智能變電站技術(shù)及其對繼電保護的影響

易文

摘 要：智能變電站技術(shù)的產(chǎn)生，優(yōu)化了繼電保護系統(tǒng)的性能，為電力系統(tǒng)可靠性的提升奠定了基礎。基于此，文章簡要介紹了智能變電站的組網(wǎng)技術(shù)，從主變保護、線路保護、母線及過載保護等方面，闡述了智能變電站技術(shù)，對繼電保護方式的影響。并分析了智能變電站技術(shù)的應用，對繼電保護數(shù)據(jù)信息與調(diào)試維護的影響。經(jīng)仿真實驗，證實了技術(shù)的應用價值。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護；數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)調(diào)試

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0148-02

Abstract： The generation of intelligent substation technology optimizes the performance of relay protection system and lays a foundation for improving the reliability of power system. Based on this， this paper briefly introduces the networking technology of intelligent substation. From the aspects of main transformer protection， line protection， bus and overload protection， this paper expounds the influence of intelligent substation technology on relay protection mode. The application of intelligent substation technology and its influence on relay protection data information and debugging and maintenance are also analyzed. The application value of the technology is proved by simulation experiment.

Keywords： intelligent substation； relay protection； data acquisition； system debugging

前言

信息化技術(shù)影響范圍的拓展，使得智能變電站技術(shù)逐漸產(chǎn)生。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，智能變電站有效提高了電力系統(tǒng)的管理效率、提高了系統(tǒng)的安全性。繼電保護系統(tǒng)，為變電站的重要組成部分。隨變電站智能性的提升，繼電保護的主變及線路保護配置方式，以及繼電保護的數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗^程，均發(fā)生了變革，一定程度上提高了繼電保護的可靠性。

1 智能變電站組網(wǎng)技術(shù)

智能變電站結(jié)構(gòu)，以“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)為主。“三層”主要為站控層、間隔層、過程層。“兩網(wǎng)”分別為站控層網(wǎng)絡及過程層網(wǎng)絡。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站繼電保護系統(tǒng)的硬件，發(fā)生了極大的變化。具體體現(xiàn)在以下方面：（1）智能元件的應用：智能變電站技術(shù)改變了繼電保護的元件類型，增加了智能元件在系統(tǒng)中所占的比例[1]。以電子式互感器為例，與傳統(tǒng)互感器相比，該類型儀器，抗干擾能力更強、動態(tài)范圍更大，且支持網(wǎng)絡傳輸，數(shù)據(jù)處理水平更高，優(yōu)勢顯著。（2）網(wǎng)絡的應用：智能變電站繼電保護系統(tǒng)，要求采用以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)變電站相比，有效拓展了交換機的性能，提高了數(shù)據(jù)信息的傳輸效率。在上述繼電保護方式的作用下，變電站各構(gòu)件運行安全性的提升將成為可能[2]。（3）光纜的應用：智能變電站繼電保護系統(tǒng)的光纜數(shù)量更大，數(shù)字化輸出效率更高。與傳統(tǒng)的二次光纜相比，系統(tǒng)性能更強。

2 智能變電站技術(shù)對繼電保護配置方式的影響

2.1 主變保護配置方式

應用智能變電站技術(shù)后，繼電保護的主變保護方式發(fā)生了變化。以雙重化主變保護配置為例，保護方法如下：（1）配置情況：雙重化主變保護系統(tǒng)，由智能終端及各單元構(gòu)成。系統(tǒng)可采用直接跳閘的方式，實現(xiàn)非電量保護。跳閘后，系統(tǒng)可隨之將相關(guān)保護信息，傳輸至GOOSE網(wǎng)絡中。供智能變電系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫予以存儲，以用于數(shù)據(jù)分析[3]。（2）采樣方法：雙重化主變保護系統(tǒng)，采樣方式以直接采樣為主。當變電站主變設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可立即經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡發(fā)送跳閘命令。繼電保護系統(tǒng)收到命令后，會立即跳閘，達到保護主變的目的。繼電保護的跳閘命令執(zhí)行模式見圖1：

2.2 線路保護配置方式

以220kV線路為例，智能變電站技術(shù)對繼電保護的影響，主要體現(xiàn)在裝置一體化，以及跳閘方式數(shù)字化等方面。線路保護的具體實現(xiàn)方式如下：（1）一體化裝置：為確保變電站運行過程中，線路的各類型故障均能夠體現(xiàn)。可將重合閘，應用到線路繼電保護系統(tǒng)中。利用重合閘的單重、三重、禁止及停用等功能，實現(xiàn)過電壓保護。（2）通道設置：如采用雙重配置的方式，配置繼電保護系統(tǒng)。則應保證縱聯(lián)的各個通道相互獨立，以確保信息能夠?qū)崿F(xiàn)單獨溝通。為提高跳閘的靈敏度，各獨立通道類型，應以數(shù)字化為主。（3）跳閘方式：有關(guān)人員可將智能終端，安裝在繼電保護系統(tǒng)中，直接采集線路運行信息，以實現(xiàn)直接跳閘。

