要负荷,并且在最段时间内恢复正常供电。我国电网基本是以行政区划为基础,由小到大步发展起来的。进入21世纪,随着经济发展和部大开发战略的实施,电力需求快速增长,电力不断加强,我国电网发展开始进入全面推进西东送、南北互供和全国联网,实现更大范围资源化配置的新阶段。随着我国“加入世界贸易组进程的加快,电力工业改革的市场环境将更加善,为外资通过各种渠道进入我国发电市场开辟广阔的空间,而国内潜力巨大的发电市场则为外提供了用武之地。在电力发展方面,我国坚持统一规划,电网和源统一规划,适度超前建设,保证电网安全。在网管理方面,我国始终坚持“安全第一、预防为的方针,加快建立和完善重大电网事故的应急理机制。首先,应当保证现已配置的继电保护装置、安全自动装置能够快速正确动作,不断提高其正确动作率,确保各个开关装置不拒动、不误动。并且要考虑在并网运行的主要发电机组上安装电力系统稳定控制装置(PSS),以提高系统的稳定性。其次,应当尽快研制开发并推广应用实时、在线的快速解列装置,以便在一旦电力系统出现失稳迹象时,能够及时有效地解列故障点,保证电网迅速、可靠地过渡到稳定状态。第三,在有条件的情况下,应适当加快推广应用灵活交流输电(FACTS)技术,促进本土化的步伐,以便实现对交流输电功率潮流的灵活控制,大幅度提高电力系统的稳定水平。“十五”期间我国电力规划发电装机净增4500万kw,投产规模7500万kw,到2005年全国装机达到3·5亿kw,预计投资7000亿元。第二节研究的目的及意义电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化为电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。电能既能输送大量的电能、创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。继电保护是发电设备和电站、变电站及配电系统综合自动化监控调度电网系统稳定运行、线路安全提高电力传输和供电的可靠性不可缺少的重要组成部分之一,起着保证整个电力系统安全稳定运行的重要作用,是电网安全的哨兵。随着计算机技术近20年来的飞速发展,微机自动化装置在电力系统中得到了越来越广泛用,常规保护装置正逐步从电力系统中退出原占据的舞台。正在普及应用的微机型继电保护自检功能,有强大的逻辑处理能力、数值计算能和记忆能力,并且具备很强的数字通信能力,这切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌。此外,微机保护以软件计算实现保护功能,使继电保护摆脱了传统保护原理的束缚,能够充分用现代工程数学、信息技术、人工智能等学科的果,结合继电保护的工程实践,研制性能更加优、更能满足实际需要的保护装置。现在因为有了量功能,加入了电压测量,而有了电压测量值,继保护的实现方法就有了更大发展余地,这必然会发并研究出更适用于配电网的保护方法。伴随着我国电力建设的蓬勃发展,在电力监控配网自动化过程中,城网、农网改造拉动中低压统控制保护,给继电保护行业的发展带来新的机。随着科研工作的不断深入,在运行管理水平进步提高的基础上,继电保护必将能适应我国电力统的发展对保护灵敏性、选择性、快速性和可靠的新要求。继电保护装置是一种高由一个或几个具有自动机构的特殊继电器组成的自动保护装置，它一般由测量部分、逻辑部分和执行部分而组成。继电保护装置的可靠性是指由电力系统发生故障时在其规定的范围内不拒动作：能快速地、有选择性地、自动断开被保护元件，防止事故范围扩大化；出现不正常工作状态时，能及时向值班人员发出故障报警信号，以便能及时消除出现的不正常工作状态。但是在其他任何它不应动作的情况下而不产生误动作。继电保护装置的拒动和误会都会给电力系统带来严重的危害，但是因为电力系统的结构和负荷性质是不同的，这样而来拒动和误动给电力系统所造成的危害也往往会不同。继电保护及自动化装置是电力系统的重要组成部分，它反映电力系统中各种电气设备在运行中是否发生故障或处于不正常的工作状态，并能实现遥测、遥信、遥调和遥控，防止电力系统故障的扩大。因而，继电保护及自动化装置的可靠性，对电力工业的安全生产有更为重要的意义。电力系统安全、可靠运行时非常重要的，从而要求继电保护及自动化装置必须具有很高的可靠性。对于继电保护设备的可靠性指标和标准，目前在国际上，也没有成熟的标准和经验可以借鉴，在通过对继电保护设备产品工作特点的分析研究，初步确定继电保护及自动化装置的可靠性指标，为今后进一步深入开展继电保护设备可靠性特征量奠定基础。近年来，国内各大电网由于继电保护拒动、误动引起的大面积停电事故时有发生，给国民经济与人民生活带来极大危害。对此，防止继电保护不正确动作，提高继电保护的运行可靠性，具有十分重要的意义。第三节电力系统继电保护设备的可靠性国内外理论研究现状一、国外研究现状在过去的二十年中电器可靠性研究主要是针对接触器和有无继电器，日本在1980年发布了《有可靠性要求的小型控制继电器通则》，美国国防部在1964年发布了MIL-R-39016《有可靠性指标的电磁继电器总规程》，前苏联在接触器、继电器、控制器等电器产品的标准中也都规定了额可靠性要求及可靠性试验方法，法国及德国在有关产品标准中也规定了要通过统计方法来确定小容量交流接触器的寿命。国际上对量度继电器的可靠性研究起步较晚，IEC第41技术委员会电气继电器成立于1916年，1971年TC41布鲁塞尔会议决定成立两个分委员会：SC41A和SC41B。后者的主要工作范围是负责IEC电气工程领域内量度继电器及保护装置的标准化工作，考虑构成电力系统保护方案的装置的组合，包括用于这些系统的控制和检测装置。二、国内理论研究现状在电力系统工作中，系统元件不可避免会出现随机故障，且随电力系统电压等级与容量增大，一旦出现随机故障，将会影响较为广泛的区域，对使用客户的日常生活与工作造成不同程度的影响。因此，为实现电力系统安全且高效运行，保障民生社稷，加强继电保护的准确性、安全性以及可靠性是电力企业不断追求的目标。继电保护分为静、动态式两种装置，其中，静态式继电保护装置的元件种类较为繁杂，且元件的制作过程具有相当难度。因此，元件的质量、使用寿命受制于多方面因素的影响，进而提高电力系统出现随机故障的机率。继电保护装置能支持电力系统正常运行，需基于管理人员是否能对投入运行的继电保护装置给予合理化统一管理，管理人员对继电保护装置的认识度不高、工作不够到位等均会造成电网运行受到影响，能够制约电力企业的发展。孙鹏，李岩，刑念海，聂鹏（2013）提出继电保护装置有“正确动作”和“正确不动作”两种完好状态，说明保护装置是可靠的。如果保护装置在被保护设备处于正常运行而发生“误动”或保护设备发生故障时，保护装置却“拒动或无选择性动作”，则为“不正确动作”。就电力系统而言，保护装置“误动或无选择性动作”并不可怕，可以自动重合闸来进行纠正，可怕的是保护装置的“拒动”，造成的大面积影响，可能导致电力系统解裂而崩溃。