1　数字式线路保护面临的困难

　　继电保护装置除了在电力系统发生故障时的很短时间内动作外，长期是不动作的，因此装置的某些缺陷可能不被发现，从而成为故障时不能正确动作的隐患。另外，继电保护装置投入使用后，在它所保护的设备运行的情况下，是不允许进行调整试验的，因此继电保护的性能都力求能适应各种运行方式和各种复杂故障，鉴于此，对继电保护提出了速动性、灵敏性、选择性和可靠性四项基本要求，并对不同保护规定有具体的指标要求。例如对灵敏度规定在最不利条件下的最低灵敏系数，而在确定整定值时又引入最低安全系数以保证选择性。很显然，提高整定值的安全裕度必然要降低灵敏度，而为了提高动作速度，往往要降低安全性。因此，继电保护技术的困难一方面是检测精度的提高，另一方面是在各种复杂的情况下都能满足相互矛盾的四项要求。继电保护的正确动作取决于一系列因素，包括保护原理、装置的软硬件设计、产品质量、整定调试及运行管理等方面。

　　电力系统的发展，对继电保护不断提出新的要求，线路保护装置经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，发展到今天被电力系统广泛应用的数字式（也称作微机型）阶段。在计算机技术和通信技术飞速发展的今天，为了解决继电保护的技术难题，适应电力系统的发展要求，数字式线路保护还有些问题要解决。

　　2　实现高可靠性必须解决的问题

　　数字式线路保护包括硬件和软件两部分。

　　硬件系统一般包括数据采集（模拟量输入）、数据处理、开入开出和通信接口四部分。数据采集系统将直接影响装置的精度，为了提高信号分辨率及采样频率，使用高速的14～16位A／D转换器是必须的，并且能够对通道进行完善的监视。数据处理能力是制约原理方案正确实施的关键，为了实现高速可靠动作，使用新的原理方案是不可避免的，并且为了正确全面地分析保护的动作行为，应对保护动作时刻前后的所有模拟量、开关量及保护继电器元件的动作行为进行详细的记录，因此一般须采用大容量的存贮器及具有定浮点运算功能的32位微处理器方能满足要求。开入开出的设计对提高装置的抗干扰水平和可靠性至关重要，目前的保护产品仅能做到检测出口跳闸继电器的线圈，对断路器跳闸控制回路的完整性无法监测，如果这一问题得以解决，对电力系统的运行和检修具有极其重要的意义。通信接口的设计应包括就地和远方两个方面，以满足就地监视和自动化系统的通信要求，特别是与自动化系统接口应灵活方便。

　　影响硬件系统可靠性的因素很多，主要有以下四个方面：①选用元器件的质量；②制造工艺水平；③电路设计的合理性；④元器件的集成度。显然，电路设计在硬件系统的设计中仍占据极其重要的位置，设计完善的电路必须保证任何一个元器件失效不会造成系统的瘫痪，并能方便地将故障检出。

　　一般情况下，对同一硬件系统配置不同的软件，即可构成不同原理的保护装置，因此可以说软件设计水平的高低，对保护的性能有着巨大的影响。通常，保护软件和通信接口软件是彼此独立进行设计的，通信部分异常不应影响保护程序的运行，这就要求在软件设计时，对数据结构、中断（或任务）设置以及算法要进行全面的考虑，另外，对线路保护而言，由于对同一种故障类型，可以由不同原理的保护继电器反映，因此，继电器的并行工作将对装置的性能提高有着极其重要的意义。

　　3　实现高可靠性的途径探讨

　　为了实现高可靠性，通常在硬件设计时采用冗余设计，由多个完全独立的CPU系统完成保护功能，任一CPU系统异常，装置不应误出口跳闸，并且仍应具有反应各种故障类型的能力，3取2设计被证明是提高可靠性的一种成功典例。另外，设计硬件闭锁回路，该回路只有在电力系统发生扰动时解除闭锁，也是提高可靠性的一种简单有效措施。前面介绍的高精度的A／D回路、功能强大的CPU系统，应作为保护产品的基本设计。

　　对于模拟输入通道的正确性检测，一般采用软件手段按电流、电压求和平衡自检的方法进行，这种检测方法仅在输入通道损坏的情况下方有效，且不能定位到具体哪一路，而低通滤波回路特性的异常变化根本不可能检测出。显然，应采取措施进行完善的检测，例如：在A／D板内自产12倍工频信号，加于每一路有源滤波器上，20倍工频以上的信号则全部滤除，工频信号全部通过。在软件中检测每一路模拟信号中所加信号12倍工频信号是否正确。与常规的平衡电流、平衡电压检测相比，它能检出具体哪一路采集回路出错；具体到能检测出滤波电路的错误；对于不接零序电流、零序电压量的保护，也能正确识别。

　　装设在高压电网中的线路保护装置，会不断受到正常运行情况下和某些偶然情况下产生的强电磁干扰。另外，应用在数字式保护中的微电子器件很多，由于微电子器件耐受干扰的水平极低，因此，继电保护装置的抗干扰设计是继电保护工作者当前和今后相当长时期要特别关注的课题。为了保护装置能在电网中安全可靠运行，需要在两方面进行协调，一方面是保护装置应该具有一定的耐受电磁干扰的能力，同时这些装置本身也不应该对周围电子设备产生不能允许的电磁干扰，即应该具有电磁兼容性；另一方面是必须确保引入到保护装置的电磁干扰必须低于装置本身可以耐受的水平，两者缺一不可。前者由产品制造部门提供保证，这也是高可靠性保护产品研究设计的重点之一，而后者则有赖于电力部门恰当的二次回路设计与施工和必需的相应运行管理工作。由于干扰是不可避免的，有一些也是无法预见的，因此在产品设计中应考虑这些因素，由硬件实现的ECC（ERROR Correction Code）自检是一种很好的解决方案，在总线受干扰或由于其它不可预见的原因引起CPU系统出现错误时能及时检出，最为理想的情况是能将错误给予纠正。

　　运行经验表明，继电保护的正确动作和调试及运行维护水平密切相关，因此人机接口的设计显得非常关键，为了便于理解、使用和故障分析，汉化显示、菜单式操作、详尽的故障信息纪录（开入量、开出量及模拟量等）及详尽的事件信息纪录（继电器的动作行为、定值修改及其它可能对保护的动作行为有影响的事件）等设计思想必须在整套装置得以充分的体现。人机接口离不开通信，包括外部通信和可能的内部通信（此时，保护和接口由不同的CPU系统实现，实践证明这种设计安全可靠）。另外，为了适应自动化系统的需要，外部通信应具有非常强的适应性。采用大屏幕液晶显示器和通信功能强大的CPU系统，也是实现高可靠性设计不可或缺的。