數字化變電站繼電保護及自動化系統設計

申麗圓

（寧夏送變電工程有限公司，寧夏 銀川 750001）

在配電網絡中，變電站的主要作用就是能夠在用戶與電力系統網絡之間建立起相應的聯系，在實際工作中，為了能夠對電能的質量展開實時的控制，首先就需要對變電站的情況進行實時的監測，進而在最大程度上實現設備的最高運行效率。現階段，我國的最為常見的幾種中低壓變電站主要包括：220 千伏、110 千伏、10 千伏。變電站的主要功能不僅能是為了保證電能的質量，而且還具備很強的經濟性，所以在相關領域中得到了大范圍的應用。

1 繼電保護的基本原理

在變電站中，繼電保護裝置的作用是不可小覷的，其主要功能是利用電力系統出現故障前后的電氣物理量的實際變化情況，并依據相關的原理有效實現的。在電力系統的具體運行過程中，往往會在故障出現以后，其前后電氣物理量就會發生巨大的改變，最為突出的體現就是電流開始逐漸增大，電壓也會隨之降低、測量阻抗產生相應的波動以及電流與電壓之間的相位角出現很嚴重的差距。通過一系列相應的變化，繼電保護裝置也會隨之構成相應的繼電保護措施，例如母線繼電保護、變壓器繼電保護、發電機機電保護等等。

2 數字化變電站繼電保護

2.1 接線系統設計

為了能夠保證生產的安全性和穩定性，就必須要確保電力系統能夠始終保持正常運行的狀態，在對電纜進行整體不就的過程中也要遵循一定的規則，使其能夠更好地發揮出自身餓價值，實現對供電設備的保護。同時，還能夠有效達到生產的經濟性以及科學性的目的。在整個供電系統中，主接線主要涵蓋了單母線、單母線分段以及橋型接法。在實際運用中，如果煤礦供電系統是35 千伏，就可以選擇相應的單母線連接手段。這樣的連接方式的特點在于：第一，利用斷路器將母線劃分成兩個部分。而且要保證兩部分的長度相同，之后將變電站的負荷也分成兩部分，與之前的兩段母線進行連接，這樣如果煤礦中的用電設備中出現隱患或者突發停電狀況時，相應的母線上的負荷就會轉移，進而在最大程度上減少其對煤礦的影響，確保重要負荷能夠有效發揮自身的作用，進行持續供電，進而使系統供電能夠更加安全；第二，在進行設備的檢修過程中，為了能夠使其操作性變得靈活，可以選擇將兩路負荷與相對應的母線進行連接；第三，該設備的整體結構相對來說比較簡單，而且性價比較高，在設備出現故障時也能夠在第一時間進行自動切換[1]。

2.2 提高系統冗余性

這也是能夠保證繼電系統安全性和可靠性的最有效措施，主要從以下幾個方面進行論述：可以有效通過以太網交換機的數據鏈的相關技術手段對變電站的具體運行狀態實施實時監控；在三個基礎網絡的協同下，形成網絡構架的需求。在這個過程中，交換機成為促進總線結構數據傳輸的工具，也能有效減少接線的作用，缺點就是其冗余度相對較差，所以當真正投入使用時，為了提升其敏感度可以將時間進行延長，促進冗余度的增強；外環結構上涉及到的構建也能更好地實現對冗余度的增強，一旦實現了與以太網的結合，就能夠成型相應的樹協議，這也是能夠增強冗余度的最有效的一種方式，而且還能夠實現在相應的時間和范圍內對網絡重構的把控，但是要引起關注的是，外環結構在使用的過程中會消耗比較長的時間，任務完成的速度也會相對更慢，而且還既有可能影響到系統重構的效果；與之相比較，新型結構等待的時間則會更短一些，因此會在一些比較高的場合用到頻率比較多，而且不存在冗余度，但是其最大的弊端就在于一旦主交換機的過程中產生了問題，就會直接影響到信息的傳送，同時也會使可靠性大幅度降低，所以這種方式并不適合應用和推廣。要想從根本上保證變電站繼電保護系統的可靠性，就必須要加強對系統冗余度的提升。因此，在機電保護系統網絡構架的選擇過程中，就要充分結合系統運行的實際情況，并對不同架構的優缺點進行對比、分析，進而選擇出最適合的架構。另外，鑒于環形結構本身就具備極強的可靠性，所以如果將其有效的應用到母線的保護裝置中，就能夠更好地實現對機電保護系統可靠性的增強。