蔡本晖（2014）对电力系统继电保护不稳定所产生的原因电力系统继电保护不稳定现象按照硬件因素、软件因素、人为因素三个大方面进行分类和阐述。其中硬件因素继电保护的硬件具有组成复杂、功能参数多、技术要求高的特点，其质量和可靠性对继电保护系统的稳定性造成直接影响。软件因素经过多年的发展与改良，在原有的电气跳闸装置等传统组件基础上，现用的继电保护系统与计算机和单片机等先进的控制技术进行了融合，为软件对继电保护的作用提供了支持。人为因素安装、调度、操作人员的工作失误，也是影响继电保护稳定性的重要因素，据统计，人为因素故障在220kV系统中占总故障的38%。近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。［11］神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，初步研制成功了这种装置。继电保护状态检修体系的实现需要微机保护、SEL保护装置等自动装置的监测信息，在线监测保护装置的运行状态。此外，利用远程传动诊断继电保护装置及断路空开的动作情况，自动实现监测、诊断设备确定是否需要维修，并合理地安排检修项目及维修时间。随着变电站和输电线路的数量越来越多，继电保护检验工作量剧烈增加。而继电保护系统作为保障电力系统正常运行的重要手段，其检修方式必须做出改变以适应电力生产发展的需求。电力检修的趋势是要求检修快速效率高，停电时间短，而相对应的电力检修人员并未随着电网规模的扩大正比增长，就使得技术人员长期超负荷工作，不但完成率无法保证，甚至容易发生误接线、误操作等事故。通常采用指标体系对电力系统继电保护可靠性进行评价，但是指标体系是否具有科学性、准确性、可靠性等能直接影响电力系统继电保护可靠性的评价结果。因此，我国电力企业需合理而科学的建立一个符合继电保护可靠性评价的指标体系，才能实现评价治疗量的提高。三、总结目前，对于可靠性理论在电力系统继电保护方面的应用研究还处于发展时期，在这方面的文献论述不多。国内外学者主要从正确建立继电保护系统可靠性指标体系及如何评估可靠性指标进行了研究，在工程、理论上也取得了一定的成果。研究系统可靠性的方法很多，其中以状态空间法、概率法、故障树法最常见。状态空间法引起适用范围较广，在可修复系统可靠性研究中得到广泛的应用，是一种非常有效的方法。电力系统中继电保护系统一般是可修复的，因此多数文献使用状态空间法研究继电保护系统的可靠性。第四节本文的框架结构及研究方法一、本文的框架一、绪论（一）选题的背景（二）研究的目的和意义（三）电力系统继电保护设备的可靠性状态检修技术国内外理论研究综述（四）本文的框架结构及研究方法（五）可能的创新和不足之处二、继电保护（一）继电保护的发展历程（二）继电保护的基本原理（三）继电保护的功能性要求（四）继电保护可靠性分析三、影响电力系统继电保护设备可靠性的各种因素（一）继电保护设备自身的因素（二）软件因素（三）外部环境因素（四）人为因素四、提高电力系统继电保护设备可靠性的各种技术措施（一）冗余技术（二）降额设计（三）EMC设计（四）提高软件可靠性（五）三次设计（六）提高人机交互可靠性（七）综合分析提高可靠性的技术措施五、继电保护未来的发展（一）计算机化（二）智能化（三）网络化（四）保护、控制、测量、数据通信一体化六、结论二、研究方法1、文献法：通过查阅文献资料了解、证明所要研究对象的方法。2、个案研究法：针对我国曾经及近几年出现过的电力系统与继电保护设备有关的事故，进行电力系统继电保护设备可靠性状态分析。3、调查法：收集、分析、整合资料。分析所收集资料，针对其中与本文有关联的内容加以整合。4、比较法：根据一定标准，对国内外的继电保护设备可靠性的技术分析进行对比，对不同的继电保护设备可开行状态技术检修的对比。可能的创新和不足之处一、理论及研究方法的创新之处二、可能的不足之处继电保护设备可靠性分析第一节继电保护的发展历史电力系统继电保护泛指继电保护技术和各种继电保护设备装置综合组成的继电保护系统，包括了继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术及通信设备，还包括获取点亮信息的电流、电压互感二次回路经过继电保护装置到短路跳闸线圈的一整套具体设备。由于电力系统的发展，用电设备的公路、发电机的容量增大，电力系统的飞速发展对于熔断器已不能满足选择性和快速性的要求。1890年出现了直接装于断路器上反应一次电流的电磁性过流继电器。1901年出现了感应型过电流继电器，1910年开始应用方向性电流保护，1920年后距离保护装置出现，1927年出现了高频保护装置，1990年，反应工频故障分量原理的保护装置被广泛应用。建国后，我国开始进行继电保护的原理研究并进行设计、制造，不断完善进步我国继电保护技术，在短短十年时间里就已经赶上了同先进国家水平。在上世纪50年代，我国创造性地对外国先进继电保护设备的性能和运行技术进行吸收消化后掌握，建立了拥有丰富运行经验和身后继电保护理论造诣的继电保护技术队伍，对全国的继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用，并在引进国外先进技术后建立了我国自己的继电器制造业。在20世纪50年代末，晶体管继电保护已开始研究，随着晶体管的发展，晶体管式继电保护装置出现。我国在上世纪60年代建立了机电式继电保护装置的研究、设计、制造、运行、教学等完整体系，为我国继电保护技术发展奠定了坚实的基础。60年代～80年代晶体管继电保护得到了广泛应用，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500KV线路上，结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。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、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。上世纪60年代到80年代是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护,运行于葛洲坝500kV线路上,结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。在20世纪70年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列,逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产和应用仍处于主导地位,这是集成电路保护时代。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,1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上新的一页,为微机保护的推广开辟了道路。