電力系統中智能變電站繼電保護技術分析

鄒怡 黃曉明

【摘要】隨著近年來電力系統快速發展，規模也變得越來越大。變電站在我國電力系統中占有較大的成分，確保變電站的安全和穩定是對電力系統正常運行的重要保證。隨著現代化科技的不斷發展，加強智能變電站建設，發展繼電保護技術的自動化方向，已經是未來電力系統中繼電保護技術的發展趨勢。本文首先對智能變電站和繼電保護技術的相關內容和特點進行了介紹，在此基礎上分析了智能變電站對繼電保護的影響，最后對智能變電站繼電保護技術展開了相應的分析，以期促進我國電力系統的穩序發展。

【關鍵詞】電力系統;智能變電站;繼電保護技術;

0.引言

當前加強我國電力事業建設最重要的一個方面就是堅持智能變電站的發展，智能變電站是實現電網智能化的重要組成[1]。面對當前夏冬兩季的用電高峰期，如何確保電網的穩定，實現變電站的可靠已成為研究的重點，相應的發展變電站繼電保護技術也是未來電力系統的一大發展內容[2]。本文首先對智能變電站和繼電保護技術的相關內容和特點進行了介紹，在此基礎上分析了智能變電站對使用電子變壓器，電網公司，智能斷路器技術，智能斷路器技術，信息安全問題，繼電保護數據信息和保護原理的影響，最后對智能變電站繼電保護技術展開了相應的分析，以期促進我國電力系統的穩序發展。

1.智能變電站技術

1.1智能變電站概述

智能變電站是一種信得過的先進型的智能化設備，優勢在于信息的標準化及共享，全站信息數字化，網絡交流平臺，并能自動進行測量、控制、采集、保護和監控等變電站的各種功能，如，并根據電網進行智能控制、協同交互、在線分析。智能變電站作為我國電力系統建設的重要內容和發展方向，實現了統一協議、信息聯網、智能設備、自動化運行、網絡化等內容[3]。智能變電站繼電保護技術的運用能有效的降低工程成本和日常的維護費用，也有效地解決了傳統變電站電磁變壓器存在的問題，電力技術也有了新的發展。

1.2智能變電站特點

智能變電站這個術語來源于智能電網的概念。它既是電網的基本節點，又是電網構建的保障。智能變電站的構成組件是可靠性高和集成度好的先進的智能設備。智能變電站的信息傳輸是基于高速網絡通信在實現自動執行各種功能，如信息測量，測量、控制、采集、保護和監測的同時，還執行各種控制操作，如智能調整，合作互動，根據電網在線分析。智能變電站的特點一般包括數據交換標準化，全站采用統一的通信協議實現信息交換;二次設備組網，用光纖代替變電站原有的控制電纜，利用網絡通信進行傳播;一次設備初步智能化，增加了智能電子變壓器、合并單元等設備。

1.3智能變電站與常規變電站的比較

智能變電站是技術進步的一種手段。傳統的變電站只進行一次變電站工作，單個變電站的效率會明顯降低，精度不太高[4]。而智能變電站采用二次變電方式，在變電效率良好的情況下也能保證整個變電過程的安全，則能夠很好的解決此類問題。

智能變電站是一種新技術的產物。其核心是屬于智能自動控制。在保證設備基本運行的同時，保護設備的安全。除了具備以往變電站所有優勢的基礎上，智能變電站還能實現一次系統的智能化以及二次系統的數字化。同時，它們還具有以往變電站所沒有的優點，傳輸效率高，信息安全，操作方便。變電站通信協議統一。在變電站的傳輸過程中，通信部分是保證信號傳輸安全的關鍵。采用統一的傳輸協議，可以使數據傳輸更加安全，不受其他信號的干擾，可以使傳輸更加自動化。

2.智能變電站繼電保護技術

2.1智能變電站繼電保護技術的基本概念

當變電站的電力系統或者組件存在問題、危及到整個電力系統運行的時候，繼電保護技術就能夠派上用場，他會及時的發出警報信號，保障線路的安全，從而減小故障產生的影響和帶來的危害，進而縮小問題波及的范圍。變電站繼電保護可分為主變保護，線路保護和母聯保護三種。對其進行細分，可將主變保護分為主保護和后備保護，主保護通常包括重瓦斯保護以及差動保護;線路保護，通常采用兩級或三級電流保護，其中一種是電流速斷保護，第二種是限時電流速斷保護，第三種是過流保護;母線保護需要在電流受限時保護電流和過電流保護。及時、準確、可靠等是電力系統繼電保護技術的基本要求。隨著繼電保護技術的日益發展，電力系統對繼電保護設備提出了更高的要求和標準。

