智能變電站繼電保護跳閘實現方式探討

周宏宇 徐健

摘要：現代智能變電站運行過程中，為了確保系統安全性能，繼電保護跳閘現象會常常發生，通過研究論證發現，繼電保護跳閘方式含有兩類，一類為保護網跳閘，一類為保護對點跳閘。對點跳閘方式在信號傳輸的過程中，不使用網絡方式，因此較為可靠，但在熔點、光口上相對較多。保護網跳閘則要通過交換機的信號傳輸，但在光纖敷設量及光纖熔點上相對較少。對于使用何種方式進行變電站保護，現階段還存在一定爭議，本文系統地進行兩種智能變電站的機電保護跳閘方式對比，闡述兩類保護跳閘方式在各方面的性能表現，對實現方式進行科學研究，以期為變電站繼電保護跳閘方式選擇提供借鑒。

關鍵詞：智能變電站;繼電保護跳閘;實現方式

引言

隨著科學技術的不斷進步，電力行業也朝著信息化、智能化的方向發展。智能變電站是指使用環保、先進的集成智能設備，且站內達成信息共享標準化、通信平臺網絡化、信息數字化，能夠自動完成信息的檢測、計量及保護、控制、采集等功能，同時電網能夠實時進行協同互動、在線決策分析、智能調節和自動化控制的變電站。繼電保護裝置在智能變電站中是一個重要的組成部分，在實現變電站保護效果的過程中，繼電保護跳閘是主要的方式，但是對于在實際工作中選擇運用什么樣的實現方式還有待研究，相關工作人員需要從實際情況出發，考慮到跳閘方式的優點和缺點，從而科學的選擇運用，從而確保實現良好的保護效果。

1 智能變電站繼電保護網跳閘可靠性

智能變電站保護跳閘可靠性的影響因素，主要是交換機丟包，而造成交換機丟包因素則主要有 3 類，即電磁干擾問題、網絡風暴問題、交換機處理能力沒有達成要求。現代智能變電站的交換機均得到全球范圍內的電力行業產品咨詢及認證、測試群為機構的認可，并按照國際電工委員會的要求及標準，通過了電磁輻射、抗電磁干擾、靜態振動等測試，能夠使繼電保護器在惡劣的環境下也能夠保證不受電磁干擾的影響。網絡風暴的發生主要有跳閘保護系統中的某個部分出現問題，導致交換機無法進行正常防護，出現跳閘報文多發的問題，但在此情況下，對點跳閘也無法正常運轉;非法設備連接到信號傳輸網絡中，并發送未知單播地址報文，此問題能夠通過未知單播地址抑制功能，對其進行預防，一定程度上解決該問題;信號傳輸網絡中發生大量異常的廣播問題也會導致網絡風暴問題出現，交換機中進行端口速率限制的設置，能夠使得此類問題得到預防。現階段，交換機使用的是轉發及存儲機制，同時選擇雙工的方式進行連接，所以數據流量增加的過程中，網絡延時發生的概率也不會增加[1]。

2 智能變電站繼電保護網跳閘延時分析

2.1保護網跳閘延時分析

保護網跳閘延時發生，主要有兩個決定因素，報文發送及網絡傳輸延時。報文發送延時主要為裝置通信處理器報文處理延時。在通過智能變電站使用工程動模的方式進行測試后發現，裝置各個端口處理延時為 25 μs，即第一個端口處理延時達到 25 μs，第二個則為 50 μs，以此進行類推。網絡傳輸延時問題多是因為多處延時構成，主要包含如下因素，交換機存儲轉發出現延時的情況。現階段，智能變電站所使用交換機都是轉發存儲原理，進行單臺交換機延時的計算時，可以直接用幀長比于傳輸速度得到計算結果，假若使用光口為 100 Mb/s，最大幀長為 1522b，同行部幀頭 8 b，交換及轉發存儲的延時則為 122 μs;如果是千兆端口存儲，則轉發延時則為 12 s。交換機的交換出現延遲，交換延遲為固定的值，主要受到交換機優先功能、芯片處理等功能速度影響，工業以太網交換機的延遲一般為 10 μs 以下。光纜傳輸發生延遲，主要由光纜長度影響，以光纜長度比與光纜光速，光纜光速即是光速的 2/3，就能得到延時值[2]。例如，1 km 的光纜，傳輸的延時大約在5 μs。交換機幀排隊發生延時，幀沖突主要在廣播以太網中出現，以太網交換機和隊列結合，進行存儲轉發，能夠使得共享性以太網幀沖突問題得到解決，幀排隊延時問題則可以通過幀優先級設置解決。網絡傳輸延時問題，主要是交換機線路傳輸延時、交換機延時、發送延遲、幀排隊延遲之和。通過對多類網絡傳輸方式進行檢測，發現 GOOSE 的跳閘報文形成仍然能夠達成相關要求及標準[3]。

2.2與對點跳閘延時比較

保護網跳閘方式雖然增設了交換機，但通過實際論證顯示，保護網跳閘延時是優于對點跳閘的。在多光口數據傳輸的過程中，數據是共同由一個CPU進行處理分析，可以按照一定順序對每個端口進行處理，這樣就會造成光口報文處理的延時問題。在保護網跳閘的過程中，由于是通過網絡傳輸實現的，無需進行接口設置，組網端口都是處于第一優先位置的，這樣的跳閘保護速度就會更快。但對于對點跳閘來說，各個光口因為 CPU 需要按順序進行處理，所以排列在尾段的光口延時相對更長。交換機延時相對較短，進行反應僅需要數十微秒的時間，因此保護網跳閘延時發生較之對點跳閘延時更為短;因為數據端口增加，裝置的內部數據進行循環處理的時間上，較之單一端口的處理時間更長，所以保護網跳閘延時更短;通過多個廠商設備的研究發現，光口報文發出的時間差異均在 25 μs 左右，如果將相同的報文發送到 17 個光口，那么最先將報文發出的時間和最后發出報文時間，差值則為 400 μs左右[4]。

結語

在智能變電站的跳閘繼電保護中，對點跳閘及保護網跳閘這兩種跳閘方式各有特點，在應用的過程中也各具優勢。總體來說，經過對比分析明確，以網絡傳輸方式信息傳輸為基礎的保護網跳閘方式優于以光纖直接進行信息傳輸的對點跳閘，同時在設備可靠性及設備制造、維護成本上，保護網跳閘均優于對點跳閘，智能變電站工作人員要做好這方面的深入研究。

參考文獻：

[1]簡學之.智能變電站繼電保護設計審查方法研究[J].技術與市場，2018，25（11）：119-120.

[2]韓少衛，朱德亮.智能變電站繼電保護裝置程序化測試系統的研究[J].電子技術與軟件工程，2018，131（9）：148.

[3]蔣紅亮，呂飛鵬.基于圖論的智能變電站站域后備保護跳閘策略[J].電氣技術，2017，18（12）：24-29.

[4]林明楷.淺析新型智能變電站繼電保護跳閘實現方式[J].河南建材，2019（02）：132-133.