从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全且工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。第二节电力系统继电保护电力系统在生产过程中，有可能发生各类故障和各种不正常情况，其中故障一般可分为两类：横向不对称故障和纵向不对称故障。横向不对称故障包括两相短路、单相接地短路、两相接地短路三种，纵向对称故障包括单相断相和两相断相，又称非全相运行。电网在发生故障后会造成很严重的后果：（1）电力系统电压大幅度下降，广大用户负荷的正常工作遭到破坏。（2）故障处有很大的短路电流，产生的电弧会烧坏电气设备。（3）破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统震荡甚至使整个系统失去稳定而解列瓦解。（4）电气设备中流过强大的电流产生的发热和点动力，使设备的寿命减少，甚至遭到破坏。不正常情况有过负荷、过电压、电力系统震荡等。电气设备的过负荷会发生热现象，会使绝缘材料加速老化影响寿命，容易引起短路故障。所以必须设置一套设备对电力系统实施监控，并对异常情况进行动作，使损失降低到最小。所以出现了继电保护设备。继电保护主要利用电力系统中原件发生短路或异常情况时电气量的变化来构成继电保护动作。继电保护装置的任务在于：在宫殿系统运行正常时，安全地、完整地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行依据；供电系统发生故障时，自动地、迅速地、并由选择地切除故障部分，保证非故障部分继续运行；当供电系统中出现异常运行工作状况时，它应能及时准确地发出信号或警报，通知值班人员尽快做出处理。继电保护被称为是电力系统的卫士，它的基本任务有：（1）当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。（2）当发生不正常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。继电保护装置广泛应用于工厂企业高压供电系统、变电站等，用于高压供电系统线路保护、主变保护、电容器保护等。高压供电系统分母线继电保护装置的应用，对于不并列运行的分段母线装设电流速断保护，但仅在断路器合闸的瞬间投入，合闸后自动解除。另外，还应装设过电流保护，对于负荷等级较低的配电所则不可装设保护。变电站继电保护装置的应用包括：（1）线路保护：一般采用二段式或三段式电流保护，其中一段为电流速断保护，二段为限时电流速断保护，三段为电流保护。（2）母联保护：需同时装设限时电流速断保护和过电流保护。（3）主变保护：主变保护包括主保护和后背保护，主保护一般为重瓦斯保护、差动保护，后备保护为负荷电压过流保护、过负荷保护。（4）电容器保护：对电容器的保护包括过流保护、零序电压保护、过压保护及失压保护。随着继电保护技术的飞速发展，微机保护的装置逐渐投入使用，由于生产厂家的不同、开发时间的先后，微机保护呈现丰富多彩、各显神通的局面。但基本原理及要达到目的基本一致。第三节继电保护的基本原理继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电器物理量变化的特征为基础来构成。电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：电流增大。短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由符合电流增大至超过负荷电流。电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。电流与电压值见的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压值见的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反向三相短路时，电流与电压值见的相位角则是180°+（60°～85°）。测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。不对称短路时后，出现相序分量，如两相及单项接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。此外，出了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护。因此继电保护基本原理是利用被保护线路或设备故障前后某些变化的物理量为信息量，当这信息量达到一定值时，启动逻辑环节，发出相应的命令。利用基本电气参数量的区别发生短路故障后，利用电流、电压、线路测量阻抗、电压电流间相位、负序和零序分量的出现等的变化，构成相应的保护。①过电流保护反应电流增大而动作的保护称为过电流保护。如在线路上发生三相短路故障，则从电源到短路点值间将流过短路电流，短路点之前的保护都可以反应到这个电流，但是只有离短路点最近的保护才最快跳闸来切除故障。②低电压保护低电压保护是反应电压降低而动作的保护。③距离保护距离保护也称低阻抗保护，是反应保护安装处到短路点值见的阻抗下降而动作的保护。利用比较两侧的电流相位正常运行时线路两侧的电流大小相等，相位差为180度，外部短路时结论与正常运行相同。若两侧电流相位相同，则判为内部故障。反应序分量或突变量是否出现电力系统对称运行时，不存在负序、零序分量，当发生不对称短路时，将会出现负序、零序分量。可以根据是否出现负序、零序分量构成序分量保护：根据正序突变量构成对称、不对称短路保护。反应非电量保护瓦斯保护、过负荷保护等。当前继电保护检修多以人工巡检为主，这种方式虽然能够在一定程度上发现故障隐患，但是仍存在着某种程度上的不足。定期检修是按规定周期检修排查，就使得检修周期内的故障不能及时发现;另外，周期检修会造成很大的过剩浪费。由于电力设备对于生产的重要性，其检修时间越短对生产生活的影响越小。随着变电站和输电线路的数量越来越多，继电保护检验工作量剧烈增加。而继电保护系统作为保障电力系统正常运行的重要手段，其检修方式必须做出改变以适应电力生产发展的需求。电力检修的趋势是要求检修快速效率高，停电时间短，而相对应的电力检修人员并未随着电网规模的扩大正比增长，就使得技术人员长期超负荷工作，不但完成率无法保证，甚至容易发生误接线、误操作等事故。要想电网可靠、安全的运行，继电保护的监测和检修必须要寻找新的解决办法。微机保护装置从一定程度上解决了这一难点。第四节继电保护的功能性要求（1）操作简单灵活继电保护在计算机技术的引用下，在人机界面方面越来越好，对电力系统的维护和调试工作也更加便捷快速，这样就缩短了电力系统中故障问题的解决和维修的时间，提高了检修的效率，而且在以往运行经验的积累基础上，也可以实现在现场通过相关软件方法来对继电保护的特性和结构进行改变。