2.2智能變電站繼電保護的組成

繼電保護的組成通常分為測量、邏輯和執行部分。繼電保護的一個過程就是測量部分將測量的道德值與設定的每一個值都進行逐一的對比，將比較結果輸出給邏輯部分;邏輯部分主要根據輸入的值進行組合和排序，對輸入量的大小、順序和所屬性質等內容組合來判斷并決定是否執行繼電保護操作;如果判斷的結果為需要執行此操作，則向執行部分發出信號，執行部分立即或延遲發出報警信號或跳閘信號。

3.智能變電站對繼電保護的影響

智能變電站的推廣應用將對變電站使用電子變壓器，電網公司，智能斷路器技術，智能斷路器技術，信息安全問題，繼電保護數據信息和保護原理等方面都產生深遠的影響。智能化變電站的推廣將創造新的市場需求。變電站自動化系統涉及的產品范圍很廣。一次設備和二次設備制造商都必須適應新的競爭環境，抓住新的市場機會。綜合推廣數字化變電站技術必然導致產業結構的重大變化。

3.1使用電子式互感器的影響

智能變電站采用電子式互感器技術進行電量采集，對于二次系統最明顯的變化就是系統的電流、電壓、功率、頻率等電量信息變得很低的數字信號，再通過光纜實現直接向變電站二次系統IED設備的直接傳輸。一次和二次系統之間能實現較好的電氣隔絕，一次系統故障對二次系統產生的影響將降到最低，得到有效的控制，不需要在變電站二次系統中引入交流二次電纜，這也就解決了傳統變電站中由于交流電纜而引起的導電電磁干擾現象，極大的提升了二次系統的安全性。同時，還能大大減少二次布線錯誤引起的保護誤操作、拒接、絕緣降低等事故。該電子變壓器動態范圍大，對各種應用適應性強。合并單元可以將信號輸出到不同的設備。只要合并單元的輸出接口數量足夠，就能滿足使用容量限制的需求，保證信息收集的唯一性。

3.2智能斷路器技術應用的影響

在變電站采用智能斷路器技術或智能控制設備實現原位斷路器控制功能，用光纜傳輸來代替原來復雜電纜連接的跳合閘回路，不僅消除了二次系統和開關站的聯系，減少了電磁干擾和現場維護工作量，有利于維護的進行。同時，還有效的提高了一次設備的運行時限，減少維修操作的難度對電網安全的影響。

3.3基于網絡通信技術的信息處理的影響

智能變電站實現各種信息處理功能都是基于網絡通信技術，IED設備在工藝層、bay層、站控層，以及網絡通信設備等構成了整個電路的二次系統，能夠對其各個環節進行有效的監控，實現實時監控。此外，變電站內智能設備實現了互聯互通功能，也進一步加強了系統之間的聯系，可以實現即插即用。

3.4信息安全問題突出

信息的安全性在采用對等通信模式后顯得十分重要。變電站實現點對點信息交互機制體現在局部特征上的安全還是能得到較好保障。在變電站采用點對點通信方式進行信息交換后，局域網內能實現所有的IED設備進行信息的傳遞和交換[5]。因此，一旦簡易爆炸裝置受到惡意攻擊，如果沒有有效的信息安全保護，可能會危及到整個變電站系統的安全，影響設備的合理運行。由于變電站IED設備之間采取的對等通信模式，使用軟件就能實現變電站內設備的隔離措施，系統控制、跳閘、聯鎖等功能的運行全部都是依靠變電站集中控制系統實現的。因此加強變電站信息安全建設就顯得尤為重要，且在對等通信模式下更加重要，體現在網絡安全問題上。

