簡析智能變電站繼電保護及自動化系統

黃良初

（全椒縣明源電力服務有限公司，安徽 全椒 239500）

變電站智能化之后，其中的繼電保護功能也得到優化與提升，通過對輸電線路與主設備保護，實現變電站的正常和高效運行[1]。在繼電保護當中，其保護裝置可自動、實時監測電氣系統的工作狀態，可以對電氣系統是否存在故障，進而是否切除故障設備在整個系統的連接等，作出相應的行動。由此，智能變電站可以更加安全、穩定和連續地為用戶供電。關于智能變電站的繼電保護，以下則主要從繼電保護裝置運行、保護方法和操作進行分析，并簡要分析智能變電站的自動化系統構成。

1 智能變電站功能及智能化裝置

智能變電站應用的是集成技術，結合光纖以太網可以實現全站范圍內的數據交互。在其功能與智能化裝置中，一次設備可以同上級監控設備、調度等交換信息并進行協同操作，變電站的一次設備智能化主要采用的是各類電子式交互感器、開關柜、變壓器在線監測等技術實現的。在智能變電站當中，二次設備網絡化則借助的是同步采樣技術、大流量實時報文處理等的相關技術，由此實現信息采集、測量等的操作。就智能變電站的功能而言，主要涉及到繼電保護、監測監視、操作控制、智能高級應用等的功能。其中繼電保護功能重在滿足智能變電站各個電壓等級的保護功能配置，對變電站云新區與非運行區定值的本地、遠方修改及校驗等。

圖1 智能變電站系統結構圖

2 智能變電站的繼電保護特點

在智能變電站中，繼電保護依靠的保護裝置主要是由三個部分構成，即測量比較、邏輯判定以及執行輸出，進行自動保護時特點也非常突出，具體涉及到采樣、跳閘的兩大特點。

首先，在采樣方式中，智能變電站通過接入MU（合并單元） 將信息和數據傳輸給保護裝置，傳輸信息及數據的接口為SV 接口。繼電保護裝置的采樣方式可以直采、網采，直采就是依據MU 傳輸來的數據進行保護裝置與MU 經光纖直接通信，網采則是從SV 網絡進行通信，但是一般數據量非常大，若是采用網采的方式，交換機必須達到較高的要求，為了確保采樣可靠、快速，通常都是采取直采的方式[2]。

其次，智能變電站的跳閘方式中，由于應用的是智能終端，其繼電保護裝置則是經光纖接口達到跳閘或合閘，跳閘可直跳、網跳，前者是保護裝置經光纖發出跳閘命令，后者則是經過GOOSE 網絡發出跳閘命令。當GOOSE 發出這一指令，則首先從智能終端的運行狀態檢查開始，再檢查其他保護的運行狀態，最后檢查光纖的情況。基于《智能變電站繼電保護技術規范》，智能變電站繼電保護跳閘方式采用的是直跳，該方式相比網跳優勢更為明顯。

在智能變電站的繼電保護當中，涉及線路、變壓器、母線以及高壓并聯電抗器保護等，不同保護之下可采取不同的方式，以變壓器保護為例，其可采取直接采樣、分布式保護等。分布式保護即由主單元與若干子單元組成，而子單元不跨電壓等級，主單元可以安裝于室內，子單元可以就地安裝，若裝置光纖以太網的接口太多且存在比較突出的發熱問題，則可以采取這種方式實施保護。

圖2 “直采直跳”保護

3 智能變電站繼電保護的自動化系統分析

3.1 繼電保護自動化系統

智能變電站自動化系統中，共包含過程層、間隔層以及站控層，繼電保護系統和通信網絡結構屬于間隔層、站控層的部分。變電站運行時，繼電保護需要依靠自動化系統實現保護功能。

首先，智能變電站通過變壓器自動化設置實現繼電保護，即需要對繼電保護裝置進行調試，確保電力輸出、輸入符合相應的標準，但由于變電站實際工作運行存在變化，為了做好電壓的調控，通過變壓器保護裝置進行配電可達到相應的效果及目的。其次，繼電保護的自動化系統中，線路保護配置可以結合多種方式如后備式、通信監視等發揮作用，一旦出現問題檢修的效率也可得到保證[3]。此外，繼電保護自動化系統的檢測也是系統中的重要部分，其自動化檢測流程涉及到動態鏈接庫的相關參數及文件，在此基礎上達到檢測的輸出，再通過執行裝置處理變電站運行中的故障和問題，自動檢測系統也可記錄存儲檢測的情況，形成報告。

3.2 智能變電站繼電保護操作及方法

智能變電站自動化系統中包含了繼電保護裝置，該裝置可以自動、及時反映電力系統中各電氣設備發生的故障或者工作狀態異常情況，而后再通過斷路器跳閘或發出報警信號，當運維人員接收到報警信號則立即進行處理。

具體以智能變電站的繼電保護中跳閘處理方法為例，變電站智能化或數字化后，相比傳統變電站，其對繼電保護有一定的影響，即繼電保護裝置的跳閘路徑比較長，要經過的硬件設備也會比較多，為了實現更加有效的繼電保護跳閘，能夠采取“直采直跳”的跳閘路徑，在此路徑之下，母線保護動作后，由母線保護的中央處理器對要跳閘的線路間隔智能撞斷裝置發送跳閘的命令，命令經接收則跳閘出口程序啟動，相關元件實現斷路器跳閘。整個跳閘過程只經過要跳閘間隔的智能終端裝置，沒有過多的中間環節，如此智能變電站實現繼電保護跳閘。

除以上繼電保護跳閘處理之外，以下也有某變電站繼電保護的實際案例：

110kV 某變電站#1 主變本體重瓦斯保護動作，#1 主變三側開關跳閘，事件導致該變電站#2、#3 主變重載，無負荷損失。在此事故當中，根據檢查發現，瓦斯繼電器的本體端子箱之間電纜兩芯線間絕緣為0，且電纜的外皮有明顯損壞。根據#1 主變修試記錄，此次跳閘之前的20 天，#1 主變完成吊罩大修，本體重瓦斯到本體端子箱之間的電纜沒有拆除，且吊罩大修并沒有固定其期間的電纜，因天氣潮濕電纜的金屬層發生銹蝕，因而導致絕緣降低以致#1 主變本體瓦斯保護動作后發生跳閘。

值得注意的是，智能變電站出現間隔保護停止運行時，繼電保護的操作還要把握以下兩個方面：首先，智能變電站是以光纖網絡作為保護裝置采樣和跳閘通道的，跳閘的邏輯判定、執行輸出元件為分散安裝，由此確保跳閘出口可以在繼電保護裝置控制，也可以在智能終端上控制，如果變電站的間隔保護停運，要退出保護跳閘功能，退出間隔保護裝置的跳閘GOOSE 出口壓板就行[4]；另外，對間隔保護進行檢修過程中，必須退出此間隔保護裝置涉及到的軟壓板，同時也要退出SV 壓板，目的在于避免檢修時試驗對未停止運行的保護裝置。

4 結語

綜上所述，智能變電站已經是我國電力電網行業中非常重要的構成，而面對日益擴大的用戶電力需求，智能變電站如何滿足需求需要從已經面臨或出現的問題出發，通過智能化以及自動化系統高效發揮變電站的作用和價值[5]。為了確保變電站可靠、穩定且安全運行，繼電保護必不可少，以上也針對繼電保護及其自動化系統進行了簡要的分析，對于智能變電站繼電保護技術及其發展還將繼續展開探討。