（2）优化继电保护的动作特征和性能继电保护正确率较高的一个表现就是，在得到常规保护不容易获得的特性时，其很强的记忆力可以更好地实现对故障的分量保护，因此，可以采取引进先进的自动化控制技术和新的数学理论和技术来实现。（3）易提高可靠性这一特点主要是体现在数字元件方面，数字元件的特性和性能具有很强的稳定性，不会因为温度的变化、电源的波动以及使用时间而受到影响，而且它的自检和巡检能力也非常好，能够采用软件对主要元件、部位的工况以及软件自身进行及时的检测。（4）远方监控继电保护装置的一个显著的优势就是可以在计算机技术的支持下实现远方监控的功能，它所具有的串行通信功能可以和继电保护监控系统的通信联络相结合，对不在一个控制区域的设备进行实时的监控。（5）有很大的功能扩充空间它可以给其他相关辅助功能的实现提供很大的空间，为其顺利实现创造很多的条件。例如：故障的录波和波形的分析等，它可以很便利的附加低频减载、自动重合闸、故障的测距等辅助功能。对继电保护装置的基本要求有四点：选择性、灵敏性、速动性和可靠性。（1）选择性当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其他非故障部分能继续正常运行。系统中的继电保护装置能满足上述要求的，就成为有选择性，否则就成为没有选择性。（2）灵敏性灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反应能力。在保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作；但在保护区外发生故障时，又不应该产生错误动作。保护装置灵敏与否，一般用灵敏系数来衡量。保护装置的灵敏系数应根据不利的运行方式和故障类型进行计算。灵敏系数越高，则反应轻微故障的能力越强。各类保护装置林敏系数的大小，根据保护装置的不同而不尽相同。（3）速动性速动性指保护装置应能尽快切除短路故障。缩短切除故障的时间，就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。（4）可靠性保护装置应能正确的动作，并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求，保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要的当、系统应尽可能的简化有效，以提高保护的可靠性。第五节继电保护可靠性分析随着我国现代化进程不断推进，各行业对于电力系统安全稳定运营的要求越来越高。近年来，继电保护在电力系统运用过程起到了非常重要的作用，但如若系统元件出现随机故障，将会影响电网的持续运行，同时给国民基础设施安全带来威胁。因此，为保证电力系统运行安全，研究电力系统继电保护可靠性尤为重要。从电力系统的构造来看，其主要由“三器”与接线组成，其中，“三器”为互感器、断路器以及继电器。回顾性分析，目前的电力系统继电保护是由机电、整流、晶体管以及集成电路发展而来的，随着我国自动化技术及科学技术的更新与进步，电力系统已经进入了微机时期，继电保护得到提高。传统的继电保护的精度准确性不高且对运行的电网计算速率较低，不仅影响工作效率，且难以维持电力系统持续性满足人们的需求。与传统继电保护局进行对比，现阶段应用于继电保护中的微机具有极高优势，利用其自身工作原理与独特的功能推进我国电力企业的发展。一、可靠性基础继电保护的功能，就是将检测到的电气量与整定值进行比较，在越过整定值或边界时就动作。继电保护装置工作的好坏用四个基本要求来衡量。可靠性。电力系统正常运行时，继电保护装置应可靠地不动作；当被保护设备发生故障或不正常工作状态时，继电保护装置应可靠地动作。前者称作安全性，如果电力系统正常运行时继电保护装置动作了，误发信号或误将某设备切除，非但为起到保护作用，反而由于误动作造成了电力系统的不安全；后者称作可依赖性，如果被保护设备发生故障或出现不正常工作状态时继电保护装置拒绝动作，就没有起到保护作用，该保护不可依赖。由此可见，继电保护必须满足可靠性的要求。迅速性。迅速性又可称作快速性，是指继电保护装置的动作速度。理论上讲，继电保护装置的动作速度越快越好；但是实际应用中，为防止干扰信号造成保护装置的误动作及保证保护间的相互配合，继电保护不得不人为的设置一动作时限。目前继电保护的动作速度完全能满足电力系统的要求。最快的继电保护装置的动作时间约为5ms。选择性选择性是指：电力系统出现故障时，继电保护装置发出跳闸命令仅将故障设备切除，使停电范围尽可能减小，保证无故障部分继续运行。二、继电保护设备的可靠性继电保护在电力系统中占据重要地位，属于电力系统的核心，能否正常运行对电力系统的工作起着关键性作用。随着我国电力企业的发展规模逐渐扩大，电网所覆盖的区域随之扩大，使用客户逐渐增多，因此，继电保护工作越来越受到电力企业的重视。在电力系统工作中，系统元件不可避免会出现随机故障，且随电力系统电压等级与容量增大，一旦出现随机故障，将会影响较为广泛的区域，对使用客户的日常生活与工作造成不同程度的影响。因此，为实现电力系统安全且高效运行，保障民生社稷，加强继电保护的准确性、安全性以及可靠性是电力企业不断追求的目标。电力系统继电保护有别于其他电子设备，工作过程体现了其有别于电子设备的一些特性，具体概括为以下几方面：（1）继电保护分为静、动态式两种装置，其中，静态式继电保护装置的元件种类较为繁杂，且元件的制作过程具有相当难度，因此，元件的质量、使用寿命受制于多方面因素的影响，进而提高电力系统出现随机故障的机率。（2）在电力系统中，投入运行的各线段的不同类型的继电保护装置彼此间具有相辅相成、共同配合实现电力系统持续正常工作。因此，研究继电保护可靠性不能仅针对于但类型继电保护装置，而是要面向应用于电力系统中的所有继电保护装置。研究项目包括，各个继电保护装置工作的可靠性、各个继电保护装置共同配合电力系统运行的可靠性。电力系统继电保护装置属于机电设备当中一种，其与电子设备有较为巨大的差异，继电保护装置主要由测量、定值调整、执行以及逻辑等几部分构成。继电保护装置工作原理基本概述为：首先，测量来自被电力系统保护的对象的运行相关信息，根据测量接受的数据信息与调整好的预计值进行对比，以此作为判断线段是否出现故障或电网运行异常的依据。其次，继电保护装置的逻辑部分对测量部分提供的信息进行判断，从而确认电力系统继电保护是否处于动作状态。再者，执行部分根据测量部分、逻辑部分提供的结果，判断是否予以电网运行，即发信号或跳闸。以上对继电保护工作原理进行分析，其全部过程均依据自动化技术完成，利用自动化系统对继电保护设备实现完整的支持，接收继电保护设备各个组成部分收集的数据以及通讯信息，同时对这些已接收的数据信息进行分析，分辨数据的安全与否。一旦数据不符合继电保护装置监测的相关要求，自动化系统立即报警，将报警处理结果向自动化系统反馈，经过自动化系统及时且科学的统计后，工作人员能及时的对报警信息进行有效处理，达到确保继电保护装置正常运行的目的。