智能變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)探討

黃鑫 魏效濤

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750011）

電力系統(tǒng)是社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，穩(wěn)定的供電系統(tǒng)運(yùn)作能夠保障人民生活與工業(yè)化生產(chǎn)的需要。伴隨著對電力工程資源需求的提高，傳統(tǒng)式變電站已無法滿足如今的社會(huì)發(fā)展需要，智能變電站成為現(xiàn)如今供電系統(tǒng)不可或缺的一部分。在智能變電站的運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)起到至關(guān)重要的保護(hù)作用。繼電保護(hù)自動(dòng)化運(yùn)行能夠?yàn)樽冸娬窘o予安全防護(hù)。假如繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)誤動(dòng)因素會(huì)大幅增加[1]。因而，繼電保護(hù)可靠性指標(biāo)研究起著至關(guān)重要的作用。

1 智能變電站繼電保護(hù)概述

變電站是新時(shí)代的產(chǎn)物，包含多種高新科技，具備自動(dòng)化技術(shù)管理的功能，包含光信息技術(shù)性、微電子技術(shù)集成化技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)。智能變電站實(shí)質(zhì)上是具備自動(dòng)化技術(shù)特性的多功能設(shè)備，在各類尖端技術(shù)的影響下，智能變電站還具備環(huán)保節(jié)能功能。智能變電站和傳統(tǒng)變電站有很大的不同：

從結(jié)構(gòu)上看，智能變電站選用“三層兩網(wǎng)”模式，對原變電站構(gòu)造作出了提升與創(chuàng)新。在信息技術(shù)和通訊技術(shù)的影響下，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的自動(dòng)采集和操作命令。另外，產(chǎn)生系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，智能變電站能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)維護(hù)，積極防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)性，降低系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)帶來的損失，完成穩(wěn)定供電系統(tǒng)。變電站具備服務(wù)平臺(tái)數(shù)字化和信息共享的特性，在信息技術(shù)性的影響下，完成系統(tǒng)軟件信息的分享，使運(yùn)行系統(tǒng)兼容更廣，可靠性更高。

除此之外，智能變電站還具備綠色環(huán)保的特征。智能化運(yùn)行模式更加高效有效，對能源的要求變低，變電站使用成本大幅降低，這也是電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

2 智能變電站繼電保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)要求

2.1 一次設(shè)備智能化

一次設(shè)備是變電站的關(guān)鍵所在，其智能化系統(tǒng)極其重要。一次設(shè)備智能化系統(tǒng)是變電站智能化的關(guān)鍵前提條件。變電站要充分發(fā)揮其作用，必須完成一次設(shè)備與智能技術(shù)的有力融合。從現(xiàn)況看來，因?yàn)榧夹g(shù)性限制，在我國電力安裝工程中變電站一次設(shè)備與智能技術(shù)的結(jié)合還存在一些阻礙，真正意義上的一次智能化設(shè)備都還沒交付使用。現(xiàn)階段，對于變電站的自動(dòng)化作用，在一次設(shè)備的使用時(shí)，通常采用常規(guī)一次設(shè)備與智能化構(gòu)件相結(jié)合的方式，基本完成了一次設(shè)備的智能化系統(tǒng)。唯有如此，才能實(shí)現(xiàn)智能變電站的高效運(yùn)作。比較常見的一次智能化設(shè)備有智能互感器和智能斷路器，兩者都是普通變電站設(shè)備和智能電子器件的組合[2]。智能變電站運(yùn)行時(shí)，一次設(shè)備與二次設(shè)備間的相互影響效率是運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。在電子信息技術(shù)的影響下，一次設(shè)備和二次設(shè)備的協(xié)同作用方法出現(xiàn)了改變。智能化交互模式完成信息交互，提高智能變電站的完成標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

