數字化繼電保護在智能變電站中的應用研究

程誠

摘要：隨著我國經濟的不斷發展，智能電網建設程度也日益加深，逐漸涌現出更多智能變電站。文章首先對數字化繼電保護的研究背景和意義進行了分析，然后對數字化繼電保護的相關理論知識進行了闡述，對數字化繼電保護的裝置進行了介紹，最后與實際情況和使用原則相結合，闡述了數字化繼電保護在智能變電站中的運用。

關鍵詞：數字化；繼電保護；智能變電站；智能電網；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2015）35-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.023

目前，我國的智能變電站逐漸向數字化與自動化發展，規范性比較差，對系統運行的評估體系相對缺乏，對各設備運行的穩定性以及可靠性掌控不嚴，其中又以繼電器保護為智能變電站應用的重點與難點。

1 研究目的

1.1 數字化繼電保護在智能變電站中的應用背景

隨著我國國民經濟的迅猛發展和人民生活水平的不斷提高，我國的電力系統也在不斷升級以適應新形勢、新變化。變電站作為電力系統中的重要一環，在其中起到調整電壓、分配電能的作用，因此，對變電站環節一旦發生故障，所造成的損失影響非常大。當前我國在智能電網技術以及相應的智能電氣設備開發和推廣上的研究不斷深入，變電站在建設上也邁入數字化時代。另外，為了維護變電站的安全，國家也制定了相關的規范希望推動數字化繼電保護系統的應用。所以，加強對數字化繼電保護在智能變電站中的運用研究有著十分重要的意義。

1.2 數字化繼電保護在智能變電站中的應用研究意義

變電站的數字化繼電保護系統在提升變電站的經濟效益和生產效率，推動電力系統的數字化建設，維護國家在農業、工業、商業以及人民生活的正常運行方面發揮著重要作用。因此，加強數字化繼電保護在智能變電站中的研究，推動數字化繼電保護系統在變電站的廣泛應用有著重要的現實意義。

2 數字化繼電保護及其自動化概述

2.1 概念及原理

繼電保護是當電力系統有異常狀況發生或者有設備故障的情況出現時，在繼電保護系統的能力范圍內以最快的速度和最小的選擇區域時，自動向電力人員發出故障信號或將其中產生的故障設備排除，是一種依靠自動化降低事故損失度的保護措施。而數字繼電保護則是以數字信號為依托來實現設備之間的相互通信與信息傳遞，可以說其所具有的數字化為最顯著的特征，與傳統的繼電保護相比更加高效與便利。

2.2 數字化繼電保護系統與傳統微機保護系統的比較

2.2.1 簡化了二次回路。數字化繼電保護系統中的合并單元與電子互感器等配件相互配合，可以實時對測量值進行處理，將原有的非數字化信號轉變為數字化信號，并在通信的過程中利用光纖而非傳統的電纜進行數字信息傳送。它與之前傳統的微機保護系統相比，電纜的傳送回路不同，可以將一次設備和二次設備進行有效隔離，明確清晰了現場的各個間隔，避免了不慎與電纜發生觸碰、連接的事故的發生，更加安全高效。

2.2.2 加強了保護的可靠性。數字化繼電保護系統中的電子式互感器無論是在絕緣性能上、線圈范圍的廣度上以及抗干擾能力上都比傳統的微機保護系統更勝一籌，因此也就比傳統的微機保護系統更能提高測量數據的準確性。光纖對于數字信號的傳輸方面也有保護作用。數字化繼電保護系統中的智能操作箱取代常規斷路器可以在過程層網絡和保護裝置的幫助下實現實時通信。

2.2.3 開放性和互操作性大大提升。數字化繼電保護系統依照統一的IEC61850通信標準來運行，因此與數字化繼電保護設備相關的生產供應商也都會基本生產統一設備型號，確保了設備的共享性，避免了設備在使用更換時發生不連續的情況，使成本得以節約，并使得在變電站的保護方面具有更大范圍的開放性。

2.2.4 繼電保護的自動化。在實際的工作中，如果電力系統由于種種原因出現短路的情況，要是想要及時地把這些信息發送出去，一定要保證繼電保護設備的可靠性。在出現故障的時候，繼電保護設備一般來說會出現拒動故障與誤動故障兩種情況。在電力系統發生故障的時候，繼電保護設備沒有及時行動起來，因而電氣故障并沒有及時地清除掉，這就是拒動故障。如果繼電保護出現了一些比較嚴重的故障，那么電力系統就非常容易出現崩潰現象。繼電保護設備的誤動故障指的是其實電力系統是正常的，沒有故障出現，繼電保護設備受到其他因素的影響，繼電保護發出錯誤的動作，這時候也會發生相應的利益損失。繼電保護設備自動化裝置主要就是對電力系統進行檢測和對電力系統的運行參數進行控制。

3 智能變電站相關設備的保護裝置

智能變電站要求有較高的裝置配置，在線路保護、變壓器保護以及母聯保護方面都有很高的技術要求。

3.1 線路保護

智能變電站中的保護應當具有很強的綜合性，將站內保護、監測與控制等功能緊密地結合在一起，以間隔具體情況單套設置。在進行線路保護時可以直接跳到斷路器上以對設備運行的信息進行直接采樣。保護監測裝置被應用于線路間隔內，并且該裝置除了Goose網以外，不會再與其他的設備裝置之間發生信息傳遞，而剩下的均采用點對點的方式進行連接來傳遞數據。