三、继电保护装置可靠性评估方法通常采用指标体系对电力系统继电保护可靠性进行评价，但是指标体系是否具有科学性、准确性、可靠性等能直接影响电力系统继电保护可靠性的评价结果。因此，我国电力企业需合理而科学的建立一个符合继电保护可靠性评价的指标体系，才能实现评价治疗量的提高。为建立科学而合理的指标体系，电力企业工作人员需同时进行以下几方面的工作。（1）指标体系需切实可行，符合实际。（2）以使用符合实际要求为前提，尽可能降低企业成本，以便于资金运作通畅。（3）可靠性指标的水平需根据电力系统继电保护使用条件的不同而确定。（4）指标体系需满足继电保护测定值范围之内。（5）指标系统能对现行的继电保护可靠性进行有效性分析，即指标体系的建立需具有较强的针对性。目前，我国电力企业对电力系统继电保护可靠性研究已有所进展，但因我国电力企业起步相对于国外先进国家较晚，自动化水平与国外存在一定落差，因此，研究工作仍需继续。在继电保护中，电力企业常采用“正确动作率”对继电保可靠性进行观测，根据观测结果，分析每年继电保护可靠性的变化，评估可靠性的价值。此外，采用“正确动作率”也能为不同电力系统继电保护可靠性的对比提供参考依据，进而分析出可靠性较强的电力系统继电保护装置，从而为我国电力继电保护水平的提高带来发展方向。然则，“正确动作率”对于我国电力系统继电保护可靠性虽有促进作用，但其自身也存在负面之处，该方法运用中没有考虑电网区域之外的随机故障不动作的发生频率，继电保护的可靠想准确性不高，难以提高工作人员的积极性，降低预防故障的意识。在“正常动作率”的影响之下，一旦系统出现故障，将会使局部或广泛的使用客户受到影响，如生活、工作、身心。第二章影响电力系统继电保护设备可靠性的各种因素第一节继电保护设备自身的因素（1）继电保护装置。继电保护装置中与继电保护可靠性密切相关的模块有：电源供应模块；中央处理模块；数字量输入模块；模拟量输入模块；数字量输出模块。（2）二次回路。由二次回路绝缘老化、裸露导致接地等原因造成的故障在继电保护系统故障中占有一定比例。（3）继电保护辅助装置。这些辅助装置包括交流电压切换箱、三相操作继电器箱及分相操作继电器箱等，它们起着极为重要的作用。（4）装置的通信、通道及接口。高频保护的收发信机、纵联差动保护的光纤、微波的通信接口等装置系统易于发生通信阻断故障，直接影响继电保护装置的正确动作。硬件因素继电保护的硬件具有组成复杂、功能参数多、技术要求高的特点，其质量和可靠性对继电保护系统的稳定性造成直接影响。第一，继电保护装置。继电保护装置中电源供应模块、数字量输入模块、中央处理模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、等都与继电保护的稳定性密切相关。第二，继电保护辅助装置。包括交流电压切换箱、分相操作继电器箱、三相操作继电器箱等辅助装置均对继电保护的可靠性起到重要作用。第三，二次回路。二次回路造成的继电保护系统故障主要原因包括回路绝缘老化、线路裸露接地等。第四，断路器。作为电力网络的重要组件,断路器的可靠性对继电保护于电力系统主接线的稳定均具有明显影响。第五，通信、通道及接口。容易发生通信阻断故障的装置包括高频保护的收发信机、微波的通信接口、纵联差动保护的光纤等,这些装置对继电保护的动作正确性与准确性造成直接影响。第二节软件因素软件出错将导致保护装置误动或拒动。目前影响微机保护软件可靠性的因素有：需求分析定义不够准确；软件结构设计失误；编码有误；测试不规范；定值输入出错等。软件因素经过多年的发展与改良，在原有的电气跳闸装置等传统组件基础上，现用的继电保护系统与计算机和单片机等先进的控制技术进行了融合，为软件对继电保护的作用提供了支持。影响软件可靠性的因素主要包括:编码错误、需求分析定义不明确、定值设定错误、软件结构设计失误、测试不规范等。软件故障将导致保护装置纠错能力失常、误动、拒动、功能畸变等。第三节外部环境因素对于继电保护可靠性来说，自然环境主要涉及到三个方面：其一，温度，往往由于温度的差异变化，使得元件器件的表面出现脱落，泄露的情况，由此将导致元件的性能不能有效实现。再者说，不同材料制造的继电元件，其对于温度的感应度也是不一样的，由此是的整个设备的可靠性也出现不一样的情况。也就是说，我们在思考温度因素的时候，也要讲元件的材料，元件的属性弄清楚。其二，湿度，一旦长期处于湿度过高的环境下，是的元件材料的机械性能和化学性能都发生了改变，出现体积过大，精度不清，密封性不良，表面脱落的现象。其三，过大的冲击和振动，此类情况下，将直接导致元件的结构变形，出现裂纹，使得其继电保护的可靠性大打折扣，由此极大的影响了继电保护的效率。第四节人为因素人为因素安装、调度、操作人员的工作失误，也是影响继电保护稳定性的重要因素，据统计，人为因素故障在220kV系统中占总故障的38%。人为因素造成的故障主要包括：安装人员未按设计规范操作；搭接不到位；接线错误；继电保护装置运行管理失误；忽略电气设备巡检；故障未能及时维修等。继电保护受自然、人为因素的影响。据调查，电力系统是否得以正常运行主要受三个方面的影响：其一，自然因素。对于电力系统运行而言，自然因素属于不可抗拒力，例如暴雨、寒雪、霜冻均对线段造成影响，降低继电保护可靠性。其二，人为因素：（1）制造商专业素质不高，制造过程对继电保护装置的设计缺乏合理、科学，以至于产品质量不高。此外，制造商对产品的安装没有符合作业标准，操作缺乏规范。（2）继电保护装置管理人员缺乏工作责任心。继电保护装置能支持电力系统正常运行，需基于管理人员是否能对投入运行的继电保护装置给予合理化统一管理，管理人员对继电保护装置的认识度不高、工作不够到位等均会造成电网运行受到影响，能够制约电力企业的发展。第三章提高电力系统继电保护设备可靠性的各种技术措施第一节冗余技术继电保护系统的设计可以采用容错技术，在不影响其正确的状况下，允许继电保护系统的个别装置的不正确工作。实现着中容错技术的一个方法是硬件的冗余。目前，在设计继电保护系统硬件的冗余时，通常采用并联、备用切换、多数表决等，这种冗余设计模式能够明显的改善继电保护的拒动率、可用度等可靠性指标，也能使误动率这一可靠性指标恶化。多数表决方式能够实现可靠性指标达到任一规定值，促进可靠性指标的改善；备用切换方式能够显著的改善可用度指标，但是对误动率、拒动率以及可靠度并没有影响。所以，硬件冗余设计需要以继电保护系统的实际情况进行选择。继电保护系统的优化冗余设计能够在满足可靠性指标的基础上，使用最少数量的保护装置，实现投资金额的最小化。虽然继电保护系统可靠性能的提高和投资金额的减少两者之间是相互矛盾的，然而两者求极值均可利用优化冗余设计方案之间的对比作出选择、解决。因此，在进行实际的继电保护系统的设计时，在任何状况下都能满足系统可靠性指标是，需将其放置在第一位。在系统完成正常工作所需的资源以外的附加资源称为冗余资源。应用冗余资源来克服故障影响的技术则称为冗余技术。通过冗余可以屏蔽或者恢复故障，从而提高系统的可靠性。冗余技术可以有如下几种基本形式：硬件冗余：应用附加的硬件来实现故障检测及容错；.