變電站和傳統(tǒng)變電站擁有本質(zhì)的區(qū)別，其作用變得強(qiáng)大，構(gòu)造也發(fā)生了巨大的變化，尤其是在一次設(shè)備和二次設(shè)備間的信息傳送層面，智能變電站不選用二次回路方法，選用光纖線完成組合和運(yùn)作，信息傳輸效率明顯，能夠清除信息傳送和共享的偏差，完成即時(shí)信息分享。在之前的變電站里，電纜線就是用來聯(lián)接設(shè)備的，在信息技術(shù)性的影響下，這類設(shè)備的接口方式獲得了合理的優(yōu)化。充分利用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)連接設(shè)備，還提升了信息傳輸效率，并且確保了穩(wěn)定性，減少了電纜材料的耗費(fèi)。

除此之外，還降低了人為要素對智能變電站繼電保護(hù)全面的危害，簡化了構(gòu)造，并且繼電保護(hù)系統(tǒng)軟件的運(yùn)行穩(wěn)定性有所差異。

2.3 信息交互標(biāo)準(zhǔn)化

信息交互標(biāo)準(zhǔn)化是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。由于智能變電站的建立，在我國電力工程行業(yè)對于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)十分重視，建立了統(tǒng)一的信息互換規(guī)范。全部設(shè)備生產(chǎn)商在生產(chǎn)各種各樣電氣設(shè)備時(shí)都必須要遵照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有效消除了設(shè)備種類和功能兼容問題。在智能變電站的建設(shè)發(fā)展，不用考慮到設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，進(jìn)而合理簡化了設(shè)備安裝流程，在設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，能選隨意廠家的設(shè)備進(jìn)行維修，給設(shè)備的維護(hù)和安裝增添了極大便捷，有益于在我國電力安裝工程領(lǐng)域內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)展。

3 智能變電站繼電保護(hù)功能

3.1 限定延時(shí)電壓

在智能變電站運(yùn)行中，限定延遲電壓是繼電保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的有力方式，要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的高度重視。智能變電站在運(yùn)行中容易受多種要素，如環(huán)境要素的影響。在這樣的情況下，智能變電站容易發(fā)生短路，危害正常的供電系統(tǒng)。配電站的限定延時(shí)控制能夠進(jìn)一步降低系統(tǒng)振蕩、波動(dòng)等產(chǎn)生的威脅。在延遲控制下，能有效完成智能變電站的電流、電壓等數(shù)值的檢測，即時(shí)獲得相關(guān)信息。電流不正常時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行，斷開路線，防止出現(xiàn)異常電流量對系統(tǒng)的影響，完成變電設(shè)備的有效控制。在這樣的維護(hù)下，完成了智能變電站的穩(wěn)定性。

3.2 輔助決策功能

電力工程系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的故障，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)性大幅增加。此外，繼電保護(hù)也會(huì)導(dǎo)致維護(hù)錯(cuò)誤操作，對系統(tǒng)的運(yùn)行非常不利。不正確的繼電保護(hù)也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備毀壞，也可能造成電力事故。在傳統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行中，對于各種各樣的系統(tǒng)故障，通常需要開展人力剖析來確定故障的原因和部位。這類故障統(tǒng)計(jì)分析方法容易受到人為因素影響，工作人員水平和工作經(jīng)歷牽制著故障解決效率。

此外，這類故障判斷方式很耗時(shí)間，故障解決效率不高。繼電保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠清除傳統(tǒng)式故障解決方式存在各種各樣的缺點(diǎn)[3]。系統(tǒng)運(yùn)行中，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠收集系統(tǒng)運(yùn)行信息，對信息開展剖析，不但可在故障產(chǎn)生的第一時(shí)間警報(bào)并精準(zhǔn)定位故障部位，并且完成對故障的有力預(yù)測分析，完成故障的風(fēng)險(xiǎn)管控，在繼電保護(hù)系統(tǒng)的控制下及時(shí)響應(yīng)。

3.3 繼電保護(hù)的狀態(tài)檢修

狀態(tài)檢修策略是繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要策略。繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行中，存有設(shè)計(jì)方案要素、二次回路要素設(shè)備停電檢修等眾多因素。假如這些要素?zé)o法得到合理清除或屏蔽，系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)性便會(huì)大大增加，降低繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。在智能化技術(shù)的影響下，繼電保護(hù)設(shè)備的檢修策略更為完善，能有效避免設(shè)備檢修時(shí)異常信號(hào)的干擾，推動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 智能變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)功能優(yōu)化

