數(shù)字化變電站繼電保護配置及其現(xiàn)場調(diào)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(shù)字化的變電站中其繼電保護裝置的出現(xiàn)大大提升了電力系統(tǒng)工作的安全性以及供電工作的穩(wěn)定性，數(shù)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(shù)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(xiàn)場調(diào)試的具體分析，為我國以后的電力系統(tǒng)發(fā)展奠定堅實的基礎。

【關鍵字】數(shù)字化變電站；繼電保護配置；現(xiàn)場調(diào)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(chǎn)生。與傳統(tǒng)技術相比，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。

二、數(shù)字化智能變電站繼電保護及自動化系統(tǒng)的概述

（一）數(shù)字變電站

數(shù)字變電站具備傳感器數(shù)字化，一次設備智能化，二次設備網(wǎng)絡化，通信標準協(xié)調(diào)化，傳輸光纖化等主要特點。依據(jù)變電站實現(xiàn)功能的差異，可將數(shù)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(fā)揮自檢測、自描述功能。經(jīng)由過程層網(wǎng)絡向間隔層設備傳輸一次設備信息數(shù)據(jù)，獲取間隔層設備的控制指令。現(xiàn)階段，選取常規(guī)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(tǒng)的角色，主要組成成分包括管理機、遠動工作站以及監(jiān)控系統(tǒng)等，其可作用于對變電站各項信息數(shù)據(jù)進行監(jiān)控、記錄，為達成監(jiān)控中心遠端控制提供各式各樣的轉(zhuǎn)化信息數(shù)據(jù)。綜上，數(shù)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(shù)字信息傳輸及可靠指令執(zhí)行，積極促進電網(wǎng)事業(yè)的有序健康發(fā)展

（二）數(shù)字變電站優(yōu)勢

相較于綜合自動化變電站，數(shù)字變電站擁有下述幾方面優(yōu)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(tǒng)互感器，而數(shù)字變電站則選取電子式互感器。傳統(tǒng)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(shù)字變電站的需求。第二，信息共享，在設備信息采集方面，數(shù)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(xiàn)了信息模型、通信標準的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，最終與公用通信網(wǎng)絡進行連接，變電站每一子系統(tǒng)都通過公用通信網(wǎng)絡對一次設備信息進行接收，并經(jīng)由該公用網(wǎng)絡對相關控制指令進行傳輸。第三，可靠性高，數(shù)字變電站信號傳輸介質(zhì)以光纖為主，相較于常規(guī)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(tǒng)的可靠性，并且還有助于防止二次回路兩點接地現(xiàn)象的引發(fā)。再加上依托公用網(wǎng)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(shù)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(tǒng)的配電功能。

（二）集中配置

數(shù)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?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)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(shù)字化變電站繼電保護不必像傳統(tǒng)變電站一樣分布在各處，可以利用智能系統(tǒng)實現(xiàn)集中配置。如某發(fā)電廠內(nèi)建有大型升壓變電站，負責將電壓升高、輸入配電網(wǎng)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(wǎng)絡連接的各個位置，管理難度大，進行數(shù)字化改造后，所有裝備納入智能系統(tǒng)中，可以通過數(shù)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(qū)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(guī)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(qū)域的管理要求。此外，數(shù)字化變電站還可以根據(jù)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(wǎng)正常運行的一項重要因素。數(shù)字化繼電保護是經(jīng)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?shù)闹饕橘|(zhì)，退了信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化傳輸。

四、數(shù)字化變電站繼電保護現(xiàn)場調(diào)試方法

數(shù)字化變電站繼電保護現(xiàn)場調(diào)試的方法，一般包括機械調(diào)試和數(shù)字化調(diào)試兩種。機械調(diào)試也被稱為設備調(diào)試，是對傳統(tǒng)調(diào)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(shù)字轉(zhuǎn)化和分析。如某變電站常規(guī)工作的電壓標準應為100kV，在調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)其電壓值為99.8kV，繼電保護裝置未發(fā)出警報，表明系統(tǒng)存在問題，可分析原因，進行調(diào)試，直到系統(tǒng)可能在異常條件下發(fā)出警報，表明調(diào)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(nèi)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(diào)試才能獲取可信結果。數(shù)字化調(diào)試是對傳統(tǒng)方式的進一步優(yōu)化，其調(diào)試原理是標準化的工作模型。在數(shù)字化變電站中，大部分工作可以在智能系統(tǒng)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(guī)模式下其工作對象——電能的電流、電壓等參數(shù)也必然是固定的。人員可以收集相關數(shù)據(jù)，建立一個標準的工作模型，輸入智能系統(tǒng)中，調(diào)試工作以模型為中心開展，對繼電保護系統(tǒng)當前工作的各個參數(shù)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(tǒng)無動作，可知繼電保護無效，應給予調(diào)整優(yōu)化。數(shù)字化調(diào)試的誤差小、也可以避免噪音干擾，是目前較為可靠的現(xiàn)場調(diào)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(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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