智能變電站對繼電保護的影響

林慶秋

（國網福建省電力有限公司寧德供電公司福建寧德352100）

智能變電站對繼電保護的影響

林慶秋

（國網福建省電力有限公司寧德供電公司福建寧德352100）

智能變電站與傳統變電站相比，在構成元件還是在系統結構上都有著很大的差異.智能變電站的應用將一次、二次設備完全隔離，使二次系統的安全性大大提高，減少了現場的維護量，使系統升級擴建更加方便，使現場的試驗和調試更加便捷，同時還存在著一些問題，給變電站繼電保護帶來新的問題和挑戰。

智能；網絡；共享；信息

1 智能變電站的意義

智能化是智能變電站和常規變電站最顯著的區別。所謂的智能化，通俗的講就是人性化，就是變電站可以像人一樣根據系統的變化自我調節。比如當系統的運行方式發生改變時，根據系統的電壓、功率的變化，自動調節變壓器的分接頭，提高電網運行的可靠性、安全性。一次設備方面，智能變電站都是采用智能高壓設備，智能高壓設備都配有電子設備、傳感器、執行器，能夠進行自我監測和故障診斷，符合了狀態檢修的要求，節約了成本，提高了運行可靠性。在這里就不再詳談，本文主要談談智能變電站中二次系統的變化。智能變電站是在數字變電站的基礎上經過多年的發展演變而來。光纖代替了電纜，通信網絡取代了模擬量、開關量的輸入輸出回路，智能變電站的二次設備已經實現了網絡化，形成了統一的信息平臺，避免了規約轉換，使得信息的共享和交互更順暢。

2 智能變電站的基本結構

與常規變電站自動化系統相比，智能變電站無論在構成設備上還是在系統構架上都發生了翻天覆地的變化。設備上，智能變電站系統仍分為一次高壓設備和二次低壓設備兩個部分。但高壓設備智能化使其成為智能變電站區別于常規變電站的主要標志之一。電子式互感器、智能斷路器及智能組件的應用，實現了一次設備和二次設備的融合。系統構架上，智能變電站分為過程層、間隔層和站控層三層。過程層包括智能高壓設備，它由一次設備和智能組件構成。另外，合并單元、智能終端也屬于過程層。間隔層由二次設備組成，包括繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置等。站控層是系統層，包括多個子系統，如自動化系統、監控系統、GPS對時系統、通信系統等。各層次內部以及各層之間都是采用光纜連接，設計安裝調試都變得簡單。數據通信上采用高速以太網進行通信，信息傳輸網絡化，具有良好的交互性。典型的智能變電站結構如圖1所示。

圖1 智能變電站結構圖

基本的工作原理如下：過程層合并單元MU負責釆集電流量、電壓量信息，通過光纜把相關數據共享給間隔層保護裝置、測控裝置等設備。間隔層設備同時接入GOOSE網和站控層網絡。通過GOOSE網采集開關、刀閘等信息并下達控制指令分合開關、刀閘；通過站控層網絡將數據與站控層共享，接收上層站控網絡的遠動指令。站控層時鐘同步采用GPS對時系統，就地監控系統通過站控層網絡獲取系統電流、電壓、頻率、刀閘開關位置等系統運行信息，分析并監控系統運行工況。通過遠動工作站從站控層接收遙信、遙測數據上送調度自動化系統，接收遙控、遙調命令發送給間隔層。

3 智能變電站的優勢

由于相關技術的應用，智能變電站在信息量的采集環節、變電站IED設備之間的信息交互模式都發生巨大的變化。二次設備網絡化讓智能變電站二次系統的可靠性、安全性得到提高，一次設備的智能化促進了檢修方式從傳統定期檢修向狀態檢修的轉變。

3.1 采用電子式互感器的技術優勢

電子式互感器由一次側的傳感模塊和二次側的合并單元組成，與常規互感器相比，外觀上體積更小、重量更輕。電子式互感器采用了數字量輸出技術，一次系統的電流、電壓、頻率等電氣量信息通過合并單元變為低電平的數字信號，經光纜直接傳遞給變電站二次系統的IED設備。光纜的應用淘汰了交流二次電纜，一次系統和二次系統不再有電氣連接，實現了有效的電氣隔離。二次系統的接地不需要與一次系統關聯，只需要考慮本系統的等電位問題，因一次系統故障產生的電磁干擾對二次系統的安全性的影響得到了控制。由于電子式互感器無磁飽和且范圍寬、可以開路，智能變電站杜絕了由于CT飽和、開路，PT短路諧振帶來的保護誤動、拒動等事故。