软件冗余：应用附加的软件来实现故障检测及容错；信息冗余：应用附加信息来实现检错或纠错；时间冗余：应用附加的时间以执行系统的功能；硬件冗余：使用增加硬件设备（如多种结构、双机结构、表决系统）的方法，掩盖故障造成的影响，使计算机及其应用系统在发生局部故障时，系统任能正常工作，并将备份硬件接替上去。这是系统可靠性设计的重要内容。在考虑硬件冗余结构时，组建级、电路级、功能单元级、部件级、系统级一般都可以采用冗余结构，但在计算机应用系统级一般很少采用组建级冗余结构，并有并联冗余备份冗余和多数表决系统之分。其中，备份冗余又可分为热备份、暖备份和冷备份冗余。特点：主要用于高可靠性场合。软件冗余：采用编码、译码技术、检测和校正信息在传输、存储中产生的差错；采用软件保护技术，减少软件出错；采用多版本设计，降低软件错误而造成的影响；采用故障隔离和逻辑切换、重组合技术，减少故障产生影响；采用故障检测和恢复技术。特点：软件冗余的灵活性较大，可设计性较强，可调整性也很强。通过软件容错技术、信息保护技术、防火墙技术等，可以很好的达到通过软件设计来保证相关设备装置可靠性的目的。信息冗余：主要是利用增加信息位数和复杂的检错和编码。如采用奇偶校验、海明校验、CRC码校验、多重模块、阶段表决等方法检测信息差错，并进行自动纠错处理。时间冗余：故障限制；故障检测；故障屏蔽；重试技术；故障诊断；重组；恢复；重启；修复；重构。按照故障处理方式：故障检测；故障屏蔽；动态冗余。其中硬件冗余是应用最广泛的冗余形式，硬件冗余有三种基本的形式：被动冗余、主动冗余及混合冗余。冗余设计过程中，必定会增加整个系统的体积、成本等；在整个设计过程中也要综合考虑。在进行冗余设计时，一般情况下应注意：(1)在设计时应在可靠性、体积、重量及成本四者之间进行权衡优化设计；(2)在设计时，不是构成系统所有的单元都需要进行冗余设计，应选取那些可靠性薄弱环节和对执行任务及安全性影响至关重要单元进行冗余设计。(3)为了提高系统的任务可靠性，如果提高单元的元器件可靠性可以与进行冗余设计有相同可靠性水平；同时，提高单元的元器件水平较易且成本不高，那就采取提高单元的元器件可靠性水平，即选用高可靠元器件，尤其对长期工作的通讯产品尤为重要，往往在较长工作时间更显现出选用高可靠元器件的优越性。第二节降额设计降额设计可以通过降低零件承受的应力或提高零件的强度的办法来实现。工程经验证明，大多数机械零件在低于额定承载应力条件下工作时，其故障率较低，可靠性较高。为了找到最佳降额值，需做大量的试验研究。当机械零部件的载荷应力以及承受这些应力的具体零部件的强度在某一范围内呈不确定分布时，可以采用提高平均强度(如通过大加安全系数实现)、降低平均应力，减少应力变化(如通过对使用条件的限制实现)和减少强度变化(如合理选择工艺方法，严格控制整个加工过程，或通过检验或试验剔除不合格的零件)等方法来提高可靠性。对于涉及安全的重要零部件，还可以采用极限设计方法，以保证其在最恶劣的极限状态下也不会发生故障。降额设计，为了提升电子设备的可靠性而常用，主要是指构成电子设备的元器件使用中所承受的应力（电应力和温度应力）低于元器件本身的额定值，以达到延缓其参数退化，增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。施加在电子元器件上的电应力、热应力大小直接影响电子元器件的失效率高低。如锗NPN晶体管基本失效率与电应力及热应力关系，如果温度不变（0℃），而从满负荷使用降至额定负荷的0.1使用，则基本失效率降低了6倍；如果电应力不变（额定负荷的0.1）而温度从90℃降至0℃，则基本失效率降低了16倍；如果负荷及温度都降低，电应力从额定值0.6降至0.1，而温度从55℃降至0℃，则基本失效率降低到原来的1/20。在降额设计中，“降”得越多，要选用的元器件在性能就应该越好，成本也就越高，所以在降额设计过程中，要综合考虑。电子产品发展到今天，人们已经总结出“降额”的通用准则。但并不所有的电子产品都可以“降额”，在实现设计过程时，应该注意：(1)不应将标准所推荐的降额量值绝对化，应该根据产品的特殊性适当调整；(2)应注意到，有些元器件参数不能降额；(3)一般说来，对于电子元器件，其应用应力越降低越能提高其使用可靠性，但却不尽然。如聚苯乙烯电容器，降额太大易产生低电平失效；(4)为了降低元器件的失效率，提高设备可靠性而大幅值降低其应用应力，按其功能往往需要增加元器件数量和接点，反而降低了设备可靠性；(5)对器件进行降额应用时，不能将所承受的各种应力孤立看待，应进行综合权衡；(6)不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题，低质量产品要慎重使用。第三节EMC设计电磁兼容是研究在有限的空间、时间和频谱资源下，各种设备或系统可以共存而不致引起降级的一门科学。电磁兼容（EMC）包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两个方面。电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。要提升这种能力，有许多应用课题要解决，如：电磁波的散射、透射、传输、孔缝耦合，各种干扰源的机理和特性，各种干扰参数的计算和测试，各种结构的屏蔽效果，各种防护方法、测试方法、标准等等。对应设计的方法也有多种，如：防静电设计、防雷设计、防地电位升设计等等；一般从以下方面考虑，以保证产品的EMC特性：(1)静电放电的防护。首先要阻止电流直接进入电子线路，最普通的办法就是建立完善的屏蔽结构（必要时在外壳与电路之间增加第二层屏蔽层），屏蔽层接到电路的公共接地点上。对内部的电路来说，如果需要与金属外壳相连时，必须采用单点接地的方式，防止放电电流流过这个电路，造成伤害。(2)屏蔽。采用屏蔽的目的有两个：一是限制内部的辐射电磁能越过某一区域；二是防止外来的辐射进入某一区域。主要对电场、电磁场、磁场进行屏蔽（现实对磁场的屏蔽更难）。(3)接地。接地的目的一是防电击，一是去除干扰。接地可分为两大类，即安全接地与信号接地。接地时应该注意：接地线愈短愈好、接地面应具有高传导性、切忌双股电缆分开安装、低频宜采用单点接地系统、高频应采用多点接地系统、去除接地环路；(4)滤波。实际工作中，无法完全做好接地与屏蔽的工作。因此，会采用滤波（将不需要的信号去除）的方式来弥补不足，主要通过滤波电路来实现。在实际使用中，由于设备所产生的杂讯中共模和差模的成分不一样，所采用的滤波电路也有变化，可适当增加或减少滤波元件。具体电路的调整一般要经过EMI测试后才能有满意的结果。第四节提高软件可靠性单个微机保护装置的软件规模并不是很大，但针对不同的用户需求对软件源代码的修改所形成的版本众多，而且不能保证每一次修改都可以接受。有如下所列的非常现实的困难摆在保护开发项目管理人员面前：①开发项目的整体管理如何进行；②项目组的各个子项目如何统一调度；③项目组的成员之间如何进行有效协调；④修改轨迹如何保留，以便撤消不可接受的修改；⑤研发过程中形成的软件的各个版本如何进行标识；⑥各个版本的源代码和文档如何进行关联等。