試論智能變電站技術對繼電保護的影響

劉江 曲晏嬌 尹修德 王愛東

摘要：本文在闡述智能變電站繼電保護架構體系的基礎上，對智能變電站技術對繼電保護在數據信息及保護原理、實現機制與架構體系以及設計、調試與運維等方面的影響進行了分析探討。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；影響分析

當前，智能變電站技術發展方興未艾，代表了變電站自動化技術的發展方向，是智能電網建設的重要組成部分。智能變電站的基本特征包括：電子式互感器與智能一次設備的應用、基于IEC61850標準體系的統一建模、二次信息網絡化傳輸等。電網需求和工程實踐表明，在眾多二次專業中，以繼電保護對安全性、可靠性要求最高，因此智能變電站的重點是繼電保護，難點是繼電保護與通信及其它二次專業的相互滲透。因此，探究與智能變電站技術相適應的繼電保護原理及其架構體系是十分必要和迫切的，本文就智能變電站技術對繼電保護的影響進行一些探討。

1智能變電站繼電保護架構體系

與傳統變電站相比，智能變電站繼電保護采用過程層網絡為中心的架構，以IEC61850為其通信標準，主要包括以下幾方面：

一是“三層兩網”架構。智能變電站按照功能在邏輯上劃分為三層，分別為站控層、間隔層和過程層，兩兩之間分別構成站控層網絡與過程層網絡。對繼電保護而言，站控層網絡傳輸整定值召喚、修改、錄波文件傳送等，而過程層網絡傳輸采樣值、開關狀態量、跳閘、閉鎖等信號，實時性與可靠性備受考驗，是智能變電站繼電保護關注的重要性能；

二是IEC61850標準體系。IEC61850標準是智能變電站繼電保護網絡與通信遵循的規則。在模型上，以傳統繼電保護裝置功能為單位劃分邏輯設備，一個實體設備可包含多個邏輯設備，以基本功能單元劃分邏輯節點；在通信協議上，IEC61850按照通信服務的類型及性能要求映射特定通信協議；在數據上，IEC61850詳細劃分繼電保護基本數據類，覆蓋現有的繼電保護使用數據，并提供了擴展數據類的方法；

三是基于數據幀傳輸的運行機制。傳統變電站繼電保護裝置有專門采樣和命令信號通道，傳輸延時由裝置處理速率與通道固定時延構成，相對固定。而智能變電站繼電保護的采樣值傳輸、開關狀態量獲取、跳閘指令下達等通過以太網數據幀形式，以交換機及光纖為介質，由過程層網絡執行通信，因此，智能變電站繼電保護運行高度依賴過程層網絡，網絡性能構成對繼電保護“四性”的約束，過程層網絡規劃設計及調度策略尤其重要；

四是模塊化的保護功能組織形態。區別于傳統變電站以裝置為中心的繼電保護組織形態，智能變電站繼電保護以保護功能模塊化為組態形式，“集中”或者“分散”的保護實現形式不依賴于裝置而是取決于保護需求與網絡性能。

五是高精度全網統一的網絡同步對時系統。傳統變電站繼電保護采用IRIG-B碼或者光纖方式對時同步。而智能變電站網絡化運行模式下，IRIG-B碼或者光纖直連方式不能滿足繼電保護應用需求。智能變電站繼電保護需要高精度全網統一網絡對時方式，一方面既能充分發揮網絡對時方式靈活的特點，另一方面又能利用通信網絡冗余高可靠性與實時監測的優勢。

2智能變電站技術對繼電保護系統的影響分析

2.1對繼電保護的數據信息及保護原理的影響

以繼電保護數據信息鏈條的視角而言，與傳統的變電站自動化技術相比，智能變電站技術給繼電保護帶來的影響主要體現在以下三個方面：一是電子式互感器取代電磁式互感器，繼電保護的源數據性質發生變化。二是二次信息的網絡傳輸取代二次電纜硬連接，繼電保護數據的傳輸方式發生變化。三是基于IEC61850的二次信息統一建模，繼電保護數據的處理和利用方式發生變化。

2.2對繼電保護實現機制與架構體系的影響

從繼電保護實現機制、架構體系的視角，與傳統的變電站自動化技術相比，智能變電站技術給繼電保護帶來的影響主要體現在以下四個方面：一是網絡化數據交換突破了傳統繼電保護采樣-計算-出口一體化的模式。二是網絡化數據交換以及交換機的智能化突破了二次回路不可測控的瓶頸。三是對等信息交互模式突破了繼電保護運行管理以保護裝置為中心的模式。四是過程層統一采樣突破了不同二次系統專業壁壘。

2.3對繼電保護的的影響

站在智能變電站的設計、調試、運維的全生命周期鏈條的視角，與傳統的變電站自動化技術相比，智能變電站技術給繼電保護帶來的影響主要體現在以下四個方面：一是智能變電站的繼電保護構成形態和運行模式發生了很大變化，繼電保護的測試方法、項目、周期等繼電保護運維技術標準與規范的研究與編制嚴重滯后。二是二次信息的網絡化傳輸使得繼電保護二次回路可以監測，使得繼電保護設備狀態檢修成為可能。三是基于IEC61850的統一建模，使得變電站所有設備的建模一體化，當面臨變電站擴建、設備變更等需求時，如何動態修改配置SCD 文件及CID 文件是目前所有已投運的智能變電站遇到的難題。四是目前IEC61850及智能變電站技術仍然處于發展變化階段，由于對IEC61850的理解差異性以及擴展定義的不規范性，給智能變電站設計、調試與運維帶來挑戰，而繼電保護專業正是其中的重點和難點。目前大多數的智能變電站試點都需要業主、設計院、集成商、設備廠家、調試單位反復協調，不斷修改方案。而變電站投入運行后，運行單位往往難以擺脫對調試單位和廠家的依賴，給電力系統的安全運行帶來隱患。

3結束語

在智能變電站技術背景下，繼電保護等電網二次系統的組織形態和運行模式將產生極大地改變，必將衍生出一系列全新的電力自動化產品，在提高電網安全可靠運行水平的同時，更為IT 行業和電力自動化行業創造巨大市場和商機，是我國電力自動化和智能電氣裝備制造產業升級的絕佳機遇。

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