數字化變電站繼電保護調試技術應用研究

摘要：隨著電子技術、光纜傳播技術等不斷發展，我國變電站逐步實現了由傳統向信息化的轉變。繼電保護裝置是維持變電站正常、穩定、安全運行的重要因素，但隨著信息化程度逐漸加深，舊的繼電保護調試方案已經無法適應數字化變電站，數字化變電站繼電保護調試技術的研究迫在眉睫。文章對數字化變電站繼電保護調試技術應用進行了研究。

關鍵詞：數字化；變電站；繼電保護；調試技術；電子技術；光纜傳播技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM774 文章編號：1009-2374（2016）26-0048-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.023

變電站在電力系統中擔任著轉變電壓、控制電壓、控制電流方向、接受和分配電能任務的電力樞紐裝置角色，它是整個電力系統配電與輸電的控制中心。目前我國的電力信息化技術仍處于起步階段。現階段，對各種信息化的變電站技術處于開發、創新、研究階段，并且信息化變電站與傳統變電站有著本質上的區別，為了維持變電站的正常運行，對繼電保護的研究非常有必要。

1 數字化變電站的具體內容

1.1 數字化變電站的定義

數字化變電站是由電子式電子互感器、智能開關等構成的人力依賴性較小的新型變電站。數字化變電站是在傳統變電站的基礎上，實現了對信息的輸入、輸出、編譯，處理由模擬信息的向數字信息的轉變。相較于傳統的變電站，數字化變電站的自動化程度更高，對信息處理的速度更快，極大地減少了信息的重復性錄入。信息在轉變為數據處理之后，可以利用數學建模等方式，使測量的精度更高、計算速度更快。

1.2 數字化繼電保護裝置的特點

1.2.1 數字化變電站繼電保護裝置相較于傳統繼電裝置的區別。傳統的變電站繼電保護裝置與數字化變電站繼電保護裝置的區別體現在多個方面。

硬件方面與軟件方面。傳統的微機保護裝置，其主要部件有數據采集單元、數據處理單元、通信接口等。通過數據采集單元采集模擬量U、I，匯總到總線后進行處理，可以經過開關量輸入/輸出回路來執行回路，以達到人機對話。傳統的微機保護裝置總線上接口較多，所有數據均由總線進行處理處理較慢，容易出現數據重復計算或者信息的遺漏。數字化保護裝置與傳統微機保護裝置最大的區別就在于接口。數字化保護裝置擁有主CPU處理器以及從CPU，主從CPU通過雙端口RAM進行數據的交互，主CPU上有光接收單元、開入單元接口，從CPU上人機接口以及通信接口。光纖信號取代了傳統的模擬量，開入量通過開入單元進入主CPU進行處理。通過主從處理器多接口分流處理，類似于雙核處理，相較于傳統的微機保護裝置，其數據處理速度較快，數據累贅率減小。

繼電保護功能的方面，由于數字化變電站中的繼電保護裝置擁有多接口以及多處理器，形成了類似于網絡化的結構，各種數據無需每次都經過總線進行處理，數據信息在經過CPU處理器處理計算后，裝置直接將數據傳輸到相應的接口，從而形成了網絡化的保護功能，提高了繼電保護裝置的運行效率。

繼電保護裝置功能方面，由于數字化變電站的繼電保護裝置只需考慮程序處理、通信、電源等方面，所以其間隔層的功能只要能保證以上功能正常實現即可維持整個變電站的邏輯以及數據處理，這需要設計一個通用的間隔裝置，即可維持變電站的正常運行，相比于傳統的變電站，這大大降低了數字化變電站繼電保護裝置的維護難度。

1.2.2 數字化繼電保護裝置接口的實現。數字化繼電保護裝置接口的實現方式和傳統繼電保護裝置接口的實現方式不同。在傳統繼電保護裝置中最具代表性的是微機繼電保護裝置，現在很多電力系統中使用的仍是微機繼電保護裝置。在微機繼電保護裝置中有微處理器，所有的電路均為數字電路，其中的接口主要有兩種類型：一種是模擬量輸入接口；另一種是開關量輸入輸出接口。在數字化變電站技術出現以后，新型的變電站繼電保護裝置應運而生。數字化變電站繼電保護裝置接口和微機繼電保護裝置不同，其中主要包括通信接口和人機接口，信息的接收和處理均通過數字信號完成。傳統的繼電保護裝置數據采集主要是通過模擬信息的錄入實現的，處理模擬信息時，需要較多的A/D變換插件以及低通濾波插件，信息處理效率低。數字化變電裝置通過光纖傳播數據，減少了數據傳輸的時間，通過電子互感器將信息轉換為數據信息，實現數據的傳輸。最后交由合并單元進行數據處理，轉換所需要的信息。對比傳統變電站，利用光纖傳輸轉換為數據的信息，大大提高了傳輸效率，提高了變電裝置的穩定性與安全性。