必须引入一种管理机制，在这种机制下，不仅是源代码，而且整个开发项目也可以得到有效管理。借助项目管理工具可以实现这样的目的，目前市场上可以选择的此类工具很多，例如VisualSourceSafe（简称VSS）具有面向项目的特性，能有效地管理应用程序开发工作中的日常任务。VSS将所有的项目源文件（源代码文件、文档等）以特有的方式存入数据库。开发组的成员不能对该数据库中的文件进行直接的修改，而是签出（Checkout）到自己的工作目录下进行修改和调试，然后将修改后的项目文件签入（Checkin）给VSS，由它进行综合更新。软件可靠性设计有自顶向下设计、结构化程序设计、程序综合与推导、函数程序设计以及有关的形式说明和程序变换等。这些程序设计技术的共同特点是：都能使程序具有既易于理解，又易于验证的良好结构，但这常常是程序运行效率偏低，为了解决这个矛盾，可先设计一个结构良好的程序，作为理解和验证的文本，然后用程序变换技术把它变换成一个高速运行的程序交付使用。(1)软件容错技术概念：软件容错是指在软件故障的情况下，系统仍能在预定条件和预定时间内仍能正确的执行的能力。原理：将若干个根据同一规范编写的不同程序或程序块，在不同空间同时进行或在同一空间依次进行，然后每一个预定的检测点上或最终通过表决器表决，或接受测试进行裁决。在判明其正确或一致后，接受这一结果，否则拒绝接受或给出报警。(2)信息保护技术概念：为防止信息被非法窃取、篡改、非法使用或被破坏而采取的保护措施。方法：身份验证与口令、信息编码与加密、内存保护、外存保护、防火墙等。(3)防火墙技术采用防火墙技术的目的：限制访问者进入一个被严格控制的点、防止进攻者接近防御设备、限制一个访问者离开一个被严格控制的点、检查、筛选、过滤和屏蔽信息流中有害服务，防止对计算机系统进行蓄意破坏。设置防火墙的作用：有效地收集和记录互联网上的活动和网络无用情况、能够隔开网络中的一个网络段与另一个网络段，防止一个网络段的问题传播到整个网络、防火墙是一个安全检查站，能有效地过滤、筛选和屏蔽一切有害的服务和信息、防火墙可作为防止不良现象发生的交通警察，能执行和强化网络安全策略。第五节三次设计三次设计也称田口方法，是田口玄一创立的优化设计的方法。他认为，设计可以分三个阶段进行：系统设计（提出初始设计方案）、参数设计（寻求参数的最佳搭配，提高产品性能的稳定性）、容差设计（对关键件以合适的公差范围）。三次设计的目的是用廉价元器件做成质量上乘、性能稳定可靠的产品。在三次设计中，参数设计是最重要的，是三次设计的核心。通过参数设计，即使采用参数波动大的元器件，产品的整机性能仍十分稳定。如何达到此目的？首先使系统达到最大的信噪比（即保证系统在各种干扰的影响下是最稳定的），而不是保证目标输出值；接着再把系统的输出特性值调整到目标值（这样可以大大地提高产品的稳定性）。这个过程其实质在于非线性效应的利用。在一个非线性系统/器件中：(1)器件的输入X与输出Y的一般波形如下图；(2)我们期望的目标输出值在A点；(3)在A点附近，如果输入的变化量Dx，对应的输出变化量Dy将很大；(4)所以在参数设计时，找到此器件最稳定的输出点：B点；(5)在B点附近，如果输入的变化量Dx，对应的输出变化量DY将很小；(6)针对B点的输出，我们采用一个线性器件把输出值调整到对应Ａ点的值即可。第六节提高人机交互可靠性操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来,完成。,可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。早期的人机交互设施是键盘显示器。操作员通过键盘打入命令，操作系统接到命令后立即执行并将结果通过显示器显示。打入的命令可以有不同方式，但每一条命令的解释是清楚的，唯一的。随着计算机技术的发展，操作命令也越来越多，功能也越来越强。随着模式识别，如语音识别、汉字识别等输入设备的发展，操作员和计算机在类似于自然语言或受限制的自然语言这一级上进行交互成为可能。此外，通过图形进行人机交互也吸引着人们去进行研究。这些人机交互可称为智能化的人机交互。提高人机交互可靠性的方法:(1)确定零件合理的安全系数安全系数是指零件在理论上计算的承载能力与实际所能承担的负荷之比值。确定安全系数时应考虑以下几个因素：环境条件的影响如温度、湿度、冲击、振动等；使用中发生超负荷或误操作时的后果；(2)贮备设计贮备设计是指将若干功能相同的零组部件作为备用机构，当其中某个零组部件出现故障时，备用机构马上启动工作，使机器仍能保持正常工作。例如，滚动轴承中的双排滚珠，当其中一排损坏时，另一排仍可以维持正常工作。采用贮备设计的产品，一般是有剧毒的化工设备、故障率较高的设备、流水生产线上的关键设备或一旦出现事故损失较大的设备。贮备设计的目的在于提高可靠性，如果盲目采用，或设计不当将会因增加体积、重量和费用而导致相反的效果。(3)耐环境设计在产品设计时要考虑环境条件的影响，应进行耐机械应力（振动、冲击等）设计和抗气候条件（高温、低温、潮湿、雨淋、日晒、风化、腐蚀等）设计。设计时就应预计产品实际使用的环境条件，并采取相应的耐环境措施。为此，在设计、试制阶段要进行实验室模拟或现场作预计环境条件下的可靠性试验，如耐久性试验、寿命试验、环境试验、可靠性测定和可靠性验证等试验。(4)简单化和标准化设计产品简单化和标准化是提高可靠性的关键，即产品在满足功能要求的前提下，其结构越简单越好，因为这时零件数少了，发生故障的机会就少了。在简单化和标准化设计中应注意如下几点：①应避免单纯追求高水平及复杂化，尽量选用标准件。②要处理好极限设计，设计时应考虑并保证产品在各种恶劣条件下工作的可靠性，可以通过保险机构、连锁机构等安全装置或安全措施来解决。(5)提高结合部的可靠性机械产品都是由若干零部件组成，故零部件间的结合部位很多。结合部位的配合性质有相对静止的，也有相对运动的，还有要求密封的，所以相应的有各种连接方式，如有螺栓螺母连接、焊接连接、销子或键连接、齿轮齿条连接、滑板与导轨连接或主轴与轴承连接以及法兰、密封圈与转轴或箱体连接等。这些结合部位的故障率一般都比较高，所以极易诱发其他故障的发生。为此，在可靠性设计时应特别注意设法提高结合部位的可靠度，即保证结合部的连接强度、刚度及配合精度和密封要求等。(6)结构安全设计在结构设计时，要做到结构合理，从根本上消除危险与有害因素，使操作者彻底从危险部位或危险状态下解脱出来，是提高产品可靠性和安全性的根本出路。例如，铁路上两节车厢之间的连接器，传统的方法用的是连杆插销连接器，工人在脱开或连接两节车厢时，必须接近两节车厢之间进行拔出或插入销子的操作，这时工人就处于可能被两节车厢撞击或挤伤的危险部位中，随时都可能被撞伤。而现在使用的车辆自动连接器，不需工人到两节车厢之间直接操作，而是利用低速相碰触自动连接。