智能變電站繼電保護的運行和維護技術研究

蘇文遠

摘 要：智能變電站是智能電網發展的主要節點，也是推動電網智能化的核心工作。本文結合智能變電站的主要結構，分析了其繼電保護的技術要點，并在此基礎上，結合智能變電站工作的實踐經驗，對智能變電站的繼電保的運行和維護技術展開研究。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；運行；維護技術

引言：智能變電站技術是一門綜合性、涉及多領域的技術，也是對電網發展理念的全面革新，給變電站繼電保護的管理、運行和維護帶來了新的技術問題，在智能變電站的眾多二次設備中，以繼電保護設備對安全性、可靠性、速動性的要求最高，因此，重視智能變電站的運行和維護，對推動我國電網建設“大運行”有重要意義。

一、智能變電站繼電保護技術要點分析

（一）智能變電站的主要結構。如下圖1為智能變電站的“三層兩網”結構，智能變電站主要包括過程層、站控層、間隔層，以及站控層網、過程層網結構，具體結構如下：

圖1：智能變電站的三層兩網結構

（1）過程層。如上圖所示，過程層主要包括開關設備、斷路器、EVT、ECT等智能一次設備和相關的模擬量采集設備、相關組件，智能變電站繼電保護從過程層獲取開關量、模擬量等基本狀態。（2）站控層。站控層是主要實現對變電站控制的管理層，它是變電站的控制中樞，執行變電站內時間控制、電力通信、系統對時、站域控制等功能，通過對全站保護和控制設備的狀態采集和信息交換，實現對采集到的模擬量、開關量的邏輯判斷，并根據邏輯判斷的結果，輸出跳閘或閉鎖功能。（3）間隔層。間隔層是過程層和站控層之間的過渡層，間隔層設備主要是各類繼電保護、安全自動裝置、系統監控設備等，對間隔層中繼電保護裝置的研究，就是本文重點討論的對象。

（二）智能變電站繼電保護的技術優勢。與傳統的變電站系統相比，智能變電站的技術發展帶動了整個電力系統的進步，引起了系統從一次設備到二次設備的巨大變革，可以將其對繼電保護的影響總結為以下幾點：

（1）智能變電站的繼電保護在量值采集和邏輯判斷方面，都基于全光纖通訊，比傳統的變電站更加自動化和智能化，與之相適應，電力系統繼電保護在測試方法、維護內容、測試周期等方面都要進行更新，構建智能變電站的新型運行和維護標準。（2）二次設備的模擬量、開關量采集更加網絡化和智能化，通過合并單元、智能終端等設備，可以實現對二次回路信息的全采集和全監測，從而使得系統中提倡已久的狀態檢修成為可能。（3）智能變電站的重要特征之一，就是按照IEC61850標準實現對電力系統的統一建模，將大量的二次接線轉化為對系統模型的建立和文件的配置工作。每個單獨的智能變電站都有唯一的SCD和CID文件與之相對應，一旦變電站運行狀態出現變化，必需對相應的文件進行修改。（4）繼電保護行業處于不斷的發展和技術革新中，智能變電站目前在我國還屬于新生事物，IEC61850技術也處在日漸完善的過程中，目前業界對

IEC61850的理解還存在差異，有些細節還存在一定爭議，這給智能變電站的運行和維護也帶來一定挑戰。

基于上文的分析，目前智能變電站試點工程雖然大幅度推廣和建設，但在相關標準的完善、對技術規范的理解等方面，智能變電站的更大規模推廣還面臨一些需要解決的問題，因此，以智能變電站繼電保護的運行和維護技術為切入點，對智能變電站的發展展開研究，具有重要的現實意義。

二、智能變電站運行維護技術研究

筆者結合智能變電站的工作實踐，將智能變電站的運行和維護技術總結如下：

（一）正常運行時的系統維護。安全穩定運行是智能變電站的目標，在未出現任何異常時，變電站的運行以日常檢修和維護為主，主要關注變電站內新增加的設備的運行情況，加強對新增設備的巡視和維護，排除可能出現的故障隱患。

1.繼電保護裝置的維護。智能變電站的繼電保護與傳統保護在開入開出采集、通信、全站協議方面都具有很大的不同，基于這種結構與實現方式的變化，在運行和維護時應該注重以下幾個方面：

（1）為了預防異常現象或故障可能帶來的設備信息丟失，

對智能變電站的保護和安全自動裝置應該及時進行各種參數的備份，包括設備模型配置、參數設置等。對運行于室外的智能終端箱等設備，應該按照相應的溫度控制設備，避免高溫等惡劣環境可能帶來的設備損壞。（2）智能變電站中，大量的光纖接線代替了二次電纜，因此，光纖網絡的完好對變電站安全穩定運行具有重要意義。在日常運行時，應該定期檢查保護的交流采樣是否正確完好、光纖連接是否可靠接觸良好、站內運行設備是否有告警信息等。對間隔層內的跨間隔設備，如數據集中器等還應該檢查中間環節是否正確。

