分析智能變電站技術及其對繼電保護的影響

楊小敏 丁乾

【摘??要】通過構建智能變電站，合理的使用智能變電站技術，可以有效的提升繼電保護系統的性能效果，同時還可以較好的維護好系統的穩定運行狀態，使得電力系統的可靠性得到顯著性的提升。本文主要就智能變電站技術以及其對于繼電保護所造成的影響進行分析，掌握好該項技術的使用要點，做好機電保護數據信息的維護工作，挖掘該技術的實際使用價值，完善系統調試維護工作內容。

【關鍵詞】智能變電站;繼電保護;數據采集;系統調試

引言

當前，我國信息化技術的發展速度極快，其技術的應用范圍也在逐漸的擴展，智能變電站技術是信息化技術發展的衍生物，該項技術和傳統的電力技術進行比較，其技術的使用可以極大程度的提升總體電力系統管理工作開展的效率以及質量，同時還會保障系統使用的安全狀態。機電保護系統是變電站當中的核心構件，隨著變電站智能化水平的提高，機電保護的主變線路以及相對應的保護配置方式都產生了很大的轉變，且繼電保護數據傳輸也產生了變革，需要借助該項技術，提升繼電保護的可靠程度。

1智能變電站繼電保護架構體系

智能變電站和傳統的變電站進行對比，智能變電站繼電保護主要使用的是以過程層網絡為主的一類架構，就IEC?61850為通信標準，其可以大致劃分成為以下幾個層面。

1.1智能變電站繼電保護“三層兩網”架構

智能變電站就功能進行邏輯上的劃分，可以將其分成三層，其分別是站控、間隔以及過程三層。站控層網絡主要是用來整定值的召喚處理，將一些文件及時的傳送。過程層網絡主要是收集整合跳閘等各類的信號數據，其層的可靠性以及實時性較為關鍵，其層是智能變電站繼電保護的關鍵性性能。

1.2IEC?61850標準體系

IEC?61850標準是目前我國智能變電站繼電保護網絡和通信所需要遵守的一類關鍵性原則。就模型層面上分析，傳統的機電保護裝置性能為基準，劃分邏輯設備。一個實體設備可以涵蓋較多的邏輯設備，用基本功能單元去整合邏輯節點，在通信協議內容上，要以通信的服務類別為基準，正確的映射出特定化的通信協議，讓其傳輸層以及網絡層的協議可以達到實時性的標準。就數據層面積上分析，IEC?61850進一步的把繼電保護數據信息進行分類化的處理，用其數據來覆蓋上現有的使用數據信息，讓其數據類型的方式變得更加的豐富。

1.3數據幀傳輸的運行機制

在傳統的變電站當中，繼電保護裝置會安裝專門化的采樣以及命令信號的渠道，處理速率以及通道固定時共同組成傳輸延時。但是在智能變電站繼電保護當中，其開關狀態量等都是以太網的數據幀形式進行傳輸的，會借助光纖等各類的介質，執行好通信的目的，避免其保護運行過于依賴過程層的網絡，較好的去約束繼電保護，調整好調度的各類策略，完善網絡規劃設計工作內容。

1.4模塊化的保護功能組織形態

智能變電站和傳統變電站的繼電保護組織形態有著極為明顯性的差異，在智能變電站當中，其繼電保護的功能模塊化的組織形式會更加的靈活，其主要是以集中以及分散的保護形式為基準，其對于設備以及裝置等的需求依賴性會比較差。該種靈活性的組態，會較好的存于保護裝置內，讓其供給熱備使用。

1.5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，因為：（1）兩種傳統對時方式需要專門的傳輸通道，與智能變電站網絡化共享信息與資源的發展趨勢相悖;（2）IRIG-B碼對時同步是單向放射性對時系統，可靠性不足，易受鏈路狀態影響。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的數據信息及保護原理的影響

站在繼電保護數據信息鏈條的視角，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三個方面。（1）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。一方面，傳統的針對電磁互感器傳變特性設計的一些算法及其整定原則需要重新評估和優化;而電子式互感器采樣就地數字化可能造成的數據同步、延遲等新問題對繼電保護的影響也需要深入評估;另一方面，電子式互感器在線性度、頻帶寬度、響應速度等方面的優勢，可能產生繼電保護的新原理和新算法。（2）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。一方面，二次信息的網絡傳輸為不同間隔設備的信息共享奠定了基礎，使得跨間隔保護的實現變得簡便、靈活，更使得保護功能的跨間隔甚至跨站集中實現成為可能，從而產生新的保護原理和新的實現方式;另一方面，由網絡化傳輸帶來的保護數據的實時性與可靠性備受關注，如何處理即使是極小概率的數據丟包、誤碼、延遲等問題給繼電保護的實現機制、原理與算法提出了新的課題。（3）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。一方面，IEC61850的推廣應用，實現了不同設備之間的互聯、互通、互操作甚至是互換，為二次信息與IED設備及應用的分離，實現數據源唯一性奠定了基礎;另一方面，海量數據的存儲與信息挖掘、保護功能的動態遷移和組態、（后備）保護配置和雙重化等都將帶來一系列新保護原理與保護組織形態。