4.1 變壓器保護(hù)

為保證電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全和穩(wěn)定，電力的輸入和輸出均設(shè)置有整定值，實(shí)際運(yùn)行過程中不得超過整定值，否則將會(huì)對變電站的穩(wěn)定運(yùn)行造成一定的負(fù)面影響。智能變電站在電壓控制方面更為合理，配電環(huán)節(jié)均需要通過變壓器的實(shí)時(shí)保護(hù)，以此來實(shí)現(xiàn)對電壓的有效控制。在變壓器的參與之下，整個(gè)配電過程供給流暢、安全，且自動(dòng)化程度進(jìn)一步提升。

4.2 優(yōu)化繼電保護(hù)系統(tǒng)

繼電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化主要分為以下三個(gè)方面：

一是斷路器和變壓器的穩(wěn)定優(yōu)化。這兩個(gè)配件的優(yōu)化過程強(qiáng)調(diào)深度性，原則上以提升穩(wěn)定性為基本優(yōu)化方向，確保其能夠時(shí)刻保持良好運(yùn)行狀態(tài)，以降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)性。

二是變壓器配置優(yōu)化。合理的變壓器配置可以進(jìn)一步提高變壓器的上限，并能夠改變變壓波動(dòng)所造成的運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象。

三是線路優(yōu)化。智能變電站所使用的線路具有高度集中化的特征，而在集中度較高的情況下，對配電線路的監(jiān)測難度也可以進(jìn)一步提升，從而降低了線路受干擾的可能性。

4.3 優(yōu)化線路保護(hù)

線路保護(hù)是智能變電站的一大重點(diǎn)，而線路保護(hù)方式眾多，其本質(zhì)上共包括運(yùn)行監(jiān)控和測量兩大板塊。運(yùn)行監(jiān)控板塊主要對線路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生故障，線路的運(yùn)行參數(shù)也會(huì)相應(yīng)地出現(xiàn)一定的波動(dòng)，而智能監(jiān)控系統(tǒng)則需要對故障原因進(jìn)行分析，對故障區(qū)域進(jìn)行判斷。測量板塊則負(fù)責(zé)故障的進(jìn)一步確定和分析，在明確故障區(qū)域之后，可以進(jìn)一步分析故障原因，并及時(shí)向運(yùn)維人員發(fā)出預(yù)警，提供故障信息，從而幫助電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)人員盡快判斷故障，修復(fù)和處理故障。

5 智能變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)常見故障的處理方法

5.1 引入專用光纖通道

專用光纖通道所使用的纖芯是針對電網(wǎng)輸電特性所制作的專用纖芯，此類纖芯應(yīng)用于電纜中后能夠與縱聯(lián)保護(hù)裝置保持較高的協(xié)調(diào)度，且二者的融合可以組成輸電電纜專用光纖縱聯(lián)保護(hù)裝置。實(shí)踐證明，專用光纖通道的使用可以實(shí)現(xiàn)對電纜信號(hào)傳輸路線的簡化，這也意味著信號(hào)在傳輸過程中所受到的干擾問題將進(jìn)一步降低，這對于提高傳輸效率和穩(wěn)定性無疑有著直接的幫助作用[4]。

5.2 智能終端故障處理

智能終端是智能變電站的典型代表，其自身的智能化特性更加吻合智能變電站的操控需求。一旦智能終端發(fā)生故障，則意味著變電站內(nèi)部的全部跳合閘都將處于失控狀態(tài)，這會(huì)直接影響到變電站的運(yùn)行安全，對于輸電、配電造成一定的負(fù)面影響。當(dāng)發(fā)生智能終端故障時(shí)，一般會(huì)采取退出終端出口壓板的處理方式，這種處理方式能夠確保調(diào)合閘依然處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。初步處理之后，需要進(jìn)一步對故障原因進(jìn)行排查，并在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)消除故障，以恢復(fù)繼電保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

