智能變電站技術及其對繼電保護的影響

熊沙瑤

（國網湖南省電力公司株洲供電分公司 湖南株洲 412000）

智能變電站技術及其對繼電保護的影響

熊沙瑤

（國網湖南省電力公司株洲供電分公司 湖南株洲 412000）

繼電保護技術在智能變電站的建設與發展中占據很大比重，在推進變電站智能化的同時，應通過繼電保護技術提供安全保障，降低智能變電站的事故發生率，本文以智能變電站為研究對象，具體分析了繼電保護技術的應用。

智能變電站；繼電保護；影響

引言

繼電保護對于電力系統來說，是其維持正常運行狀態的重要基礎和保障。近年來，智能變電站技術在繼電保護系統中的應用，全面提高了繼電保護系統的安全性和可靠性，為提高電力企業的綜合實際打下了堅實的基礎。

1 智能變電站技術概述

智能變電站屬于一種新型的低碳環保智能裝置，是一種多功能的變電站，可以實現信息的自動化采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能和電網的自動化控制、在線分析決策、協同互動和智能調節等高級功能，在運行過程中需要采用先進、低碳環保、可靠、集成的智能設備，要求變電站實現信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化等特征。智能變電站相對于傳統變電站，具有低碳環保、可靠性高和交互性好的優點。

2 智能變電站與繼電保護

2.1 智能變電站繼電保護結構

2.1.1 “三層兩網”構架

與傳統變電站繼電保護不同，智能變電站主要是利用過程網絡為中心，將IEC61850作為通信標準，則按照功能分析構架可以分為三層，即站控層、間隔層以及過程層，并且沒兩層之間會構成站控層網絡與過程層網絡（見圖1）。

圖1 智能變電站的架構體系

智能變電站繼電保護結構，其中的過程層通常包含有一次設備，以及相關的智能組件等，例如隔離開關、變壓器、互感器、高壓斷路器等，該層的主要作用是采集數據、檢測各種設備運行狀態，并控制命令執行等；間隔層則主要包括各種監控設備、繼電保護設備等，其主要作用在于實現各間隔設備的監視、控制和保護；站控層主要構成有數據前置機、人機交互設備、工作站及服務器等，該層的作用是傳輸整定值召喚與修改，傳送并錄波文件，有效實現對變電站的集中控制。

2.1.2 數據幀傳輸機制

傳統的變電站繼電保護，往往會設置專門負責采樣、命令的信號通道，由通道固定延時以及裝置處理速率構成傳輸延時，保護效果相對固定。而智能變電站的繼電保護，主要是利用以太網數據幀的形式來傳輸采樣值、獲取開關狀態量以及下達跳閘值指令等，整個過程以交換機以及光纖作為介質，并由過程層網絡來完成通信。由此可以確定，智能變電站繼電保護對工程層網絡有著較高的依賴性。

2.1.3 IEC61850標準體系

IEC61850標準體系是智能變電站繼電保護網絡、通信設計過程中，都必須遵循的原則，在設計繼電保護系統構架時，往往一個實體設備中會包含多個邏輯設備，并且由基本單元來實現邏輯節點的劃分，如跳閘回路、保護算法以及采樣值處理等節點。對于通信協議，主要就是通信服務類型以及性能要求等來映射特定通信協議，例如SV/GOOSE通信，為保證實時性，傳輸層與網絡層協議映射為空。

2.2 智能變電站繼電保護流程

以數字信號為主的信息在通入保護裝置后，是需要相應的數字模擬裝置來進行周校的，為此，可利用數字化變電站調試的方法進行。

二次系統集成商處擔負著出廠驗收的相關工作，出廠驗收的主要目的是為了對二次系統硬件、性能及可靠性進行相關檢查，對于出廠驗收的物品需要達到以下三方面的要求：①二次系統早已在工廠環境下完成了軟件的研發及系統的集成，因此該工作是系統集成商進行的；②系統集成商具備完善的驗收環境及驗收設施，同時具有完整的驗收技術資質及詳細材料；③設備供應商完成了出廠全部試驗，已達到有關合同及技術方面的準求。

現場二次設備屏柜的安裝及二次電纜熔接完成以后，需開展現場裝置性能的相關調試。采用專門的儀器在規定范圍內開展二次設備的性能測試是開展現場裝置調試工作的主要內容。

現場裝置性能調試完以后需要對現場系統性能進行有關調試，其中主要包括了系統聯調及整組傳動。除此之外，站級監控系統與遠動通信系統調試工作也是在此過程中加以完成的。

3 智能變電站技術及其對繼電保護的影響

3.1 信息數據和保護原理的影響

從變電站繼電保護的信息數據來看，智能變電站技術對其帶來的影響主要包括以下方面：

（1）電子感應器代替了傳統的電磁感應器，使繼電保護元數據發生了很大的改變，主要是傳統電磁感應器的算法和既定原則都需要進行優化和重新擬定；與傳統電磁感應器相比，電子感應器具有響應速度和在線性度以及頻寬帶度等方面的優勢，勢必會促進繼電保護生成新的算法與原理。此外，電子感應器還帶來了數據延時與同步的問題，也給繼電保護帶來了一定程度上的影響，因此，要對其進行深入分析研究。

（2）當前統一執行的是ICE61850標準，還應當針對二次信息進行統一建模，從而改善繼電保護數據處理與應用，不同設備之間實現了交互式運行，大量數據信息實現了傳輸、存儲、挖掘，上述變革均給繼電保護帶來了新的保護原理和保護組態。

