變電站自動化系統繼電保護問題分析

關健珊

(廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528300)

1 引言

自動化變電站在智能電網的發展過程中起到了關鍵性的支撐作用，自動化變電站的發展為傳統變電站運行維護帶來了全新的變革方向[1]。在智能化變電站的繼電保護過程中，應對繼電保護的方法進行實時的深入研究，與當代自動化變電站的繼電保護要求緊密結合在一起，最顯著的變化在于由傳統的微機保護裝置轉變為智能設備(智能終端)。因此，將電力系統的發展與電網建設的需求緊密結合，可增加設備的使用年限與成本效益。本文將變電站自動化系統結合建設工程的繼電保護裝置運營存在的問題進行了探討分析，為自動化變電站繼電站保護問題提供更為技術性、實用性的配置方案[2]。

2 變電站自動化系統繼電設備維護存在的問題

2.1 自動化繼電保護裝置工作模式

自動化繼電保護裝置具有操作便捷、數據檢索高效、信息收集范圍廣等優勢，基本工作模式見圖1。

圖1 自動化繼電保護裝置基本工作模式

自動化繼電保護裝置通過PC完成變電站工作狀態下的操作檢測，能夠將自動化繼電保護裝置工作狀態下的獲取的數據信息傳達測量、控制、保護等命令，在自動化檢測結束后，系統通過無線網絡、網線等將收集的數據進行統一處理并形成可行性報告，實現自動化繼電保護裝置“一鍵式”工作模式。自動化繼電保護裝置一般主要包括個人PC、檢測端、檢測儀、被測裝置、網線、無線網絡等，通過網線連接交換機實現互聯，檢測儀和被測裝置通過檢測線進行連接。

2.2 內部設備復雜

結合現有的自動化變電站建造工作來看，可知在建設自動化變電站時所采用的建材都是較為新型的建設材料。最容易出現的問題就是在應用過程中與傳統設備不匹配的問題。傳統變電站內部所使用的設備在出現故障時不能與新興的建材進行兼容，導致在實際的工作過程中產生不良后果。自動化變電站中常出現的內部設備為電子感應設備，主要功能是在變電站進行工作的過程中利用遠程控制系統對電能進行輸出，在借助智能控制技術(Intelligent control)以及遠程控制技術(Remote control)的同時，整體保證電力系統的正常運行。現有的傳統變電站使用時長較為久遠，常出現設備老化的現象以及運行不穩定的工作情況，對變電站的工作以及設備應用效率造成嚴重影響。在設備內部線路中若出現自動化變電站相排斥的現象，設備性能的不穩定發揮，為整個自動化變電站的信號傳遞帶來阻礙，降低變電站的工作效率[3]。

2.3 自動化變電站運行信息保密程度不高

智能變電站的信號傳遞過程中需要借助前期模擬搭建的數字模型，在設備傳遞信號時，區域網絡需要針對數據進行分析再得以統計，對同一類別的信息進行針對性匯總，確保在自動化變電站進行信息傳播時，能夠在保持設備穩定性的基礎上提高設備的工作效率[4]。但目前現有的變電站信息傳播方式實施情況反映了安全防護性能較差的缺陷，由于變電站容易受到外部因素的影響，在進行信息傳遞的過程中系統運行不良，降低信息傳播的精準性。綜上所述，在自動化變電站的建設過程中對體統安全性能的考慮是至關重要的。

3 自動化繼電保護裝置的結構特點

3.1 常規的微機保護與自動化保護的硬件方面的差界

在自動化變電站的微機保護裝置中主要應用的硬件結構主要分為以下幾個方面(見圖1)。自動化繼電保護裝置的電子感應器的主要功能是對數據信息進行采集，與傳統的微機保護裝置的數據收集形式不同且硬件結構也存在較大的差異性。自動化保護裝置的硬件主要包括數據采樣單元、信號處理單元、邏輯處理單元、通信接口等。微機保護裝置配置的信號處理器單元主要對開關量輸入以及執行元件進行管理；數據采集器與邏輯處理單元針對采集到的的數據進行歸類整理以便于進行最終的人機對話以及數據通信。