5.3 間隔合并單元故障處理

當(dāng)出現(xiàn)間隔合并單元故障時(shí)，維護(hù)人員需要向調(diào)控中心提出“斷開”申請，即對出現(xiàn)故障問題的間隔單元進(jìn)行開關(guān)斷開，同時(shí)關(guān)閉間隔單元。隨后，運(yùn)維人員需要盡快查明故障原因，并將對應(yīng)的母線保護(hù)裝置進(jìn)行退出處理。“斷開”操作是一種行之有效的故障控制措施，其能夠?qū)⒐收峡刂圃诶硐敕秶畠?nèi)，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大和發(fā)展，并為后續(xù)的搶修作業(yè)確定正確時(shí)間。

6 變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展前景

6.1 發(fā)展問題分析

由于科技的發(fā)展和進(jìn)步，變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化控制是電力企業(yè)發(fā)展的大勢所趨，在發(fā)展環(huán)節(jié)中也面臨一些問題。比如，電磁閥的保護(hù)范圍可能慢慢變小，故障時(shí)全自動(dòng)維護(hù)動(dòng)作的延遲時(shí)間會(huì)拉長，需要更多的時(shí)長。供電系統(tǒng)無法得到有效維護(hù)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行水平。各種問題危害繼電保護(hù)裝置的工作質(zhì)量，只有克服了各種問題，才可以促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展[5]。因而，對于系統(tǒng)軟件存在的不足，需借助已有的尖端技術(shù)力量和有關(guān)機(jī)器設(shè)備，逐步完善和優(yōu)化繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)，全方位地收集常見故障信息內(nèi)容，融合路線短路故障問題，完成自動(dòng)化監(jiān)控，如何才能清晰地明確繼電保護(hù)裝置的整定值還要進(jìn)一步的科學(xué)研究，這也是技術(shù)性發(fā)展中急需解決的難題。

6.2 發(fā)展藍(lán)圖分析

隨著中國科技進(jìn)步的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的新技術(shù)應(yīng)用。智能化和高度一體化是變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要總體目標(biāo)。由于電子信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新式集成電路芯片用于繼電保護(hù)設(shè)備中，與此同時(shí)減少成本，對應(yīng)的常見故障概率也會(huì)跟著減少。現(xiàn)階段變電站維護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值非常廣闊，一系列衍生品將更加標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)變電站自動(dòng)化優(yōu)良發(fā)展，既能夠滿足當(dāng)代變電站的發(fā)展，又能充分突顯智能技術(shù)和自動(dòng)化控制的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測變電站工作狀態(tài)，合理防止人為因素危害，持續(xù)提升變電站運(yùn)作可靠性。由此可見，智能化變電站是電力企業(yè)發(fā)展的必然選擇，對變電站內(nèi)部構(gòu)造的要求是漸進(jìn)的，對其設(shè)備的智能化水平要求也隨之提高[6]。唯有如此，才可以充分運(yùn)用這種前沿科技的優(yōu)點(diǎn)，最大程度地確保變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性和精確性、供電系統(tǒng)可靠性，為人們提供充沛的電能，達(dá)到社會(huì)發(fā)展的需求。另一方面，高新科技的應(yīng)用終將擴(kuò)張變電站的發(fā)展范疇，推動(dòng)自己的發(fā)展。因此，有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)科學(xué)研究智能化變電站，合理應(yīng)用自身專業(yè)理論知識(shí)，持續(xù)參考優(yōu)秀技術(shù)理念與方法，搭建智能化變電站運(yùn)行模式，從而提升智能化水準(zhǔn)。

7 結(jié)語

隨著智能化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，變電站的智能化水平不斷提高。智能化技術(shù)在變電站的應(yīng)用能有效提高電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對變電站自動(dòng)控制的全面優(yōu)化。因此，電力企業(yè)需要加強(qiáng)智能化技術(shù)的應(yīng)用和普及，在實(shí)踐過程中不斷總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，以從根本上提高變電站的智能化水平。