數字化變電站繼電保護配置及其現場調試研究

黃楠

【摘 要】我國電力能源的使用引起了社會的廣泛關注，在數字化的變電站中其繼電保護裝置的出現大大提升了電力系統工作的安全性以及供電工作的穩定性，數字化變電站則使各項功能在原有基礎上進一步提升。通過對數字化變電站繼電保護配置作為切入點，簡述集中配置、分散配置等方式，講述了變電站中繼電保護配置與現場調試的具體分析，為我國以后的電力系統發展奠定堅實的基礎。

【關鍵字】數字化變電站；繼電保護配置；現場調試

一、引言

信息化技術影響范圍的拓展，使得智能變電站技術逐漸產生。與傳統技術相比，智能變電站有效提高了電力系統的管理效率、提高了系統的安全性。繼電保護系統，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，以及繼電保護的數據傳輸等過程，均發生了變革，一定程度上提高了繼電保護的可靠性。

二、數字化智能變電站繼電保護及自動化系統的概述

（一）數字變電站

數字變電站具備傳感器數字化，一次設備智能化，二次設備網絡化，通信標準協調化，傳輸光纖化等主要特點。依據變電站實現功能的差異，可將數字變電站劃分為三層，分別包括過程層、間隔層以及站控層。其中，過程層設備可發揮自檢測、自描述功能。經由過程層網絡向間隔層設備傳輸一次設備信息數據，獲取間隔層設備的控制指令。現階段，選取常規開關結合智能操作箱的過渡方案，同樣為過程層，由于其是過程層不可或缺的一項控制設備，因而應當明確基本過程層設備的組成成分，即包括有電子式電壓互感器、智能變壓器、電流互感器等一次設備。間隔層設備則主要包括測量表計、保護以及測控設備等。而對于站控層而言，其扮演的是管理系統的角色，主要組成成分包括管理機、遠動工作站以及監控系統等，其可作用于對變電站各項信息數據進行監控、記錄，為達成監控中心遠端控制提供各式各樣的轉化信息數據。綜上，數字變電站是對一次設備、二次設備開展全面整合，在IEC61850標準的支撐下，秉承分布分層結構體系，抽象通信服務接口及特殊通信服務映射技術，進一步切實達成數字信息傳輸及可靠指令執行，積極促進電網事業的有序健康發展

（二）數字變電站優勢

相較于綜合自動化變電站，數字變電站擁有下述幾方面優勢：第一，電子式互感器，綜合自動化變電站互感器通常選取以電磁原理為前提的傳統互感器，而數字變電站則選取電子式互感器。傳統互感器存在絕緣復雜、體積龐大、容易諧振、容易飽和等不足，而電子式互感器則可彌補上述不足，切實滿足數字變電站的需求。第二，信息共享，在設備信息采集方面，數字變電站與綜合自動化變電站相似，均需采集一次設備信息，不過前者實現了信息模型、通信標準的協調統一，最終與公用通信網絡進行連接，變電站每一子系統都通過公用通信網絡對一次設備信息進行接收，并經由該公用網絡對相關控制指令進行傳輸。第三，可靠性高，數字變電站信號傳輸介質以光纖為主，相較于常規的控制電纜，光纖具備良好的抗干擾能力，可顯著提升保護系統的可靠性，并且還有助于防止二次回路兩點接地現象的引發。再加上依托公用網絡平臺，可進一步縮減二次接線工作量，極大水平提升接線準確率

三、數字化變電站繼電保護配置

（一）變壓器保護設置

一直以來，在使用電力的時候，電力的輸入和輸出情況都是有一定的限定標準。在使用的過程中不能超過這個標準，以免影響正常的配電。但是在實際的工作中，要想更好的進行控制電壓，就需要采用合理的方式進行保護配電。在實際用電過程中要盡量的采用變壓器保護設置進行配電，利用這些裝置對于電流的使用進行后備保護。在這種情況下就直接可以保護自動化系統的配電功能。

（二）集中配置

數字化變電站是以智能設備為基礎構建的變電站，其突出特點是能夠實現站內智能電氣設備間的信息共享，只要設備滿足通信連接的要求即可。換言之，數字化變電站繼電保護不必像傳統變電站一樣分布在各處，可以利用智能系統實現集中配置。如某發電廠內建有大型升壓變電站，負責將電壓升高、輸入配電網中，為保證工作的有效性，應用繼電保護裝置進行保護，此前的保護裝置配置于變電站與電力網絡連接的各個位置，管理難度大，進行數字化改造后，所有裝備納入智能系統中，可以通過數字化設備集中管理、控制，工作更加高效。

（三）分散配置

分散配置是指不改變原有的繼電保護裝置分布情況，只對其進行智能化改造。該方式適用于降壓變電站。如部分地區變電站工作情況復雜，需要向不同方向輸送電能，且不同方向所需電壓有所差別，如果依然采用集中配置的方式，不便于精細化管理。變電站可針對不同方向的電壓需求分別選取繼電保護裝置，并設定默認程序，如110kV、38kV線路常規工作下的電壓、電流情況等，作為保護的標準，通過分散配置的方式滿足不同區域的管理要求。此外，數字化變電站還可以根據實際工作需要更改繼電保護配置方式，選取雙重配置等方式加強保護效果。

（四）變電站層繼電保護

繼電保護在變電站有序運行中可起到尤為關鍵的作用，同樣是確保電網正常運行的一項重要因素。數字化繼電保護是經由電子互感器、斷路器、智能化單元等來達成的，其中以光纖作為設備連接及信息傳輸的主要介質，退了信息數據的網絡化傳輸。

四、數字化變電站繼電保護現場調試方法

數字化變電站繼電保護現場調試的方法，一般包括機械調試和數字化調試兩種。機械調試也被稱為設備調試，是對傳統調試的一種延伸和強化，通過測試儀進行，了解信號傳輸情況，對其進行數字轉化和分析。如某變電站常規工作的電壓標準應為100kV，在調試中，發現其電壓值為99.8kV，繼電保護裝置未發出警報，表明系統存在問題，可分析原因，進行調試，直到系統可能在異常條件下發出警報，表明調試效果良好。該方式原理簡單、方法成熟，目前的應用也十分廣泛，不足之處是變電站內部存在磁場，很可能影響信號的強度、帶來噪音，因此所獲結果的誤差也較大，需要進行多次測試、調試才能獲取可信結果。數字化調試是對傳統方式的進一步優化，其調試原理是標準化的工作模型。在數字化變電站中，大部分工作可以在智能系統支持下自主進行，這意味著繼電保護工作同樣流程化進行，在常規模式下其工作對象——電能的電流、電壓等參數也必然是固定的。人員可以收集相關數據，建立一個標準的工作模型，輸入智能系統中，調試工作以模型為中心開展，對繼電保護系統當前工作的各個參數進行收集，對比其與標準模式之間的差值，如果差值在標準范圍外、系統無動作，可知繼電保護無效，應給予調整優化。數字化調試的誤差小、也可以避免噪音干擾，是目前較為可靠的現場調試方法。

五、結語

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

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