3智能變電站技術對繼電保護實現機制與架構體系的影響

站在繼電保護實現機制、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個方面。

3.1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

保護對象、數據信息與保護裝置不再綁定，使得基于數據庫的數據動態實時存儲與調用、面向不同保護功能應用乃至不同二次系統的統一數據管理成為可能，將大大降低保護裝置等IED設備與過程層網絡交互的要求和規約復雜性，也為保護功能的遷移、組態及跨站的廣域保護實現提供了統一數據信息交換平臺。

3.2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

過程層網絡是IEC61850標準新引入的概念，是智能變電站特有的網絡，突破了傳統二次電纜回路不可測不可控，對繼電保護可靠性影響大的瓶頸。通過對交換機的智能化、IED化，使過程層網絡數據交換可測、可預警、可控，使得繼電保護能夠實時掌握二次網絡及數據可靠性狀態，并采取相應的應對策略，將大大提升智能變電站繼電保護的可靠性水平。

3.3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

傳統繼電保護裝置在實現基本保護功能的同時，還承擔了諸如定值管理等運行管理功能，目前繼電保護管理信息系統要獲得保護對象的信息需要通過相應的保護裝置，不可避免地形成了一系列的信息孤島。而智能變電站技術提供了P2P的信息對等交互模式，保護對象的信息不再必須與保護裝置綁定，通過建立變電站統一數據中心等新架構可以實現更大程度更高層次的信息共享。

3.4過程層統一突破了不同二次系統專業壁壘

傳統變電站自動化各二次系統之間存在數據采集環節冗余，各子系統的功能重復配置，裝置間缺乏整體協調優化，系統擴展復雜等問題，形成了各二次系統之間的專業壁壘。而智能變電站技術的統一數據采集保證了數據源的統一，為二次系統不同應用的數據集成打破二次專業壁壘提供了可能，進而建立以繼電保護為核心的二次專業新機制與架構體系恰逢時機。

4智能變電站技術對繼電保護的設計、調試與運維的影響

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。（1）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。（2）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。（3）基于IEC61850的統一建模，使得變電站所有設備的建模一體化（集中體現為變電站的SCD文件和IED設備的CID文件），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。（4）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。這種“試點工程”的建設和運行模式，也成為制約智能變電站的大面積推廣的瓶頸。以智能變電站技術為基礎的繼電保護系統，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，繼電保護數據信息傳輸的可靠性將明顯提升。智能變電站技術的應用，對繼電保護的影響，同樣體現在調試及維護方面。智能變電站，打破了傳統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生后，故障信號可被立即采集并經GOOSE網絡傳輸至系統數據庫當中，而系統同樣會立即利用相關算法，實現對故障的分析及預警。在該技術的支持下，電力領域無需綁定保護裝置，即可使信息共享得以實現，一定程度上提高了設備的調試及維護效率。可見，智能變電站技術的應用，對繼電保護系統運行故障發生率的降低，具有重要價值。為評估智能變電站技術下繼電保護系統的性能，判斷該技術的應用，是否能夠真正達到提高繼電保護系統穩定性及可靠性的目的。本課題以220kV變電站為例，將IEC51850中的邏輯節點，應用到了仿真過程中。在建立仿真模型后，通過對仿真結果的觀察發現，在智能變電站技術的支持下，繼電保護效率明顯提升、系統故障預警的及時性明顯改善。表明，智能變電站技術的應用，對繼電保護系統性能的改善，具有確切的積極意義。

結語

智能變電站是目前我國智能電網構建的主要途徑，更是電網構建的重要組成部分，就當前我國時代發展背景進行探究，需要深入的開展智能變電站技術的使用原理，以及其對于繼電保護組織的模式體系等，找出其所存在的各類要素難點問題，一一的處理其內的各類難點問題，讓電網可以始終維持一種良好且穩定的安全運行狀態，達到繼電保護專業要求目的，設定好該專業技術發展方向，調整好繼電保護系統的組織形態以及實際的運行模式，打造出新型的電力自動化產品。

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（作者單位：1??國電南瑞南京控制系統有限公司;2??南京長江都市建筑設計股份有限公司）