2.3 電子交互感器

在與以往的互感器比較中發現，其在絕緣方面的設計來說相對比較簡單，而且其中也沒有涉及到任何油類的易燃物質，這就會在很大程度上避免火災的發生，進而使得繼電保護系統整體的安全性都得到了全面的提升。除此之外，電子交互感應器通常是利用光纜與線纜進行連接，這也是與傳統線纜的最大區別，在進行這類電纜的更換過程中，也能夠很好地避免互感器在工作狀態下的電磁飽和現象，這對提升測量的精準度是非常有幫助的[2]。

3 自動化系統設計

3.1 變電站系統結構

當前，數字化變電站自動化系統結構中，通常是由站控層、間隔層以及過程層共同組成。其中，處在變電站自動化最關鍵位置的就是站控層，其主要功能是可以及時向操作單位進行指令的傳達，并且能夠有效實現對配電網工作狀態下的實時監控。在這個過程中，監控主機主要通過與各個網絡節點進行連接；在變電站中，處于間隔層的區域，中低壓線路負荷決定著整個生產過程的安全性，因此要對整體的單元設備實時具體的監控管理，并收集設備在工作狀態下的各項相關的數據信息，并對其進行控制。在過程中，通過相關型號單元的處理，進而實現對電流和電壓等的感應控制，同時再通過IEC16850 協議，將一些準確的數據通過以太網進行傳輸，利用ML2400 網絡交換機實現對網絡的聯通。最后通過這是三個層面網絡結構的協同配合與優化，達到變電站的自動化水平。

3.2 狀態監測技術

狀態監測技術在數字化變電站設計中的具體運用，可以有效將傳統中的定期檢修慢慢過渡到維修檢修，并將以往的定期檢修的相關流程和標準進行完善和創新，這樣既能夠提升工作效率，又能夠實現對人力資源和物力資源的有效節約。通過狀態監測技術對運行設備展開實時監測，可以在很大程度上縮短故障維修過程中所耗費的時間，確保設備能夠在最短的時間內快速恢復正常的使用狀態，此外，狀態監測技術的應用，也可以有效檢測到設備異常以及事故等的初期征兆，為設備的正常、平穩運行提供了強有力的支持和保障。現階段，在我國變電站的很多設備上，都在大范圍的運用狀態檢測技術，該技術在未來的發展中也必將得到更大程度的推廣。

3.3 數字網絡選型功能

在變電站自動化系統中，如果要將其自動化的優勢充分體現出來，就必須要在構建功能模塊的過程中適當的融入一些數據庫的相關技術，對變電站設備、系統的運行數據進行有效的存儲、記錄，并且要對這些數據進行分析整合。當前階段，在我國的大部分變電站中，數據庫技術的應用不是很常見，主要原因就是在系統運行的過程中，必須要通過工作人員的手動輸入才能實現對維修數據的比對等，當系統中的感應器可以對相關的參數進行分類識別時，其就能夠通過與數據庫之間數據的對比，判斷這些參數值是否超出了數據值的額定范圍，并能夠實現對設備、系統等的故障進行判斷、分析，然后找出故障產生的主要原因。在變電站設備的實際運行工作中，如果產生了電磁波，并對設備的運行造成了一定的干擾，就需要通過數字化功能，將數字信號傳輸至控制系統中，并通過系統所具備的自動處理功能，針對設備中發出的控制指令進行合理的控制和調整。在這個完整的過程中，要做好合理的網絡選型，并明確以上功能都是可以挺過網絡選型的功能實現的，合理的網絡選型一方面能夠提升信號的整體傳輸速度，另一方面還能夠有效保證設備、系統信號傳輸的穩定性。為了能夠對該技術進行合理的優化，在變電站自動化系統數字化的實際應用中，設計人員在設計極端就要重策略的科學性，在進行系統設計時，要嚴格把控通行插件的質量，提升系統的兼容性，使其更好地實現在與網絡選型技術的融合下，對自動化系統的控制功能進行升級和優化。

3.4 數據通信功能

數據的通信功能中，最為常見的兩種方式一種是現場級通信，另一種是遠方通信。鑒于數字化變電場與普通的環境之間存在著一定的差異，在站內的電磁環境更是相對復雜，所以很容易會對通信設備或者計算機造成影響。因此要科學的選擇通信設備，并及時采取相應的防范手段，以此來實現通信的正常運行，防止傳輸錯誤的發生。

4 結語

當前，在智能電網的建設中，數字化變電站是其中最受關注的一部分，繼電保護技術對智能變電站來說是極為重要的一項技術，并且能夠從根本上保證變電站的安全、穩定運行。在經濟社會背景下，相關的技術人員也要重視數字化變電站繼電保護的重要性，并針對一些常見的問題，采取科學的手段及時進行解決，保證數字化變電站繼電保護系統能夠平穩運行。