1984年11月,在西安舉行的全國微機應用成果展覽會上,“MDP-1型距離保護裝置”獲一等獎。圖為“MDP-1型距離保護裝置”鑒定會現場。
“我國的微機保護研究起步于20世紀70年代末期、80年代初期,盡管起步晚,但很快后來居上。目前,國內自主研制的微機保護已發展到以數字信號處理器為核心器件的第四代產品,在原理、技術研究方面均處于水平!6月25日晚,記者在北京深圳大廈采訪了中國工程院院士楊奇遜,這位我國電力工業微機保護的帶頭人如是感慨。
這天,楊院士是來參加特高壓交流輸電標準化相關會議的,并擔任控制與保護組的組長。白天,他與大家討論先進的特高壓電網控制與保護技術。晚上,楊院士接受采訪,一段微機保護發展史,在他娓娓道來中仿佛就在昨天。
改革開放帶來了技術研究的希望
20世紀60年代,西方國家開始經歷以電子計算機技術為代表的轟轟烈烈的“第三次浪潮”,而此時,中國卻沉浸在大字報和標語的“紅色海洋”中。在許多人迷茫彷徨時,時任華北電力學院教師的楊奇遜,卻一直在國際先進的計算機技術。這使他在其后的繼電保護事業中大顯身手。
繼電保護裝置是電力系統中重要的自動裝置。它的功能是當電力系統內任何一點發生故障時,能夠迅速測量出故障點,并自動發出切斷開關的命令,使整個電力系統繼續正常工作。
微機保護是指以數字式計算機(包括微型機)為基礎而構成的繼電保護,起源于20世紀60年代中后期。20世紀60年代中期,有人提出用小型計算機實現繼電保護的設想,但是由于當時計算機的價格昂貴,同時也無法滿足高速繼電保護的技術要求,因此沒有在保護方面取得實際應用,但這為后來的繼電保護發展奠定了理論基礎。計算機技術在70年代初期和中期出現了重大突破,大規模集成電路技術的飛速發展,使得微型處理器和微型計算機進入了實用階段。價格的大幅度下降,可靠性、運算速度的大幅度提高,促使計算機繼電保護的研究出現了高潮。
在中國,微機保護的研究過程中,高等院校和科研院所起著先導的作用。從20世紀70年代開始,華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學自動化研究院,都相繼開始這方面的研制工作。“我在教電力系統繼電保護課程,趁這個機會也不斷深入理解和研究繼電保護的原理!睏钇孢d從未放棄這方面的努力。
改革開放,改變了中國知識分子的命運。1979年,中國在全國范圍內選派200名科技人員赴外進修,已做了18年教師的楊奇遜有幸入遠。他選擇了澳大利亞新南威爾士大學的Morrison教授,這位計算機保護的奠基人之一做自己的導師。事實上,楊奇遜與Morrison教授年紀相仿。
初到澳大利亞的楊奇遜,深知兩年時間何等珍貴!出國前,他根本沒有接觸過微型計算機,導師失望的眼神使他暗自下決心,一定要爭口氣。經過刻苦學習,楊奇遜的水平飛速提升。1980年8月,還在澳大利亞的他創造性地研制成功的“M6809大電阻接地距離保護裝置”獲得圓滿成功。這一裝置能在千分之七秒的時間內,地計算出短路點,并能快速地切除故障線路。
到了1981年,他的“微型計算機高阻接地距離保護”論文引起了國際同行關注。澳大利亞電力局立即作出決定,出錢資助楊奇遜繼續研究并攻讀博士學位。1981年11月18日,一篇來自堪培拉的新華社電訊報道刊登在國內的《光明日報》上,向中國人民報告了楊奇遜的海外成就。1982年,楊奇遜比規定時間提前一年完成了專業研究,被新南威爾士大學授予博士學位。以他在科技領域所取得的成果,楊奇遜完全可以選擇留在各方面條件更優越的澳洲發展。但當論文答辯通過后,他沒有任何遲疑,迫不及待地收拾好行囊踏上了回國的飛機。
楊奇遜回國的時候,當時的中國,微機保護的熱潮方興未艾。
中國臺微機保護裝置誕生
回國后,楊奇遜就像是一個沖刺的運動員,迫不及待地開展研究工作。“當時的學校和電力系兩級領導都到我家慰問,問我需要什么,還答應讓我從77屆學生里挑選好的。這可以說是要什么給什么。條件雖然不如現在好,在當時也是很夠意思了。另外,電力部也為微機保護立了項。”楊奇遜回憶往事,仍然非常感動。
1982年春節剛過,華北電力學院把動模實驗室旁邊的一個不足15平方米的狹長的房間騰出來,給他做專用實驗室,并給他配了一個剛畢業的大學生和一位實驗室技術員。
“我們要研制出中國的實用化微機保護裝置,要解決的是實用化和可靠性的根本問題。”為此,楊奇遜制定了非常明確的研究目標。學校經費不足、設備缺乏,大家就通力合作,自制設備,自己設計和組裝急需的輔助設備。他們用手電鉆的開啟來模擬電磁干擾和電源擾動,使用通斷接觸器模擬瞬變干擾和浪涌干擾等。實驗過程中發生了許許多多離奇古怪的現象,經常是感覺遇到了一座擋在面前的山,一旦問題解決后卻無暇輕松,因為前面還有更高的山。
