智能變電站繼電保護系統面臨的問題分析

畢小熊

【摘??要】智能變電站與原來的變電站相比，無論是在系統結構方面，還是在繼電保護系統方面，都存在很大的差異，需要相關人員進一步分析和了解。從智能變電站及其繼電保護系統的概念入手，加強對該新型變電站技術基本架構及其技術特征的了解，并在此基礎上，全面分析其繼電保護系統的可靠性，充分保障電網運行的安全性和穩定性。

【關鍵詞】智能變電站;繼電保護系統;問題

一、引言

隨著信息技術、通信技術和計算機技術的發展，智能電網已經成為當今電網的發展趨勢。我國對智能電網的定義是：以特高壓電網為骨架，以各電壓等級電網協調發展的堅強電網為基礎，將現代的傳感測量技術、通信技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。從中可以看出，智能變電站作為電壓變換的樞紐，電力傳輸的重要參與環節，它的正常工作將對智能電網的穩定運行產生重要影響。智能變電站與常規變電站相比，其在組成元件和結構上有較大不同。智能變電站的二次系統通常包含電子式互感器、合并單元、交換機、保護測控等設備，互感器、保護及斷路器之間復雜的電纜硬導線連接被光纖連接所代替。保護測控設備的電流電壓等采樣值輸入由模擬信號轉變為數字信號，保護測控設備的模擬信號采樣也由裝置內實現變為各合并單元實現。電子式互感器的傳變特性、信息采集的正確性、全站的時鐘對時準確性和運行過程中的暫態量都會對智能變電站繼電保護系統的正常穩定運行造成重大影響。

二、智能變電站技術特征及架構

智能變電站一般由兩個層面構成，分別為一次設備和二次設備。其中，一次設備主要以數字化管理和智能化管理為主，二次設備則主要為網絡化管理，這兩個層面的共同管理，使得智能變電站呈現功能分散、數據共享的特點。智能變電站的架構主要分為兩個部分：三層（過程層、間隔層和站控層）和兩網（過程層網絡和站控層網絡）。其中，三層中的過程層主要包括變壓器、斷路器、互感器等一次設備和合并單元及智能終端等智能組件，它主要是為了完成一些與一次設備相關的任務。間隔層主要以二次設備為主要構成元件，主要實現對數據信息的接收、匯總以及傳輸等功能;同時，還能對某些一次設備進行操作閉鎖和保護控制。站控層則主要是通過人機界面，實現對間隔層中二次設備的控制和管理。兩網則主要是處理設備層與設備層之間的通信，從而實現數據的站內傳輸和共享

三、智能變電站繼電保護系統的組成及面臨的問題

與傳統繼電保護系統相比，智能變電站繼電保護系統無論是在模式上，還是構成上，都存在著很大的差別。傳統繼電保護系統主要分為間隔層和站控層兩層結構，其在間隔層中實現大多數功能，主要以點對點的方式將繼電保護系統中的互感器、斷路器及其他保護單元相連接，從而實現系統的基本功能。而智能變電站在保留傳統繼電保護系統結構層的基礎上，增加了一層“過程層”。同時，智能變電站間隔層的功能開始逐漸向過程層下放，這增加了智能變電站的功能場所，在提高智能變電站工作效率的同時，提高了智能變電站的安全性，避免一個功能場所的破壞造成整個系統的崩潰。另外，除基本的保護單元外，智能變電站繼電保護系統還增加了多個元件。對這些元件及面臨的問題做如下簡單介紹。

1、電子式互感器

電子式互感器是一種將正比于被測量的電壓、電流等傳輸給測量儀器的裝置。與傳統互感器相比，它的絕緣結構更為簡單，且沒有采用油這類易燃液體進行絕緣，因此能夠從根本上避免火災、爆炸等危險，提高整個繼電保護系統的安全性。另外，電子式互感器所采用的連接線纜為光纜，而非傳統的電纜，這種改變也直接避免了互感器在運行過程中出現電磁飽和現象，有利于提高測量的準確性。