因为根除了危险因素，当然也就不会发生被车厢撞伤的事故了。(7)设置齐全的安全装置作为可靠性较高的现代化机械设备，已具备也必须具备必要的安全装置，以便用来防止超载、超行程、超温、超压、误操作、误接触、外部环境突变(如停电、停气等)而引起的事故以及限制事故的扩大。一般都是通过在线监测仪器及时捕捉异常信号的变化，当超限时立即发出警报信号、故障显示或自动停机等。这是设计、制造部门应完成的任务，绝不应把危险与有害因素等事故隐患留给用户。(8)人机界面设计人机界面是人与机器交换信息的环节，如果人机界面设计不当，人与机器相接触造成能量逸出，将直接会导致事故发生。所以在人机界面设计时，即人机工程设计时，必须考虑人的生理、心理因素，考虑人机协调关系，如人的正常生理能力和允许限度。要求所设计的显示器，长时间观察或监听而不易疲劳；操纵机构应设计成在操作时需要用的操作力不大，有“手感”而不沉重；控制器和显示器应尽量少而集中，配置合理，避免操作失误；且设有连锁保护装置，做到即使误操作某一控制器也不会引起事故。第七节综合分析提高可靠性的技术措施对于电磁干扰往往使用的是屏蔽，屏蔽可以分为三种，其一，电场屏蔽，其二，磁场屏蔽，其三，电磁屏蔽；在一般情况下都会使用电磁屏蔽的方式来有效的处理磁场的干扰问题。我们知道，对于电磁场最简单的措施，即在感应源和受感器之间亦金属隔离的方式，有效的避免寄生电容的耦合现象，此时就实现了电场的屏蔽。有时有些电场干扰比较强的，往往使用导电金属接地的方式，既有效又经济。还需要注意的不同的磁场干扰要使用相应的措施，唯有这样才能保证继电保护运作的综合分析提高可靠性的技术措施有：(1)冗余设计过程中，必定会增加整个系统的体积、成本等；在整个设计过程中也要综合考虑。在进行冗余设计时，一般情况下应注意：①在设计时应在可靠性、体积、重量及成本四者之间进行权衡优化设计；②在设计时，不是构成系统所有的单元都需要进行冗余设计，应选取那些可靠性薄弱环节和对执行任务及安全性影响至关重要单元进行冗余设计。③为了提高系统的任务可靠性，如果提高单元的元器件可靠性可以与进行冗余设计有相同可靠性水平；同时，提高单元的元器件水平较易且成本不高，那就采取提高单元的元器件可靠性水平，即选用高可靠元器件，尤其对长期工作的通讯产品尤为重要，往往在较长工作时间更显现出选用高可靠元器件的优越性；(2)在降额设计中，“降”得越多，要选用的元器件在性能就应该越好，成本也就越高，所以在降额设计过程中，要综合考虑。电子产品发展到今天，人们已经总结出“降额”的通用准则。但并不所有的电子产品都可以“降额”，在实现设计过程时，应该注意：①不应将标准所推荐的降额量值绝对化，应该根据产品的特殊性适当调整；②应注意到，有些元器件参数不能降额；③一般说来，对于电子元器件，其应用应力越降低越能提高其使用可靠性，但却不尽然。如聚苯乙烯电容器，降额太大易产生低电平失效；④为了降低元器件的失效率，提高设备可靠性而大幅值降低其应用应力，按其功能往往需要增加元器件数量和接点，反而降低了设备可靠性；⑤对器件进行降额应用时，不能将所承受的各种应力孤立看待，应进行综合权衡；⑥不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题，低质量产品要慎重使用；(3)计算机软件已广泛应用于工程系统，软件可靠性对工程系统的可靠性的影响也越来越受到重视。软件不会发生因易变性造成的失效，软件也基本上不会降级而且在发生了降级也易于将它恢复到其原始水准。因此一个正确的程序会无限地运行而不会失效，但软件可能会由于未检测到的错误而不能完成预期的功能，软件编写和设计的缺陷是软件失效的主要原因。软件可靠性与硬件可靠性存在一些差别。第四章继电保护未来的发展第一节计算机化计算机硬件迅猛发展，微机保护硬件也不断发展。原华北电力学院研制微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块大模块结构，性能大大提高，到了广泛应用。华中理工大学研制微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础32位微机保护。南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础微机线路保护，已到大面积推广，目前也研究32位保护硬件系统。东南大学研制微机主设备保护硬件也了多次改进和提高。天津大学一开始即研制以16位多CPU为基础微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器(DSP)为基础保护、控制、测量一体化微机装置，目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，精度受A/D转换器分辨率限制，超过16位时转换速度和成本方面都是难以接受；更重要是32位微机芯片具有很高集成度，很高工作频率和计算速度，很大寻址空间，丰富指令系统和较多输入输出口。CPU寄存器、数据总线、址总线都是32位，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成CPU内。电力系统对微机保护要求不断提高，保护基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据长期存放空间，快速数据处理功能，强大通信能力，它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机功能。计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实现，同微机保护装置大小相似工控机功能、速度、存储容量大大超过了当年小型机，用成套工控机作成继电保护时机已经成熟，这将是微机保护发展方向之一。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同一种工控机加以改造作成继电保护装置。这种装置优点有：(1)具有486PC机全部功能，能满足对当前和未来微机保护各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣工作环境，成本可接受。(3)采用STD总线或PC总线，硬件模块化，不同保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。继电保护装置微机化、计算机化是不可逆转发展趋势。但对如何更好满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护可靠性，如何取更大经济效益和社会效益，尚须进行具体深入研究。智能化

近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等电力系统各个领域都到了应用，继电保护领域应用研究也已开始。神经网络是一种非线性映射方法，很多难以列出方程式或难解复杂非线性问题，应用神经网络