2.3 母線保護配置方式

智能化變電站未應用前，繼電保護系統(tǒng)的母線配置方案，以交換機配置方式為主。當變電站設備故障發(fā)生后，過程層交換機之間，需相互傳輸GOOSE跳閘指令，方可使跳閘的動作得以執(zhí)行。如交換機本身存在故障，上述過程將無法實現(xiàn)。加之網(wǎng)絡延時不穩(wěn)定，以及同步信號依賴度過高等因素的影響，指令的發(fā)出效率往往較低。在智能變電站技術(shù)的支持下，有關(guān)人員可將專用光纖，應用到繼電保護系統(tǒng)中。采用傳感器采集變電站各裝置的電壓，并將采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)A/D及D/A轉(zhuǎn)換后，傳輸至變電站核心控制系統(tǒng)當中。由核心系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，判斷其是否存在異常。

2.4 過載保護配置方式

智能變電站中，低頻低壓減載保護裝置（圖2）的功能，在于通過SV網(wǎng)絡，以及GOOSE網(wǎng)絡，實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護。與傳統(tǒng)變電站的繼電保護裝置相比，該保護方式的跳閘信息發(fā)送效率更高。以智能變電站為基礎的繼電保護過載保護配置方法如下：（1）網(wǎng)絡配置：繼電保護系統(tǒng)應與SV網(wǎng)絡連接，通過“母線PT合并單元”，獲得智能化系統(tǒng)的電壓數(shù)據(jù)采集信息。在此基礎上，與GOOSE網(wǎng)絡連接，將系統(tǒng)發(fā)出的跳閘指令，經(jīng)該網(wǎng)絡發(fā)送給智能元件。以達到控制智能元件運行狀態(tài)、降低其故障率的目的。（2）光纜配置：為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”的方式，節(jié)約光纜，提高配置水平。

3 智能變電站技術(shù)對繼電保護效果的影響

3.1 數(shù)據(jù)信息影響

智能變電站技術(shù)的應用，對繼電保護效果的影響，首先體現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息方面。變電站智能化水平提升后，電子互感器代替了電磁互感器，成為了繼電保護系統(tǒng)的重要元件。與電磁互感器相比，電子互感器在解決時延問題方面，效果更加顯著。除此之外，該類型互感器，同樣具有響應速度快、頻帶寬度大的優(yōu)勢。應用該元件后，繼電保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，將明顯提升。以智能變電站技術(shù)為基礎的繼電保護系統(tǒng)，信息化標準ICT61850為主。ICT61850標準下，IED設備的二次信息分離，將能夠有效實現(xiàn)，繼電保護數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃詫⒚黠@提升。

3.2 調(diào)試維護影響

智能變電站技術(shù)的應用，對繼電保護的影響，同樣體現(xiàn)在調(diào)試及維護方面。智能變電站，打破了傳統(tǒng)變電站保護裝置在采樣、計算等方面存在的桎梏。當變電站某設備及元件故障發(fā)生后，故障信號可被立即采集并經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫當中，而系統(tǒng)同樣會立即利用相關(guān)算法，實現(xiàn)對故障的分析及預警。交互技術(shù)，為智能變電站相關(guān)技術(shù)的一種。在該技術(shù)的支持下，電力領(lǐng)域無需綁定保護裝置，即可使信息共享得以實現(xiàn)，一定程度上提高了設備的調(diào)試及維護效率。可見，智能變電站技術(shù)的應用，對繼電保護系統(tǒng)運行故障發(fā)生率的降低，具有重要價值。

3.3 仿真分析

為評估智能變電站技術(shù)下繼電保護系統(tǒng)的性能，判斷該技術(shù)的應用，是否能夠真正達到提高繼電保護系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性的目的。本課題以220kV變電站為例，將IEC51850中的邏輯節(jié)點，應用到了仿真過程中。在建立仿真模型后，通過對仿真結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，在智能變電站技術(shù)的支持下，繼電保護效率明顯提升、系統(tǒng)故障預警的及時性明顯改善。表明，智能變電站技術(shù)的應用，對繼電保護系統(tǒng)性能的改善，具有確切的積極意義。

4 結(jié)束語

綜上所述，智能變電站技術(shù)的應用及普及，使得繼電保護的信息傳輸效率顯著提升，且降低了調(diào)試及維護的難度。為進一步提高變電站運行的可靠性及穩(wěn)定性，電力領(lǐng)域可考慮采用智能變電站，全面替代傳統(tǒng)變電站。將以太網(wǎng)、智能化元件，應用到變電站之中。在此基礎上，根據(jù)自身需求，對繼電保護裝置進行優(yōu)化設計。以增強系統(tǒng)性能、延長變電站各設備的使用壽命。

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