20多年来，我国电力工业取得了长足的发展，随着三峡工程的竣工，将形成全国联网的局面，电力系统向大机组、大系统、高电压方向发展，更经济、更高效地向用户提供大量的电能，但这同时对电力系统的运行和保护提出了更高的要求。
1 主设备数字保护的现状
电气主设备(发电机、变压器、母线等)是电力系统中的重要元件，它的安危将极大地影响电力系统的安全稳定运行，因此对主设备的要求非常重要。经过多年的科 研与开发，主设备保护也和线路保护一样经历了电磁式、晶体管式、集成电路式、数字式保护四个阶段。相对来讲，电气主设备保护的发展滞后于线路保护的发展，主要原因是电气主设备的机电和电磁特性复杂，保护配置品种繁多，参数复杂，且长期以来对主设备缺乏科学的故障分析工具，不像线路保护那样可较清楚地分析故 障成因及故障过程。目前系统中还有一些老电厂采用传统式保护，但新建电站的主设备基本选用数字式保护，且原有的传统式保护正在有步骤地更换为数字式保护。这表明了数字保护正在迅速成熟并体现出强大的优越性和生命力。有些数字保护装置除了完成相应的保护功能外，还可直接通过网络接口连网，将保护事件和保护的 录波上传，实时的显示保护动作情况和参数变化。这为分析保护和改进性能提供了好的手段，由于保护对象的复杂性，需通过信息对各种工况引起的复杂现象作深入彻底的分析，并采取对策，这对主设备的保护趋于完善将起重要作用。
2 电流互感器饱和与数字差动保护可靠性之间的关系
采用数字技术后，差动保护功能和灵敏度都有很大的提高。一般来说，主设备90%上的内部短路故障都能由差动保护来切除。在电磁式发电机—变压器组保护中， 保护的动作时间为60～70ms，而在数字式发电机—变压器组保护中，保护的动作时间为20～30ms，动作速度提高了2倍多，这对减轻主设备损坏起到了很大的作用，但随着数字保护动作时间的缩短，在工程应用中也逐渐暴露出了很多问题。
大机组时间常数大，非周期分量衰减慢，易使电流互感器(CT)进入深度暂态饱和，而引起差动保护误动。研究表明，单纯比率制动特性的差动保护是无法躲过由于CT暂态饱和引起的差动保护误动，这就更需注意判断CT饱和的问题。如检测到CT饱和，则自动进入CT饱和处理程度，附加许多条件来综合判断，在不降低 灵敏度的情况下，提高保护抗CT暂态饱和的能力，提高保护的可靠性。差动保护的可靠性又与动作方式、数字滤波算法、数据窗的长度有很大的关系。不能单纯通 过抬高保护的定值来解决CT饱和情况下的可靠性，下面介绍一些方法。
如图1所示，保护原理本质上是比率制动特性，借鉴母差保护中的抗盯饱和的措施，认为在故障发生的前半个周波内CT没有饱和，半个周波后CT开始饱和。差动 保护采用的抗饱和措施是增加了一个附加制动区，用饱和检测器检测叮饱和，并作为一个附加的制动措施。饱和检测器是动态运行的，如在外部故障时，CT饱和， 制动电流初始值很大，差动轨迹进入附加的制动区域;相反，在区内故障时，运行点沿着故障特性曲线移动。当检测到外部故障时，差动保护出口闭锁一段时间，该闭锁在差动轨迹沿着故障特性曲线移动2个周期就解除。此方法通过附加制动区和延时闭锁，避免了外部故障由于CT饱和的差动保护误动。
3 现代数字保护的模块化设计和保护配置
3.1 数字保护的模块化设计
早期的微机保护装置由于受到硬件条件的限制，因而不利于保护功能的扩展。目前硬件的集成度、网络的通信能力等进一步提高，导致数字继电保护的产品向着模块化、多功能、高集成的方向发展。模块化设计对保护无论从软件和硬件上来说都是大势所趋。在软件开发领域流行的ODP(面向对象)技术，同样可在继电保护的 软、硬件设计中得到体现。如将各个功能插件视为对象，将各保护模块视为对象，基本做到“即插即用”，以满足不同用户需求。
图3是发电机—变压器组数字式保护的模块化设计配置示意图，数据采集部分和保护原理部分独立成模块，各保护原理如发电机差动保护、变压器差动保护等也独立成模块。在硬件许可时，可方便地增加和删除某个保护模块，出口跳闸方式的定义可自动调整和设置。另外，模块化设计可自动生成技术文挡、自动完成测试和故障 录波等功能。
3.2保护双重化问题
在超高压电网的实际运行中，保护双重化的配置已基本上得到了落实。随着硬件成本的降低，对于主设备数字式保护，采用两套独立的保护已成为规程的要求。