圖2 常規保護裝置硬件結構

3.2 自動化繼電保護裝置的接口實現方式

電子式互感器在自動化變電站中處于主要信息技術的應用地位，其工作過程主要是通過光纖采集到數據信息，再以逛數字信號的方式將數據信息傳送至通信低壓端，最后在對數據的歸類處理下對滿足規范要求的數字量進行最終輸出。在最終接收到的數據信息形式是以數字量的采樣值方式通過光纖進行的，以至于在信息傳播中不含有高次諧波(High-order harmonic)。在即將合并的數據信息中可直接變換為用于樓價保護的電信號采集值，規避了在數據信息傳遞過程中中間環節造成的數據采樣誤差情況的出現。由此可見在與自動化變電站實際情況結合后采用的對點通信方式(分為執行單元以及中央處理單元)，直接決定了在自動化變電系統中網絡結構復雜程度，對保護接口的具體鏈接方式進行了直接網絡通信的工作方法[5]。

4 自動化變電站系統繼電保護運行維護的詳細措施

繼電保護裝置在變電站自動化系統的運行過程中，常出現由各類原因導致的故障，所以對自動化變電站的定時檢修管理是十分必要的，用以保障變電站的運行能力得以充分發揮。在一般情況下，自動化變電站的繼電保護裝置普遍都具有較強的自主修復能力以及儲存數據故障能力，工作人員主要應從繼電器的全局性以及個性兩大方面進行考慮，主要目的是降低繼電器在整個自動化系統中的主體地位，協調繼電器局部區域與整個自動化系統的故障。

圖3 自動化系統繼電保護裝置硬件結構

4.1 故障維護方案

4.1.1 終端故障

變電站自動化系統繼電保護過程中若智能終端出現問題，需首先查看設備開關跳閘的部位是否出現故障。在實際的應用過程中需要對自動化變電站中的運行設備的跳合閘做好實施監管，在繼電保護過程中，如若發生故障警報需及時對合閘部位進行故障處理，再對智能終端的故障原因進行進一步探究，找到關鍵原因。

4.1.2 交換機故障

交換機在變電站自動化系統繼電保護過程中也極易出現問題，引起交換機出現問題的原因類型較多，所以對其的故障排除過程也較繁瑣。在實際故障排除的過程中，需要對GOOSE的網絡信號圖進行初步的分析對比，對交換機的類型進行鎖定，在結合串聯交換機的故障情況后，對鏈路進行故障判斷，及時解決交換機出現的故障問題[6]。

4.2 干擾信號對繼電保護設備的影響

在以往的變電站自動化繼電保護工作經驗中可得知低壓變電網絡相對高壓變電網絡的的復雜程度較低。在低氣壓電路網絡的工作狀態中電壓變換過于頻繁，使低氣壓電場的工作狀態更為難以預料，在磁場變化較大的繼電保護工作環境中，可將電氣設備的開關安裝于室內(尤其是夏季)，減少因散熱不及時造成的設備工作壽命縮短等問題的出現[7]。在低壓的配電網絡中，直流電壓的變換幅度較大，增加了短路電流問題存在的威脅。直流電壓在浮動較大的情況下會造成對電氣設備自身適應參數的增加，對整個設備的運行造成了極大的影響。所以，在變電站自動化系統建立的過程中需要針對電子元件的實用性、安全性、效率性進行繼電保護電路的設計與規劃。

4.3 開發系統建立匹配度

在對變電器自動化繼電保護系統進行開發時，需要從全局的角度建立完整的聯系關系。在不同系統的互聯工作過程中需要著重關注轉換接口是否存在不匹配的問題，在與不同廠家進行互聯時能夠做到彼此兼容相互糅合，保證制造商與技術部門可以做到統一技術標準，徹底解決轉換接口匹配程度的問題。

5 結語

自動化變電站對于人類的生產生活具有促進意義，現今的科學技術水平仍存在較多的客觀因素，導致現存的自動化變電站系統中重難點問題尚未得到解決。需要國家相關的科研小組不斷對自動化變電站繼電保護問題進行優化升級，以保障社會的供電安全。