智能化變電站繼電保護技術的發展研究

高鵬

（銅陵學院， 安徽 銅陵 244000）

智能化變電站繼電保護技術的發展研究

高鵬

（銅陵學院， 安徽 銅陵 244000）

隨著社會的不斷發展，人們對于電力的需求不斷增加.為了滿足日益增長的需求，智能化變電站應運而生，并不斷進步.在智能化變電站中，繼電保護技術發揮了重要作用，為變電站供電的可靠性提供了最大程度的保障.本文針對智能化變電站與傳統變電站繼電保護技術的比較、智能化變電站繼電保護技術的發展做了簡要分析.

智能化變電站；繼電保護技術；發展

1 引言

隨著科學技術的不斷進步，近年來我國變電站已經在自動化、智能化方面實現了大幅度跨越.通過不斷應用自動化系統和設備，有效地減少了建設費用，節約了成本.

在我國變電站中，繼電保護技術是電力保護系統的重要組成部分.應用這一技術之后，智能化變電站的工作人員便能夠通過信號或者相關的調試找到變電站的設置問題從而提供解決方案.另外這一技術也為智能化變電站的電力控制、裝置保護和電路檢修提供了很大幫助.

2 繼電保護技術的發展

2.1 計算機化

從計算機誕生至今，計算機技術一直在不斷發展，信息化技術與各行各業的聯系越來越緊密，再加上硬件設施性能越來越高，將計算機技術應用于繼電保護是水到渠成的事情.

一開始的數字化繼電保護技術叫做微機保護，采用8位單中央處理器結構，后來的微機保護就采用多中央處理器機構，而現在的智能化繼電保護技術采用總線微機保護，性能得到了很大提升，同時應用范圍也在不斷擴大.

同時，智能化變電站對于微機保護的要求也越來越高，除了要實現基本的保護基礎功能，同時還要保證其能夠存放較大數量的數據與故障信息.另外還要能夠實現及時處理功能，增強其與其他保護、控制裝置、調度網絡的通信能力，共享相關數據、信息、資源.

由以上可以看出，繼電保護裝置由電子化逐漸向計算機化方向發展，并且這種發展會一直持續下去.

2.2 網絡化

當今社會，網絡已經成為數據、信息傳遞的主要媒介，逐漸成為信息時代發展的技術支柱.同時，其對相關工業領域的影響也在不斷加深，可以為相關工業領域的運行提供可靠的通信方式.

傳統的繼電保護裝置不但可以進行差動保護和縱聯保護，還可以切除發生故障的元件，盡可能減小故障的影響范圍.經過不斷運行與實踐，對于繼電保護裝置的要求不斷提高.現在，變電站不但要求繼電保護裝置能夠實現傳統裝置的所有功能，還應該對整個電力系統運行的可靠性與安全性進行更有力的保障，也就是要求每一個保護單元都可以共享系統運行的狀態和故障信息數據.不僅如此，每一個保護單元還應該可以再分析、處理這些數據并與重合閘裝置進行協調工作，從而保證電力系統能夠可靠、安全運行.

由以上要求可以看出，如果要達成這個目標，基于計算機網絡的連接必不可少，即必須實現繼電保護的網絡化.實現繼電保護的網絡化，有很多重要意義：繼電保護裝置能夠獲得并保存越來越多的故障信息，經過分析后，可以對具體的故障位置和性質進行準確判斷，甚至能夠準確檢測故障的距離.如果要達到這種對故障情況和系統運行方式自適應的目標，一定要獲得足夠多的故障信息以及系統運行情況來作為原始資料，通過繼電保護裝置的網絡化，可以有效達到這一目標.因此，繼電保護裝置的網絡化能夠大大增強保護性能和裝置的可靠性，從而保證智能化變電站的持續、高效運行.