保护双重化有两种方案，一种是完全双重化(见图4)，即两套保护的模拟信号来源不同，使用独立的直流电源和不同的CT二次回路，但每套保护装置的主保护和后备保护共用一个保护CT。是否采用完全双重化是一个值得讨论的问题，它的优点很明显，但它也有很多缺点，如停柜维修困难，模拟量、信号和跳闸接点太多，工程布线难。另外一种是部分双重化，即重要的保护双重化，如图5所示，即将关系到设备安全的重要保护双重化。部分双重化方案的特点是简化了保护的配置，接线方式简单，适合于模块化技术的应用。而后备保护配置复杂，容易造成误动，统计资料表明，后备保护误动的概率达到20%～30%，若考虑主保护拒动而由后 备保护来跳闸，则主设备已严重烧坏，故不太重要的后备保护不必双重化，而主保护必须可靠动作。
4 现代数字保护的容错问题
目前常用的出口闭锁容错方法是三取二投出口回路电源方式，见图6所示。即只有当三个处理器(CPU)中的任意二个启动才能投出口电源，这就避免了因一个CPU误启动而引起保护装置误启动的可能性，这在线路保护中应用较广泛。
采用双CPU容错技术可从根本上消除保护由于硬件问题引起的误动。两个CPU同时处理一组数据，且两个CPU之间相互交换信息，将硬件故障可能引起的误动和拒动及时检查、纠正，当被检测出一个CPU有故障，允许另外一个正常的CPU独立工作。
5 现代数字保护中的热点问题
5.1 保护的速动性和系统的稳定性问题
一般认为，加快保护的动作速度可提高系统的稳定性。但研究发现，并非系统中的每条线路故障都会引发系统的稳定性事故，也就是几条重要的线路对系统的稳定性影响较大，对这些线路，加快保护的动作时间，对提高系统的稳定性非常有效。对关系系统稳定不大的线路，如果将它的动作时间延长一点，将大大增强保护装置的 可靠性。线路或主设备对系统稳定敏感程度的分析，对合理处理保护可靠性和系统稳定性之间的问题有很重要的作用。
5.2 变压器差动原理的讨论
差动保护原理的提出是建立在电路KCL定律基础上的，如发电机差动保护原理是严格满足KCL电流定律的。从电路上看，变压器一次绕组和二次绕组并非是一个 节点，变压器差动保护原理是建立在变压器稳态磁路平衡的基础上的，是差动保护原理的一种拓展，在暂态过程中这种平衡关系将被打破，只有等到暂态过程衰减后，这种原先的平衡关系才能重新建立，因此需要检测这种暂态，变压器差动保护中的关键问题是如何处理励磁涌流导致的误动，目前常用的涌流闭锁方法有二次谐 波制动、间断角闭锁等。励磁涌流是一次系统在稳态和衰减直流分量叠加磁链的激励下，作用于非线性励磁特性的电流输出。衰减的直流分量在频域中是用傅立叶分析的一个连续的密度谱，而稳态交流分量在频域上是用傅立叶级数分析的一个离散幅值谱，在保护的数字信号处理中，将衰减的直流分量在时间上截断并进行了周期 延拓，导致产生成了离散的幅度谱，混叠到了原来的幅度谱中，影响了二次谐波分量的大小，给二次谐波制动原理的差动保护带来了困难。
5.3 差动保护的启动电流的讨论
变压器差动保护在现场的动作准确率较低，运行部门通过提高启动电流来提高差动保护的可靠性，但这却降低了内部轻微故障的灵敏度。实际上，差动保护的启动电流、拐点电流、斜率对灵敏度都有相互的制约关系，关于这方面的详细讨论见参考文献。
5.4 电网的发展和继电保护的观念变化
以前电网比较薄弱，保护运行主要是基于不能停机的考虑。现在随着电网的发展，电气距离越来越远，此时就是保护切掉一条线路，对系统稳定性的影响也不大。
5.5 数字保护的发展和原理选择的变化
软、硬件相互独立，选择更高性能的保护原理，利用数字保护的优势，将人工神经网络技术、小波技术、综合保护技术、标识制动技术、快速算法技术、高抗CT饱 和的鲁棒技术、波形技术等来实现快速、高精度、性能可靠、原理先进的新一代数字保护。采用开放接口和平台、分布式数据库技术，通过光纤完成保护数据的共享和上传，保护可通过网络化运行管理和Web浏览器管理。
6 现代数字主设备保护的技术展望
发电机、变压器、母线作为电力系统中的重要元件，其保护性能的提高对提高电力系统的性能具有非常重要的作用。因此需要不断研制性能可靠、技术先进的主设备保护，如采用具有抗CT饱和的新型差动保护原理。目前，差动保护原理中使用的主要原理有比率制动原理、标识制<