2.網絡交換機和報文分析儀。智能變電站的運行中，主要涉及四種報文：MMS報文、GOOSE報文、對時NTP報文、PTP報文，智能變電站設備動作的正確與否，和網絡運行報文是否正常密切相關，基于智能變電站對網絡通信的依賴，對網絡交換機和報文分析儀的維護應該高度重視。

（1）IEC61850 一致性測試，檢查交換機等相關設備是否符合IEC61850要求的一致性是否符合相關的技術要求，檢查交換機的型號、配置、參數是否與要求相符。（2）檢查網絡交換機的以太網端口設置、速率、鏡像功能是否正常。確保交換機內部的生成樹協議、VLAN 設置、網絡流量與設計要求一致，監視交換機的冗余度和傳輸延時性能，確保交換機在各個方面的性能都能滿足系統要求。

報文分析儀主要功能是對通信系統中的網絡報文進行完全記錄，一旦發生網絡故障時，能夠通過報文分析儀進行查詢，起到第三方報文記錄、報文監視等作用，還可以監視系統的網絡數據與運行狀態。在日常的維護中，應該重點關注報文分析儀的記錄時間期限，其容量應該至少能夠記錄一個星期以內的全站報文，并具有完備的報文解析能力，能夠幫助變電站運行人員簡單、明了、直觀的獲取網絡報文信息，從而對系統運行情況進行準確判斷。

3 .智能化變電站監控系統。與傳統變電站相比，智能變電站監控系統在規約方面，采用了DL/T 860 通信標準，在系統配置方面，采用了全站統一的 SCD 配置文件，并導入各裝置的

CID 文件，在這些方面的變化是對智能化變電站監控系統的維護重點。

（1）應重點檢查全站的 SCD 配置文件集成是否正確、各個設備的MMS數據集配置是否符合要求、站控層的GOOSE閉鎖邏輯是否正確等，并在此基礎上一一驗證。同時還應關注各個設備的版本變化，加強對版本的管理。（2）在對程序化操作功能的檢查方面，應要求智能變電站所有設備都滿足單間隔、多間隔、保護功能投退等程序化操作的要求。（3）重視對智能變電站站控層功能的驗證，對軟壓板控制、定值區切換控制及定值召喚等功能進行一一驗證，并要求站控層的后臺能夠實時更新定值區與軟壓板的狀態，能夠實現滿足無人站值班功能。

（二）異常情況下的系統維護。與正常運行情況相比，對異常情況的系統維護應該區別對待，如果是與常規站類似的異常情況，可以依照傳統的處理方式，如果是智能站內的新設備和新情況，則應該結合新標準重點分析和處理。

（1）間隔合并單元故障。合并單元故障是目前智能變電站內最高發的故障，應該重點關注并進行原因分析。對于雙套配置的間隔，當合并單元故障時，應立即退出本間隔與故障合并單元對應的保護出口壓板，并退出與故障合并單元相應的母線保護裝置；如果是單套配置的間隔，應立即申請相應的間隔單元開關退出運行。（2）智能終端故障。智能終端主要負責對開關設備的跳合閘，因此，一旦智能終端出現故障，可能會影響到變電站內設備的跳合閘，所以，必需立即退出該智能終端出口壓板，防止因故障出現而導致的智能終端誤跳閘。（3）交換機故障。應根據GOOSE網絡圖、監控網絡圖等資料，詳細分析故障交換機可能造成的網絡影響，如果過程層GOOSE網間隔交換機故障，影響本間隔交換機構成的GOOSE鏈路，應視為失去本交換機所連接的保護。（4）過程層GOOSE網公用交換機故障，可能影響母線保護、變壓器保護、過負荷聯切等公用設備，所以，應根據交換枧所處網絡位置以及網絡結構，確定其影響范圍后，再酌情做出處理。

除了對異常設備及受影響設備采取運行處理措施外，還應該針對各種設備的異常現象，全面分析異常信號和正常信息，結合故障的實際情況進行診斷，以便迅速恢復異常設備，保障智能變電站的安全穩定運行。

結語：目前，智能變電站在我國發展迅速，已經具有大量的試點工程，在此基礎上，應該積極研究智能變電站繼電保護的運行和維護技術，在智能站的繼電保護方面多積累了經驗。智能化變電站運行和維護人員應該積極提升自身專業素養，學習電網運行新技術和新方法，從而全面提升智能變電站的繼電保護運行和管理水平。

參考文獻：

[1] 蔡澤祥，王海柱.智能變電站技術及其對繼電保護的影響[J].機電工程技術，2012（5）.

[2] 夏勇軍，蔡勇，陳宏，等.110kV智能變電站繼電保護若干問題研究[J].湖北工業大學學報，2011，26（1）.

[3] 趙曼勇，周紅陽，陳朝暉，等.基于IEC 61850標準的廣域一體化保護方案[J].電力系統自動化，2010，34（6）：58-60.

[4] 王賓，董新洲，許飛，等.智能配電變電站集成保護控制信息共享分析[J].中國電機工程學報，2011（31）：1-6.