3.2 變壓器保護

首先，按照規范要求，變壓器保護中分別采用主、后備保護一體化雙套配置，無論是合并單元，還是智能終端的兩側都要采用主、后備保護一體化雙套配置，間歇電流和中性點會分別并入對應側；其次，直接采樣的方式在保護時也會直接跳到兩側的斷路器上。

3.3 母聯保護

母聯保護也就是分段保護。與線路保護相比，二者十分相似，但是在結構上，母聯保護相對簡單一些。此時的母聯保護裝置不需要具備數據交換的功能，只要進行直接采樣、直接跳閘，因此它與合并單元和智能終端直接相連。對于智能變電站母線保護，可以選擇用分布式設計相應裝置，在進行設計時，每個間隔之間可以選擇用獨立母線保護方式。其中如果為110kV智能變電站母線保護設計，可以選擇用分段保護方式，保護單元與合并單元進行連接，并且與智能終端連接，不利用網絡來進行系統信息以及數據的交換，以此來直接完成對數據信息的采樣與分析，另外，母聯保護裝置可以跨間隔實現信號的傳遞，最終實現跳閘動作。

4 智能變電站繼電保護的原則

在實際的工作中，對于智能變電站繼電保護技術的研究，必須要滿足四個要求：（1）對于繼電保護技術的應用，必須要具備可靠性、選擇性、快速性以及靈敏性特點，提高繼電保護的安全性，能夠快速地針對電網運行中存在的故障進行分析，并迅速進行解決；（2）對于110kV及以上高電壓級別變電站，如果雙母線與單母線分段接線形式有特殊要求時，應該選擇安裝電子式電流電壓互感器；（3）對于110kV及較低電壓級別變電站在安裝繼電保護保護裝置的時候，可以選擇用集成安裝的方式。其中，對于主變壓器來說，應該對各側合并單元進行冗余配置，剩余各間隔之間合并單元應進行單套配置；（4）要控制好繼電保護與監控、調度之間關系，滿足數字化以及遠程控制變電站運行的要求，提高各級調度技術支持系統之間的聯通性，進而保證電網能夠安全、穩定、經濟運行。

5 數字化繼電保護系統在智能變電站中的應用

目前，變電站正邁入智能化時代，傳統的繼電保護也應與時俱進，以適應新變化新形勢的發展。要想讓數字化繼電保護系統發揮出強大的作用，首先就要改進原有的繼電保護設備，將電子式互感器取代傳統的電磁式互感器，用光纖代替電纜并使用有智能單元的斷路器。針對設備所發生的變化，采取下文的測試檢驗方法：（1）過去的方式是在保護裝置中輸入電壓和電流的模擬量，而現在新的方式是被光纖數字信號所替代。而光纖數字信號要求采用有跨間隔數據要求，以盡量在不同間隔間發生數據傳輸時，避免發生傳輸時間的不同步的情況。一旦發生明顯的時間不一致的情況，保護裝置就不會達到正常的期望；（2）從傳統的方式中可以看出，以前的變電站在繼電保護方面大多使用接點直接跳閘。但是，GOOSE網目前在智能變電站得到了廣泛的應用，在數字化繼電保護中，數字信號也會通過GOOSE網等新的網絡向智能終端傳輸，原有的實用節點直接跳閘此時會被取代，使系統的安全性和穩定性都得到了極大的保證，也方便了對以后的設備維修檢查以及擴建；（3）當前智能變電站中的智能變電器則在原先的基礎上增設優先級別，借助于GOOSE報文來實現數字信號的傳遞。在測試檢驗中，可利用整組傳動實驗對變電站保護裝置輸入和輸出信號來進行檢驗，以確定輸入輸出信號的準確性和精確性；（4）與傳統的繼電保護系統相比，數字化繼電保護系統是采用光纖數字信號的輸入方式，因此數據同步性檢驗與測試十分有必要，例如對變壓器差動保護進行測試檢驗和母差保護進行測試檢驗等，以確保數據的同步性；（5）光纖以太網在檢驗時主要是針對光收發器件的功率以及誤碼率來進行檢驗，從而保證其物理連接的準確性和可靠性。針對這一檢驗過程，數字化繼電系統也采取的是現代化檢驗手段，通常依靠網絡進行相關的檢驗。

6 結語

數字化繼電保護系統對建設智能變電站所顯示出的強大推動作用，已經得到了國家以及相關學者的研究及重視。在實際運行中，數字化變電站突顯出節約土地和電纜，使內部監控網模塊化、規范化、高效、穩定等諸多優點，為實現電力生產現代化提供了及時科學的網絡信息和決策依據，對我國變電站的運行管理產生了深遠影響。本文為數字化繼電保護系統對于智能變電站的作用進行了研究，目的是為我國的智能變電站的未來發展提供參考。

參考文獻

[1] 葉曉劍，侯曉春.全數字化繼電保護在智能變電站中的應用[J].電源技術應用，2012，（12）.

[2] 徐菊琴.繼電保護狀態檢修技術的發展及其應用探討[J].電網技術，2011，（9）.

（責任編輯：陳 潔）