2 數字化變電站繼電保護的調試技術研究

2.1 數字化變電站繼電保護的調試技術

2.1.1 數字化變電站繼電保護的調試階段。數字化變電站繼電保護的調試主要分為三個階段，分別是單體調試、單間隔調試和整組聯調。以下是三者的具體內容：

首先是單體調試。雖然我國數字化變電站繼電保護調試技術的發展取得了很大進步，但目前我國的數字化變電站繼電保護裝置在研發水平和產品制造方面還處于發展完善階段，有很多裝置在現場運行時還存在很多問題，而且這時候又不宜對其硬件進行更換和對其程序進行修改的工作。所以相關工作人員在進行調試工作時，一定要對保護裝置與廠家一起在保護裝置出廠前進行聯合調試工作。調試人員還需要重視裝置的完整性，保證裝置被送到現場后能夠正常運行。另外，單體調試的項目很多，主要有遙信測試、模擬量測試、壓板投退測試、定值測試、保護錄波文件、保護告警、保護事件、網絡切換、網絡中斷、動作邏輯測試和對時測試等。

其次是單間隔調試。智能終端、保護裝置以及測控裝置三者之間的通信正常對于數字化變電站繼電保護的調試工作有著極其重要的影響。單間隔調試就是確保三者通信正常的一種技術方法。除此之外，上行、下行報文的監控也是單間隔調試的工作重點。總地來說，單間隔調試主要的內容有GOOSE能否實現間隔防誤閉鎖功能，任意選一個測控裝置和任意選兩個測控裝置在違反和滿足五防閉鎖條件下的兩種情況分別進行相關的操作。

最后是整組聯調。聯調的測試內容主要是GOOSE網檢測、保護邏輯功能的測試和遙控功能的測試，其中GOOSE網檢測是聯調的重點內容。聯調GOOSE測試主要包括七個部分的內容：第一，GOOSE的報文測試；第二，GOOSE的發布是否是正確的；第三，GOOSE的訂閱是否正確并相對應；第四，將GOOSE的參數設置錯誤，檢查一下看被測裝置是否能夠及時有效處理；第五，檢查GOOSE斷鏈是否能夠正常上報；第六，檢查GOOSE的發送策略，比如發送間隔和發送序號是否符合標準；第七，裝置固定以后，GOOSE的報文當前的數據是正確發送的，并且沒有遺漏。

2.1.2 數字化變電站繼電保護的調試方法。數字化變電站繼電保護的測試方法不僅改善了傳統變電站存在的不足，還在傳統變電站的基礎上取得了突破發展。數字化變電站繼電保護裝置的測試分為采用傳統繼電保護測試儀和采用數字繼電保護測試儀兩種方法。對于采用傳統繼電保護測試儀，其原理是在電流互感器和電壓互感器模擬器中加載傳統繼電保護測試儀所輸出的電流和電壓，通過電流互感器和電壓互感器模擬器來把電壓和電流的模擬信號轉變成特殊的數字光信號。再把這些數字光信號送到合并單元中，并通過SMV交換機最終取得保護設備的作用。對于采用數字繼電保護測試儀，其原理是直接輸出數字化的電壓量、電流量和開入量。同時讀取出GOOSE出口報文測量保護動作時間，直接起到保護裝置的作用。與傳統繼電保護測試儀相比，數字繼電保護測試儀在很大程度上簡化了測試流程，不僅提高了設備的測試效率，還精確了測試結果，是一次巨大的突破。

2.2 繼電保護技術在數字化變電站中面臨的新形勢

2.2.1 繼電保護性能加強。數字化變電站下的繼電保護裝置將原來的模擬信息轉換為了數據信息，大大減少了存儲信息所需的空間，存儲能力大大提高。數據信息的計算相比于模擬信息的計算更加方便準確，利用數學建模、空間坐標、參數設定能夠快速地計算測定變電站內的信息情況，從而對狀況進行準確而快速的處理。而且在準確度方面，數字化繼電保護裝置的系統更加優化，模糊控制更加精準、神經網絡更加完善、狀態預測更加準確甚至人工智能方面也有了極大的進步。數字化的信息處理不僅使得繼電保護性能大大提高，并且數據的計算相較于信息數據的處理成本更低，發展前景