2.3 保護、測量、控制、數據通信一體化

在實現了計算機化和網絡化之后，繼電保護裝置就成為了一臺有多種功能且性能良好的計算機，是整個智能化變電站系統運行的網絡終端.其可以通過網絡實時或者有目的地獲取一些故障信息數據和系統的運行情況，同時也可以將相關信息或分析報告傳送至網絡控制中心或者其他相關的網絡終端.這樣一來，每一個部分的微機保護裝置不但實現了繼電保護裝置的作用，同時在沒有系統故障時還能實現控制、測量、數據通行等相關功能，即達到了保護、測量、控制、數據通信一體化的目標.

在實際應用中，為了有效實現這些要求，裝置和裝置之間都要圍繞這一目標進行接線.按原始方法進行的話，就要把室外變電站的變壓器、線路等相關設備的二次電流與電壓用控制電纜接入主控室.這種接入方法需要更多投資，同時會增加二次回路的復雜程度.有一種簡單的實現方式，可以將保護、測量、控制、數據通信一體化的保護裝置安裝在變電站需要保護設備的旁邊，先將設備的電流與電壓轉換成數字量，再利用計算機網絡傳到主控室，這種實現方法不但有效減少了大量控制電纜的鋪設，而且如果利用光纖作為網絡傳輸介質，還可以有效避免電磁的影響.

2.4 智能化

近年來，人工智能技術，例如神經網絡、進化規劃、遺傳算法等技術與智能化變電站的聯系也越來越緊密.以神經網絡在智能化變電站中的應用為例：

現實中有的問題非常復雜，要用傳統數學方法求解的話，往往很難列出相應方程式，也就沒有求解的可能，但是神經網絡方式就能有效解決這種問題.當輸電線兩側擺開相應的電勢角度時，就會出現過渡電阻短路的情況，這種問題就屬于非線性問題，沒有辦法準確計算出相應的保護距離，也就無法準確判斷故障位置，這會導致出現拒動或誤動現象.如果應用了神經網絡方式，就可以對大量故障信息樣本進行訓練，只要樣本集中，再對各種情況深入分析，就能夠對相關故障進行準確判斷.

在智能化變電站和繼電保護裝置中，應用人工智能技術能夠攻克許多以前無法解決的問題，對于變電站系統運行的可靠性和安全性有很大的積極作用.

3 智能化變電站與傳統變電站繼電保護技術比較

3.1 站控網絡方式

傳統變電站站控網絡主要將繼電保護、測控裝置、傳統互感器、一次設備等單元通過二次線纜進行連接，數據的采集傳輸通過電信號完成.

而智能化變電站利用了大量新技術，例如智能化技術、光纖傳輸技術，并將智能化互感器、開關等智能化一次設備和網絡化二次設備按照過程層、間隔層、站控層的方式進行構建.而數據的采集傳輸不再通過電信號完成，而是建立在統一的IEC61850通信規約基礎之上.

3.2 繼電保護裝置

3.2.1 設計方面

傳統變電站在設計繼電保護裝置時，將多個保護裝置安裝在不同、相應的保護柜上，用二次線纜根據功能不同將端子排、硬壓板連接.

而智能化變電站的繼電保護裝置用 GOOSE網絡連接方式取代了二次線纜.為了滿足這種連接方式，裝置的各個元件都要符合 GOOSE傳輸的規約要求.目前我國大多生產智能開關的廠商都用GOOSE作為主要的傳輸手段，用以太網方式連接，具有高度的統一性.

3.2.2 繼電保護數據采集互感器技術

傳統繼電保護系統大多采用電磁式互感器，這種傳統互感器有較多缺點：

(1)當電壓等級較高時絕緣難度大，而普通情況下的絕緣效果也不理想.

(2)動態范圍小，CT容易飽和，導致裝置無法可靠識別故障現象.

(3)輸出信號要轉換成數字量，傳輸不便.

(4)CT開路會產生高壓，對人身安全和設備安全都產生巨大安全危害.