3.2 智能斷路器應用的技術優勢

智能斷路器的應用實現了斷路器控制功能就地化。原來由電纜模擬信號量改由光纜來傳送光電式數字量，不僅消除了二次系統與一次設備之間的電的聯系，大大減少了高壓對低壓設備的電磁干擾。而且由于淘汰了很難在線監測的二次回路，簡化了二次系統結構，有利于實現二次系統的狀態檢修。

3.3 運維、試驗更加便捷

由于二次系統的智能化，能實現自我診斷、調控等工作，不需要人的參與，大大減輕了運維人員的工作壓力。二次系統接線的簡化，無需進行二次回路接線檢查，減少了原來繁重的查線工作。整個二次光纜傳輸回路是完全絕緣的，不存在絕緣電阻問題，無需測試回路的絕緣電阻，不僅提高了系統的可靠性、安全性，也降低了維護的工作量和難度。輕便的數字繼電保護測試儀代替了傳統的笨重的測試儀，網絡抓包工具代替了螺絲刀和萬用表，使二次系統的試驗變得更加便捷。

3.4 經濟優勢

智能變電站經濟性和可靠性推動智能變電站技術研究、開發和應用。它的的經濟效益主要體現在采用了集成智能設備減少變電站占地面積從而減少建設投資；光纜以及大量高集成度功耗低的電子元件的應用降低了能耗，減少了電磁污染；實現信息一體化，系統集成度高，減少了設備的重復投資，大大縮短現場調試時間。

4 智能變電站的繼電保護面臨的新問題

智能變電站中，由于大量智能化設備的應用，設備之間通過以太網連接，所有的信息基于IEC61850標準在各個設備間共享。智能變電站將會給變電站繼電保護帶來新的問題和挑戰。

4.1 采樣同步問題

由于智能變電站采用的電子式互感器直接輸出數字量，保護測控裝置直接接收釆樣值無需模數轉換，帶來的好處就是是省略了隔離變壓器和A/D轉換環節。但新的問題隨之出現那就是釆樣的同步性。由于各間隔互感器采集處理相互獨立，電氣量的傳變環節附加了延時，導致不同間隔的數據不具有同時性，如何保證本間隔設備及跨間隔設備之間的釆樣數據同步成為一個關鍵。繼電保護普遍采用點對點方式，采用固定的通道延時和線性插值算法來實現數據的同步，不依賴對時系統和網絡，保證了可靠性。

4.2 網絡跳閘問題

為了保證繼電保護的快速性、可靠性，現有智能變電站普遍采用直跳方式。但直跳方式光纜過多，配置復雜等缺點。與之相比，網絡跳閘方式具有接線簡單的優勢，簡化了設計、安裝、調試，運維更安全。一個關鍵點就是采用網絡跳閘如何保證繼電保護的快速性、可靠性。要解決這個問題就要考慮如何采取適當的方案和措施消除GOOSE網絡系統的傳輸延時等問題對繼電保護快速性的影響。

4.3 網絡的信息安全問題

基于IEC61850的網絡體系由于其開放性會存在信息安全問題。大量的計算機病毒侵入系統內部，攻擊變電站通信網絡，截獲、篡改、偽造變電站網絡中的報文信息，修改遙控、遙調、定值等命令，導致調度中心無法傳達調度命令，造成安全運行事故。因此構建安全可靠的信息網絡是很必要的。

4.4 運行維護及檢修問題

智能變電站的構建需要多種過程層設備、工業級網絡設備。這些新設備大大提高了變電站分析、解決問題的能力，使得維護與檢修工作便利了許多。例如，智能變電站以光纜代替傳統的電纜，光纜相比電纜具有完善的自檢功能，運行維護方便：二次回路概念被網絡和通信技術代替，進行系統調試時，相比傳統保護裝置，除進行常規保護功能校驗外，還需要進行GOOSE回路聯調、網絡交換機調試、合并單元測試等項目。

5 總結

智能變電站的應用將一次、二次設備完全隔離，使二次系統的安全性大大提高。光纜代替了電纜，簡化了二次回路，大大減少控制電纜，減少了現場的維護量，使系統升級擴建更加方便，使現場的試驗和調試更加便捷。總之，智能變電站的應用和發展對繼電保護的產生了巨大的影響，同時也促使繼電保護技術的大發展。

TM77

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1004-7344（2016）30-0065-02

2016-10-5