相比于傳統的保護,微機保護不僅精度高、計算速度快、可靠性高、運行維護便捷、使用方式靈活,而且還可以實現傳統保護難以實現的原理和功能,這是電網向現代化邁進的重要支撐。
那一年的整個夏天,楊奇遜和助手們在“煉丹爐”般炎熱的實驗室里廢寢忘食。僅僅半年,我國臺微機繼電保護裝置試驗室樣機就完成了。但是,從實驗室樣機到實際工程的產品之間距離有多遠?大的難題是裝置的抗干擾性能。“初的實驗室樣機非常敏感,實驗室的照明燈開關時它都會誤動作。”楊奇遜笑著說。
“電力系統運用新產品一向謹慎。所以要感謝當時的河北電力局,有勇氣敢個吃螃蟹啊。1984年5月14日,我們的樣機在河北省邯鄲市馬頭電廠開始試運行。很多人對能夠實現人機對話的裝置好奇不已,因為它能夠把故障自動通過打印的形式予以體現。在試運行過程中,經歷了多次正確動作的驗證,此后這臺試運行的設備一直運行了許多年。”
1984年,MDP-1型微機距離保護裝置經過試運行的考驗,順利通過了專家的技術鑒定,并于同年參加了全國首屆微機應用成果展覽會,并榮獲一等獎。1984年12月13日,《河北日報》報道,華北電力學院副教授楊奇遜等研制成功我國套微型計算機距離保護裝置,將微型計算機應用于輸電線路的繼電保護。
中國微機保護走出實驗室
MDP-1型微機距離保護裝置通過了技術鑒定,楊奇遜和他的攻關小組馬上又開始研制可以批量供貨的成套微機保護裝置。1986年,中國套WXB-01成套微機線路保護裝置在遼寧省遼陽供電局投入運行,卻引起了熱烈歡迎和強烈反對兩種效應。
國際上電力系統繼電保護的技術發展歷經了電磁式保護—整流型保護—晶體管保護—集成電路保護—微機保護的發展過程。“80年代,中國剛剛普及晶體管保護,國內一些研究單位已經開始研制集成電路保護。這個時候直接推出微機保護,許多人擔心裝置的穩定性、可靠性和可操作性等。有人主張先發展集成電路保護,時機成熟了再談微機保護。爭議非常激烈。”楊奇遜說。
與其花時間爭論還不如抓緊行動,楊奇遜帶領著研發團隊深入現場了解終用戶的使用習慣,堅持“不讓問題過夜”的理念,很快用戶就喜歡上了這個跨時代的、令人感到玄妙神奇的產品。當WXB-01投入運行后,一系列正確動作行為呈現在人們面前時,反對的聲音逐漸消失了。
為了驗證套實用化的高壓線路微機保護裝置在實際短路情況下的動作行為,河北省電力局于1987年9月26日在邯鄲供電局進行了一次人工短路試驗。實驗表明:微機保護動作可靠、迅速、抗弧光電阻能力強,測距準確。隨即,河北省電力局在石家莊、定州、保定之間的兩條雙回線上全部采用了微機保護,中國電力自動化行業進入了微機保護的推廣應用階段。
上世紀80年代末,楊奇遜又把更為成熟的微機保護技術轉讓給了國內幾家大型繼電器制造廠。在到各地講學推廣微機保護的同時,楊奇遜在學校開設“計算機繼電保護專題”課程,籌建了微機保護研究室。直到那時,他仍把自己單純定位為一個高校學者。
1993年,楊奇遜年滿56歲,正值中國改革開放的第二次高潮。目睹微機保護市場上,許多產品被進口產品占據,楊奇遜徹夜不寧。當國內的幾家繼電器制造廠的領導找到他,建議成立一個公司時,他同意出山組建了北京四方繼保自動化股份有限公司。至今,四方公司的5萬多套微機保護裝置和3000多座35千伏至500千伏綜合自動化變電站被電力系統采用,并遠銷海外?梢哉f,今日四方,是中國微機保護科技成果迅速產業化的典范。伴隨著產業的發展,依托科技進步,目前,中國電力工業進入微機保護時代。
記者了解到,1997年的全國繼電保護工作會議,針對當時電網事故頻發、保護不正確動作次數較多的情況,提出了大幅度提高正確動作率的工作目標。到2006年年底,國家電網公司系統220千伏及以上保護設備微機化率達到91.45%,其中線路保護微機化率為98.20%,變壓器保護微機化率為78.32%,母線保護微機化率為69.85%。實踐表明,微機保護的正確動作率明顯高于傳統的保護,從1997年到2008年,國家電網公司220千伏以上系統繼電保護正動率由97.26%提高到99.95%,電網故障快速切除率由96.95%提高到。國產化水平也在提高,2006年年末,220千伏及以上系統繼電保護國產化率就已達到88.51%,線路保護的國產化率達到89.13%。
“您當時預見到這番前景了嗎?”記者問。楊奇遜說,“我一直相信,微機保護有美好的未來,但我沒想到,這個時代來得這么快。我的老師也覺得難以置信。2005年,我請Morrison教授來華,當他見到四方公司的龐大生產規模時,異常震驚,因為微機保護在中國的發展已經過了很多西方發達國家!