較好。

2.2.2 繼電保護系統安全性提高。現在一般的繼電保護裝置穩定性較差，受溫度濕度影響較大，極易遭受雷電天氣影響，這面對飛速變化的電力發展趨勢顯然是不夠的。繼電保護裝置要提高系統的可靠性，力求達到不受濕度、溫度及天氣變化的影響，不受小部件更換的影響，不受電源波動以及裝置使用年限的影響。還要求裝置能夠定期對自身零件系統進行維護檢查，排查故障，提高安全性。

2.2.3 繼電保護系統軟件及硬件性能提高。一個裝置的軟硬件是裝置運行的基礎，好的部件決定了裝置的性能，要提高繼電裝置的性能，提高其軟件及硬件的性能是必要的。在選擇一個系統產品時，軟硬件的可擴展能力往往居于首位考慮。近年來，國際標準IEC6182越來越受到國人重視，國內變電站建設逐步向國際看齊，提高軟硬件的可擴展性越來越重要。

2.3 數字化繼電保護系統性能優化

2.3.1 分布式母線保護。在繼電保護裝置中，母線的地位極其重要，但在傳統的繼電保護裝置中，因為模擬信息的數據處理量過大，難以將數據分流處理，只能進行集中處理。集中處理的效率不高且抗干擾能力較弱，對于第二次信息處理，傳統繼電器由于其母線抗干擾能力不強，極易出現數據混亂的現象。數字化變電站下的繼電保護裝置將模擬數據轉換數字數據，減少了數據處理量，分布式母線配合數字化繼電裝置的網絡化結構，極大地提高了繼電裝置的抗干擾性能及二次數據處理性能。

2.3.2 輸電線路保護。數字化變電站下的繼電器一般由電子互感器構建而成，電子互感器不存在傳統互感器的飽和問題，因此能夠降低縱差保護方面的誤差，提高選相元件、距離阻抗元件等多種元件的性能，繼電保護能力大大提高。但電子互感器在差動保護靈敏度這一方面不及傳統的互感器。

3 數字化變電站機電保護調試實例分析

本文所介紹的實例是邯鄲名府220kV數字化變電站。該變電站是我國數字化變電站的典型代表，對其進行分析和研究具有重要意義。邯鄲名府220kV數字化變電站是以IEC61850通信規范為基礎的，其中的一次設備實現了智能化，二次設備實現了網絡化，一次設備和二次設備分層構建。邯鄲名府220kV數字化變電站對接的是兩個常規變電站，一個是大寨220kV變電站，另一個是魏縣220kV變電站，兩個常規變電站的配置是相同的，因此只研究一個變電站即可，本文研究的是大寨220kV變電站。邯鄲名府220kV數字化變電站和大寨220kV變電站的一次系統簡圖和通信方式示意圖分別如圖3和圖4所示。在調制的過程中會出現縱差保護時間同步問題，需要解決這一問題。

在測試前要對裝置和保護通道進行檢查，檢查結果顯示，PSL603U裝置、CSC-103D/E裝置和CSC-186裝置的通道都是正常的。在第一次測試時中采用的是單端加測試量的方法，測試數據基本正常。第二次采用的是實際帶負荷的方法，發現PSL603U角度偏差比較大，超過了10°，通過對PSL603U裝置的延遲時間進行調整，實現交流采樣同步，解決了PSL603U裝置角度偏差的問題。

4 結語

由于數字化的繼電保護仍處于起步階段，各項技術都尚未達到成熟階段，建設過程中仍存在著問題尚待解決。因此在發展信息化變電站下的繼電裝置，需要不停開發探索新技術，彌補不足，完善系統。將思維從傳統中跳脫出來，發散創新性思維，解決電子互感器的一些先天性不足，使信息化系統更加完善。

參考文獻

[1] 王超，王慧芳，張弛.數字化變電站繼電保護系統的可靠性建模研究[J].電力系統保護與控制，2013，（3）.

[2] 陳驍寅.數字化變電站繼電保護適應性探討[J].通訊世界，2015，（19）.

作者簡介：陳金泉（1973-），男，廣東興寧人，廣東電網有限責任公司珠海供電局中級工程師，研究方向：電力系統繼電保護。

（責任編輯：蔣建華）