(5)容易產生鐵磁諧振.

而智能化變電站中使用的是電子式互感器，與傳統電磁式互感器相比有許多優點：

(1)結緣結構簡單、沒有鐵芯、體積小、重量低、造價低.

(2)動態范圍寬、無飽和現象、線性度好、頻帶寬.

(3)無需二次配線連接，輸出信號是數字量，直接傳輸.

(4)無鐵磁諧振現象.

(5)安全性高、維護方便.

3.2.3 程序操作及功能實現

傳統變電站的繼電保護裝置通過保護硬壓板的投切完成投退，這樣在操作時，必須要求一人操作，一人監護.而且定制修改也很麻煩，既費時又容易出現失誤.另外傳統繼電保護裝置采用點對點模式實現功能，每套保護都要通過二次電纜與其相關設備進行一一對應連接.

智能化變電站淘汰了硬壓板，取而代之的是軟壓板，這樣在保護投退時只須要在后臺機上草錯，而且同時能完成保護定值的修改，不但節省了人力和時間，而且更加安全.智能化繼電保護裝置的功能實現依靠智能控制終端，通過 GOOSE網絡接收運行數據和命令數據的輸出，與傳統繼電保護裝置相比是巨大進步.

3.3 優缺點

通過智能化繼電保護裝置與傳統繼電保護裝置應用效果的對比，可以看出傳統繼電保護裝置有較多缺點：

(1)體積大，安裝不方便.

(2)繼電器觸點較多，保護靈敏度不高，可靠性不強.

(3)如果要調試檢修，為了安全，往往要停電進行，這樣無疑會對正常生產造成影響.

(4)繼電器元件壽命不長，線圈易老化.

(5)需要安裝各種表來觀察實時負荷，不但增大安裝成本，而且保護功能不強，比較單一.

(6)無法實現遠程控制和遠程數據監控.

(7)如果繼電器線圈短路，不到現場就無法發現，這樣會造成時間的延誤，也會造成額外的損害.

(8)繼電保護裝置直接與電氣設備連接，如果遭受雷擊就會直接報廢.

(9)運行成本高，運行維護工作量大.

與之相比，智能化繼電保護裝置有諸多優點：

(1)通過電力邏輯運算實現保護功能，只要采集線路上的電流電壓進行分析就能實現保護功能，接線難度大大降低.

(2)通過一組繼電器動作就能完成保護的保護出口、遙控出口、就地控制出口，可靠性很高.

(3)用計算機完成控制功能，保護措施都采用程序邏輯，這樣可以隨時修改保護參數，修改保護功能，不再需要重新調試.

(4)保護設備具有通訊功能，用戶需要某種數據可以隨時通過網絡查看，從而可以進行集中調度.

(5)通過 CPU進行數據處理，大大加快了數據處理速度.

(6)保護裝置使用光電隔離技術，采集上來的電信號統一轉換為光信號，當有強電流攻擊時，設備就能有效地保護自身.

(7)正常狀態時只有程序在運行，而設備處于休眠狀態，這樣各個元器件的壽命會大大加長.

(8)可以記錄每一次故障，為故障分析提供了詳實的資料.

(9)用戶界面更加簡潔，易學、易用、便于維護.

4 小結

隨著電網建設范圍的不斷擴大，智能化變電站的建設成為了其中最主要的內容.在變電站整體發展的基礎上，還要加強對繼電保護技術的研究，促進其發揮更大的效用，從而更好地確保智能化變電站的可靠性和安全性.

〔1〕羅軒.分析智能化變電站繼電保護技術的發展[J].電源技術應用，2013(12).

〔2〕叢會鸞，許凱，陳思良.智能化變電站繼電保護調試及應用分析[J].電工文摘，2013(5).

〔3〕陳志偉.分析智能化變電站與傳統變電站繼電保護的比較[J].科技風，2013(17).

TM77

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1673-260X（2014）08-0023-03