（3）智能變電站技術改變了繼電保護傳輸方式，從傳統的二次電纜連接傳輸變成以交換機和光纖為介質的信息網絡傳輸，提升了跨間隔保護的靈活性和便捷性，促進繼電保護新實現方法的產生。同時，網絡傳輸帶有一定幾率的數據延遲、亂碼、丟失等問題，這些都將成為繼電保護原理與算法研究的新課題。

3.2 對繼電保護實現機制、調試及維護方面的影響

就繼電保護實現機制方面，智能變電站技術有效突破了原有的采樣、計算和出口一體化形式，數據信息、保護對象與裝置之間不再是綁定關系，實現數據動態能實時調用和存儲，使得不同系統數據統一管理與不同功能應用成為可能，為功能組態、遷移與廣域保護提供了數據信息交換平臺；此外，還有效改善了二次回路不可測控問題，能夠實時掌握網絡數據可靠性，提高繼電保護可靠水平，避免了原有繼電保護容易出現信息孤島的問題。應用智能變電站對等交互技術模式，就不需要與保護裝置進行綁定，也可以有效實現數據信息共享。

就調試、維護的角度，繼電保護運行模式、保護形態都產生了較大的變化，其測試方法與周期維護標準方面存在一定的滯后性，其繼電保護的二次回路監測，使得保護設備狀態檢修成為可能，推動了變電站建模一體化，一旦變電站實施擴建或者變更時，對配置文件給予動態修改成為智能變電站所遇新問題，并且智能變電站的設計、維護及調試等，需要設計院、業主、設備商及調試單位等，進行反復協調與方案修改，當單位投入運行后，難以擺脫廠家及調試單位等依賴性，為電網運行帶來了安全上的隱患，限制了智能變電站廣泛應用。

3.3 智能變電站技術對繼電保護架構體系的影響

智能變電站技術架構體系中，過程層網絡是結合ICE61850標準設計的新的網絡，改變了傳統變電站二次回路不可測控的瓶頸，使繼電保護的可靠性大大增強。同時，智能變電站改變了傳統變電站各二級系統間數據采集環節冗余的缺陷，采用統一數據的采集方法，即保證了數據元的統一，也將二次專業壁壘打破，實現了以繼電保護為核心的二次專業結構體系與新機制。

智能變電站是智能電網的主要組成部分、核心環節，因此，需要對智能變電站技術條件下的繼電保護進行新組織模式和架構體系的探索與研究，促進繼電保護的穩定性發展，確保繼電保護技術朝著科學性、正確性方向發展。

4 智能變電站繼電保護調試法

4.1 繼電保護系統的總體調試方法

智能變電站安全穩定運行，需要由繼電保護系統來保障，因此必須做好繼電保護系統總體調試工作。長期以來，我國的智能變電站繼電保護系統檢測工作中，通常是以電纜為媒介，對智能操作箱、測試儀器的輸出輸入方式等進行側試，以更好地為智能保護提供有用信息。

但在此過程中，由于是在閉環測試條件下來接收智能操作箱的信息，繼電保護系統的總體調度需要與合并單元之間進行有效的配合，而且需要由互感器進行搭配來進行調試。

4.2 大電流故障保護調試法

對于智能變電站繼電保護系統的調試，即可采用大電流故障保護調試法。智能變電站大電流發生器產生的一次電流，將會供給于標準互感器和電子式互感器。而且，在對機電大電流故障保護的過程中，還要充分掌握合并單元的數據，因此要做好數據的采集工作，整個過程的實施流程為收集、采樣，分析等。此外，合并單元在應用的過程中，能夠實現無死區的全方面檢測工作，確保智能變電站繼電保護運行的可靠性和安全性。在實施大電流故障調試方案中，主要對大電流中存在的合并單元雙AD差異、短路故障、組網接口、合并單元失步、合并單元故障等方面進行全面的調試，將電力故障對智能變電站運行的影響降至最低，從而有效的提高了電力系統的運行效率。

4.3 安全隔離措施的調試方法

智能變電站通過可靠的信號網絡通信才能保證智能變電站各項數據采集信息的準確性，因此，在對智能變電站繼電保護的調試中，安全隔離措施的調試是非常關鍵的。

（1）在對安全隔離措施調試的過程中，需要調試工作人員及時介入到變電站的運行現場，根據智能變電站的實際故障情況采取有效的調試工作。為避免調試事故，需要適當的增設安全隔離措施，保證智能變電站繼電保護系統運行的可靠性，以及周邊人人群以及調試工作人員的人身安全。

（2）要針對變電站具體的運行情況，采取合理的安全措施。安全隔離措施，主要分為插拔光纖、投退軟壓板等兩種。另外，對母線的安全隔離措施調試，可以通過控制母差裝置來出具合并單元，并對其進行數據采樣，在對單元數據以及母線差動電流進行計算時，需要將母差動保護裝置的合并單元存在的不對應數據進行合理的處理。在此過程中，要保證母線差動保護裝置仍然進行數據傳輸，避免對智能變電站繼電保護系統的運行造成影響，從而完成對智能變電站繼電保護安全隔離措施的調試工作。

5 結束語

智能變電站是現代電力行業的重點建設項目，電力企業通過繼電保護技術確保變電站的安全性，進而提高智能變電站的運行效益。智能變電站建設的過程中，必須提高對繼電保護技術的重視度，完善繼電保護環境，以此來降低智能變電站的故障機率。

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[3]劉巍，趙勇，石光.智能變電站繼電保護裝置一鍵式測試方法及系統[J].電力自動化設備，2013，33（2）：152～155.

TM76

A

1004-7344（2016）03-0061-02

2016-1-12

熊沙瑤（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事繼電保護工作。