目前，國內外對于光學原理的互感器的實際運行經驗十分欠缺。此外，光學互感器還會受到互感器表面所承受的壓力、所處環境的溫度等外界環境的影響，外界環境的變化將會改變互感器的測量結果。然而，在長期的實際運行過程中，外界的環境是在變化的，因此如何規避外界環境對互感器的影響或者如何簡單有效地對互感器的測量誤差進行補償也是一個亟待解決的問題。

2、合并單元

合并單元是一種隨著電子式互感器出現而出現的元件，它的主要功能是將電子式互感器所收集的信息進行采集和合并，并通過格式化處理，將所采集的數據以特定的格式傳遞至保護裝置。合并單元直接替代了保護裝置與互感器之間復雜的連接工作，能夠最大限度地實現二次設備之間的數據傳輸，同時還能夠在很大程度上減少系統的運行成本。

合并單元是電子式互感器的重要組成部分，是模擬信號匯集以及模擬信號轉換為數字信號的元件。由于采樣時間序列往往與接收到的數字量采樣不在一個節拍上，因此需要用插值算法對數據進行重采樣。因為插值算法的局限性，插值一定會產生誤差，誤差的大小因插值算法的復雜程度和算法階數而異。一般而言，插值算法的準確度和速度是一對難以調和的矛盾，在實際工程中，為了插值的速度，往往對算法的準確度做了一定的犧牲，從而造成插值結果的不準確。其次，采樣頻率和插值位置同樣深深地影響插值算法的準確性。插值位置不同，雖然對信號的基波影響不大，但是對信號的諧波會有較大的影響。同時，合并單元作為智能變電站中一個重要的元件，其本身是極為脆弱的。合并單元本身的電源損壞以及電磁波的干擾都會對合并單元的準確工作產生影響，甚至會使得合并單元重啟。此外，一些程序上的疏忽也會影響合并單元的準確工作。例如曾經發生過的某廠家合并單元因計數程序出現錯誤而導致合并單元在計數時產生錯誤，從而報錯的情況。合并單元的正確穩定運行對保護系統的意義重大，因此有必要對如何加強合并單元的可靠性做進一步的研究。

3、智能終端

智能終端的功能是接收保護裝置所發來的命令，并通過對命令的分析和對數據的處理，實現對斷路器的開關控制。另外，它還能通過光纜的傳輸，將斷路器中的信息上傳到測控裝置中，從而實現對斷路器的遠程監測。

4、交換機

交換機的主要功能是通過建立信息通道和控制網絡流量來實現對數據的有效交換。在智能變電站繼電保護系統中，該元件的基本功能主要是通過以太網絡實現的。該元件也在很大程度上提高了電網系統的穩定性。

5、同步時鐘

不同于其他類型的變電站系統，智能變電站的信息和數據基本上是以網絡通信的方式傳輸的，這種傳輸方式不僅加快了傳輸的速度，還能夠在很大程度上提高信息傳輸的準確性和可靠性，設備與設備之間必須按照統一的時鐘基準進行工作，因此設備中必須配備與之對應的同步時鐘。

主時鐘接收到的衛星信號不穩定可能對保護測控設備安全穩定運行帶來不利影響。隨著技術的發展，繼電保護系統應該逐步避免對外部時鐘信號的依賴。在智能變電站的體系中，由于站內過程層同步是不依賴于衛星絕對時鐘信號的，衛星同步信號對于站內同步系統來說反而會成為一種干擾源。如果變電站過程層同步系統的時鐘源采取本地時鐘，則可以消除接受到的衛星信號不穩定帶來的影響。

在相關新技術的推動下，電力系統正在向著自動化、智能化的方向迅速發展。智能變電站的前景是美好的，但上述問題還有待解決。伴隨著技術難題的攻破，智能變電站技術必將迎來更大的發展，智能電網的建設也將取得長足的進步。

參考文獻：

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（作者單位：云南電網有限責任公司玉溪供電局）