智能變電站繼電保護缺陷的分析研究

高偉嬌

摘 要：為了避免和改良智能變電站繼電保護存在的缺陷，本文深入分析了智能變電站繼電保護技術特點，指出現階段智能變電站繼電保護存在的問題，并提出了提升智能電網繼電保護技術水平的措施。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；缺陷；分析研究

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

繼電保護系統能夠有效保障電力設備的安全運行，同時也是避免電力系統大面積長時間停電的一個重要手段，可以看出繼電保護系統能夠為電力系統安全穩定運行起到保障作用。智能變電站的出現，對繼電保護裝置的維護和檢修等工作提出了新的要求。由于智能變電展的維護和檢修工作還處于探索階段，在智能變電站的運行過程中還存在很多問題，因此對智能站繼電保護存在缺陷進行探索研究極有必要，也具有很強的實踐意義。

一、智能變電站繼電保護技術特點

1.繼電保護的實現方式

智能變電站是一種為數字化對象服務的設備，其中主要以一、二次設備居多，通過使用高速網絡通信平臺，對數字化信息進行標準化處理，以實現站內外信息的共享與遠程操作性；智能變電站的信息數據傳輸依靠網絡進行，從而實現對智能變電站的測量監視、保護控制、信息管理。站控層、過程層和間隔層是構成智能變電站的3個層次，其各個智能裝置之間通過光纖進行連接，取代了以往的電纜連接方式。在增加經濟性與可靠性的同時，實現了二次回路狀態的實時監測，方便及時并發現和排除二次回路上出現的相關缺陷，如圖1所示。

光纖通信對于智能變電站的運行至關重要。智能變電站在常規站傳統3層基礎結構的基礎上將過程層和站控層這兩個網絡通過光纖，以點對點的方式實現聯通，并通過交換機對整組網絡進行連接，實現數據傳輸、共享。智能變電站的報文主要采用發布者與訂閱者之間組成的傳輸方式和以客戶端和服務器之間架構的通信方式進行傳輸，最常見的是GOOSE報文、SV報文和MMS報文。其中，SV報文主要用于傳輸模擬量；GOOSE報文主要用于傳輸間隔閉鎖和跳閘信號、開關位置信號、一次設備狀態信號等；MMS報文則主要用于監控網絡。

2.GOOSE報文傳輸機制

GOOSE報文通信技術是智能變電站中常用的一種快速通信報文，通過該項技術，能夠完成對通信環節所傳輸的信息進行檢測、保護，并對重要信息進行加密處理，最終實現相關信息快速傳遞。這種報文傳輸機制采用的是數據幀的形式，每個數據幀都包含了允許生存的時間、應用標志、GOOSE時標以及品質、序列號、狀態號等信息。通過利用重傳機制以保障報文的安全傳輸。穩態時，該報文傳輸數據的時間間隔為5s；若有突發狀況，報文啟動兩次快速重傳，時間間隔縮短為2ms，之后再以4ms和6ms的間隔傳輸兩次，最后恢復正常傳輸頻率。

二、智能變電站繼電保護存在缺陷

相較于常規變電站，智能變電站在繼電保護及通信形式等方面都有了不一樣的改變和創新。新設備和新技術的投入使智能變電站的繼電保護水平得到進一步的提升，更有效地確保了智能變電站的安全穩定運行，但也由此引發了一些新的問題：

1.智能變電站繼電保護大部分采用光纖通信技術，而光纖線路傳輸的效率對站內的保護裝置的運行狀態有很大的影響。由于智能變電站的過程層通常安裝于一次設備區，該設備區的運行環境相比其他區域本身就更為惡劣，且設備與設備間的數據傳輸需要通過光纖的多個環節，光纖的材質相比其他設備而言又較為脆弱，若傳輸過程中出現問題，則會導致通道損耗增加、功率降低。

2.電流、電壓的采樣環節是通過智能變電站進行合并單元而完成的，不同的合并單元采樣，決定了差動保護的保護裝置的運行成敗，合并單元失去同步或者同步誤差不滿足要求，會造成繼電保護裝置的誤動作。現階段的同步環節主要采用GPS秒脈沖進行同步，所以同步的效果在很大程度上影響了智能變電站繼電保護系統的可靠性。

3.智能變電站基于IEC61850實現采樣值傳輸，不可避免地要使用交換機組成過程層網絡，交換機成為不亞于保護裝置的重要元件，其傳輸質量大大影響了報文的傳輸質量。現階段的智能變電站主要還是以以太網的交換機進行數據的交換，這種交換機的穩定性較差，以星型連接方式的過程層網絡冗余性較差，對于交換機的維護不夠完善。交換機的可靠性、穩定性將成為全站繼電保護系統的安全瓶頸。

4.智能變電站遵循 IEC61850標準并主要依賴于變電站的SCD配置描述文件，也是實現智能變電站系統繼電保護功能的基礎，SCD配置文件是否正確、有無變動直接影響了繼電保護功能的正確性。智能變電站的繼電保護裝置經過改造、維護后，將會導致內部配置文件出現一些改變，而這些改變很不容易被站內人員察覺，因此站內工作人員要增強文件安全管控意識，對裝置系統的調試、投入以及改造等各個環節進行把控，以確保智能變電站的繼電保護裝置文件的正確性。

5.檢修機制以及設備操作方式的改變對于智能變電站繼電保護裝置也會產生一定的影響。智能站的保護裝置主要采用軟壓板進行功能投退，優點是可以進行遠程遙控操作。但是相比傳統的硬壓板來說可視性、可靠性都有所降低，在一定程度上會降低操作的準確率，從而加大了二次安措執行的難度。

三、提升智能變電站繼電保護水平的措施分析

1. 加快信息平臺的建設

繼電保護的信息處理平臺主要是為智能變電站的運行提供充分的數據支持，以保證智能電網的安全穩定運行。在智能電網中，整個繼電保護系統數據的更新頻率較快，所以需要更強大的信息支持。但就當前的繼電保護信息平臺的建設情況來看，繼電保護信息平臺的搭建還不成熟，運行也不能達到完整的狀態，所以應當加快信息平臺的建設，及時對繼電保護的相關信息進行更新和完善，為智能變電站繼電保護的平穩快速發展提供完善的信息支持，從而為智能電網的健康運行提供必要的環境保障。

2.加強信息傳輸渠道建設

隨著智能電網的覆蓋范圍逐漸擴大，繼電保護信息傳輸渠道的傳輸壓力也不斷增大，因此應當不斷提升繼電保護的信息傳輸能力，通過傳輸能力的提升實現對電網的分層、分級保護。該措施的施行能夠提升繼電保護的質量，為信息的傳輸提供高效平穩的保護環境。加強信息傳輸能力還有利于實現繼電保護信息的共享和聯通，進而更好地為智能電網的運行提供服務。

結語

智能變電站繼電保護系統存在的不足是在智能變電站應用發展中不可避免的問題。通過對繼電保護各方面進行改變，加入光纖通信技術，使智能變電站繼電保護技術得到又一次革新。智能變電站的繼電保護技術可以有效地保障變電站的安全穩定運行。但由于智能變電站投入使用的時間較短，實踐經驗不足，技術也不夠成熟，因此智能變電站的繼電保護還存在很多問題和矛盾需要人們去探索，以逐步完善智能變電站的繼電保護技術，確保智能變電站的安全穩定運行。

參考文獻

[1]莫峻.基于智能過程總線技術的繼電保護系統可靠性研究[D].廣西大學，2014.endprint