3.5對電網公司的影響

變電站應用涉及多個技術領域和行業，如自動化系統、工業以太網交換機、高壓開關、變壓器、GPS，測試驗證等，全面提升不僅電力自動化相關制造商的努力，還要設備能支持IEC61850標準，現有電力系統運行管理模式也需要相應的提高。成熟的技術和觀念的改變是需要時間的。這意味著進一步實施和推廣智能變電站需要進一步努力。智能變電站的應用將是一個分階段進行的過程。不斷擴大電網的規模和容量，電壓水平的持續改進，加強電網結構、網絡操作的分離，電網公司已經從僅僅關注安全生產管理轉向全面的社會效益和經濟效益的綜合管理;從變電站建設的、無人值守、集中控制、專業管理一體化、變電站資產全壽命周期管理理論的實際應用都體現了這一內在變化。綜合社會經濟效益是電網公司不斷進行變電站技術投資的內在動力。只有提高自動化水平，才能最終達到提高綜合效益水平的目的。

3.6對繼電保護數據信息和保護原理的影響

電子變壓器代替電磁變壓器，引起了繼電保護數據源的一定變化。使用電子變壓器后，需要重新規劃電磁變壓器設定的算法和原理。此外，電子變壓器可能會造成數據不能實現同步，繼電保護的延時問題，對繼電保護的運行效果有很大的影響。在數據處理上，智能變電站根據ICE61850標準對二次系統進行改造，使繼電保護的數據處理和相應措施發生變化。ICE61850標準實施后，設備之間的聯系和信息交換更加頻繁，并創造了一種新型的更加可靠的數據存儲和處理方式實現從而形成了一種新的保護規范。此外，數據傳輸模式上也發生了較大的變化，從原來的電纜傳輸轉變為無線傳輸模式，利用無線網絡通信技術實現數據傳輸，讓繼電保護更加靈活，同時支持數據信息傳輸。

4.電力系統中智能變電站繼電保護技術分析

4.1線路繼電保護技術

實施線路繼電保護，需要實時監控，隨時了解變電站狀態，一旦發生故障，監控系統可以立即檢測并給出預警，及時采取應對措施，保持線路和系統的安全。此外，還可以在線路上安裝檢測裝置，檢測智能變電站的運行狀態，并實時將數據傳送回控制監控系統，根據檢測得到的數據進行分析。根據分析結果，對變電站采取相應的針對性措施，例如是否發出繼電保護等。

4.2變壓器繼電保護

變壓器能起到很好的保護元件的功能，采用變壓器繼電保護，在后備部分的安裝中，集中安裝方式是最合適的。選擇這種安裝方式，能對變電站實現最大程度上的保護，并確保其非電量保護這一核心模塊的安全。但該方式要求接電纜和繼電保護裝置。如果變壓器受到不利因素的影響，非電量保護模塊將自動切換到跳閘狀態，有效控制可能由于不利因素的干擾而引起的問題，及時緩解線路故障，，并確保變壓器和線路的安全穩定。

4.3過流功率限制保護

變電站在運行時由于電力過載常常容易造成電力系統的斷開。這種過載電流會引起外部故障和跳閘。因此，有必要對電力系統智能變電站的線路進行過流限電保護。當出現過負荷電流現象時，向控制中心及時發出警報，并申請進行有效的保護，從而有效的提高繼電保護的穩定性和可靠性。

5.總結

智能變電站是實現智能電網建設的重要內容和核心步驟，隨著變電站技術的不斷發展，變電站繼電保護技術也相應的提出了更高水平的要求，這就要求我們不僅要考慮智能變電站的技術可行性和可靠性，同時還要將其對繼電保護技術的影響考慮在內，實現兩者之間實現穩定、和諧的發展。因此，對繼電保護技術展開研究是十分重要，只有牢牢把握繼電保護技術發展方向，才能確保其未來在智能變電站領域的應用是科學、合理、前瞻的。

【參考文獻】

[1] 黃彥婕.?電力系統中智能變電站的繼電保護技術?[J].?電子技術與軟件工程，?2017，?18）：?245.

[2] 曹譯方.?220kV智能變電站數字繼電保護系統的設計與研究?[D];?內蒙古大學，?2019.

[3] 梁曄.?電力系統中智能變電站繼電保護技術分析?[J].?科技風，?2019，?30）：?163.

[4] 尤松華，?李東，?呂鵬飛.?電力系統中智能變電站繼電保護技術分析?[J].?電子技術與軟件工程，?2018，?17）：?221.

[5] 張連福.?電力系統中智能變電站繼電保護技術分析?[J].?電氣時代，?2017，?02）：?74-76.