智能變電站繼電保護全過程管理探討

郭玉亮

（云南電網有限責任公司普洱供電局，云南 普洱 665000）

0 前言

2021 年，智能電網建設被納入“十四五”規劃，提出應加快電網基礎設施智能化改造和智能微電網建設，提高電力系統互補互濟和智能調節能力。目前，全國各地都在積極響應“十四五”規劃，加快地方智能電網建設與布局。事實表明，持續加快智能電網普及的關鍵環節就是智能變電站建設，智能變電站發揮著智能調節、分配電能的作用。通過運用先進的智能設備，形成自動化、智能化的電網控制系統，達到對地區電網用戶的精準、高效服務，為保障好當地經濟建設、民生等提供堅實條件。繼電保護系統是智能變電站的重要組成，不僅確保全站電力系統管理的智能化、自動化、數字化，更實現電網安全化自動控制、電能分配自動化計算與智能調節，體現出低碳環保、高效安全管理、電能科學分配的特點。目前，隨著全國各地智能變電站的投入落地，其繼電保護系統成為行業內焦點，尤其是智能變電站的繼電保護全過程管理，一直都是相關領域實踐重難點。本文進一步對該板塊探討，提出智能變電站繼電保護全過程管理理念，形成一些技術參考。

1 智能變電站的概述

智能變電站主要是在各種智能化、自動化的電網系統、電力設備支持下具備電能分配、調控、管理的場所。從智能變電站的特點來看，具備經濟性、安全性、智慧化的特征。經濟性特征主要得益于智能變電站相較于傳統的變電站，具備了智能高壓設備、電網管理信息化平臺，智能高壓設備可根據提前設置的指令，根據地區電網用戶類型與實際需要，科學分配電能，保證電能分配的精準、有效，既避免電能浪費，也保障地方生產所需。安全性上，智能高壓設備與繼電保護系統連接，在統一的信息化平臺操控下，可對變電站所有設備運轉情況進行實時監測，監測到設備故障情形下，實現自動報警、設備切斷與保護。智慧化特征主要體現于整個變電站電網管理的自動化上，其中包括繼電保護系統的自動化、智能化管理。單從智能變電站的繼電保護系統來講，光纜支持下的智能化電力設備能夠對電網信號、電壓、電流等實施智能分析、控制，決策支持電能的安全管理。另外，過去用于實現保護邏輯的繼電器硬件回路被微機保護裝置中的軟件所取代，變電站統一信息平臺控制設備對整個變電站電力系統實施監測，一旦監測到設備故障、電網異常、電流異常、電壓故障等，智能終端系統會自動控制斷路器，對故障對象報警、切斷，確保電網系統安全。

2 智能變電站繼電保護系統

繼電保護是對電力系統中發生的故障或異常情況進行檢測，從而發出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。智能變電站中，完整的繼電保護功能一般由繼電保護裝置、合并單元、智能終端三部分組成。

2.1 繼電保護裝置

繼電保護裝置是一種具備電氣設備保護、電路保護、自動跳閘與報警的自動裝置，其主要發揮著保護電網系統的作用。智能變電站的繼電保護裝置一般由過電流保護裝置、電流速斷保護裝置、差動保護裝置、單相接地保護裝置及報警器等裝置共同組成[1]。智能變電站的繼電保護裝置工作原理為：互動器模擬電壓、電流，將模擬數據上傳至合并單元系統中。繼電保護裝置能夠自動對合并單元系統的設備運轉情況、電壓符合、電流量等實施動態檢測，其發現設備故障、電壓或電流不符合相關標準時，繼電保護裝置就會生效，發出報警的同時自動對電路、電壓切斷，轉變供電線路，確保電力系統安全[2]。智能變電站繼電保護裝置的底層邏輯是測量部分、分析部分、執行部分，其中測量部分主要對接受度的電壓、電流信息進行匯總與初步判斷，將判斷后的數據信息上傳至分析裝置中進行電壓、電流量的深層次模擬與比對，并生成控制指令，為繼電保護裝置的起效輸入指令依據。對繼電保護的基本要求是良好的選擇性、反應故障的快速性、靈敏性、可靠性及投資維護的經濟性。繼電保護裝置之間的聯系邏輯如圖1 所示。

圖1 繼電保護裝置聯系邏輯

2.2 合并單元

智能變電站的合并單元作為繼電保護系統的重要組成，其核心是對二次轉化器的電流/電壓進行時間相關組合的物理單元。一方面，合并單元系統中包括信號合并裝置、數據同步分析裝置、電壓切換與并列裝置、數據擴張裝置等等。不同的裝置將整個電網信息數據集成化，在相應的設備支持下進行電壓、電流負荷計算，以確保電能的高效分配[3]。另一方面，合并單元的上級為互感器，下級為保護/測控裝置。互感器將模擬電壓、電流的結果傳輸至合并單元的終端設備中，其設備對電壓、電流進行讀取、計算，當監測到電壓、電流異常時，會直接啟動保護/測控裝置，對電網實施報警、緊急切斷或自動控制分流。智能變電站的合并單元上下層聯系機制如圖2 所示。

圖2 智能變電站的合并單元上下層聯系框架

2.3 智能終端

智能終端是智能變電站的所有設備控制終端系統，其主要與一次設備采用的電纜連接，與保護、測控等二次設備采用的光纖連接，實現對一次設備的計算、分析、控制等功能。智能變電站中的智能終端系統接受互感器、合并單元系統、保護/測控裝置發來的數據信息，智能終端設備對各種電壓、電流、設備運轉情況的數據信息進行自動化分析，分析后的結果提供給變電站的管理人員，為其提供決策輔助或依據。其在人為的操控指令下或提前輸入的數據方案下，智能終端系統會將二次操作指令通過電路傳回給保護/測控裝置、合并單元系統等，實現對各種電路設備的智能化控制，達到整個變電站自動化、智能化運轉目的[4]。

3 智能變電站繼電保護全過程管理內容及其方法

智能變電站繼電保護全過程管理的本質就是對整個繼電保護系統的管理，其涵蓋了繼電保護裝置本身的管理，以及合并單元系統、智能終端的管理，同時也涉及到軟壓板管理與繼電保護系統的二次巡檢、安全防護系統維護等工作，其管理原則遵循著全面性、系統化。

3.1 繼電保護裝置本體的管理

基于上文分析可知，繼電保護裝置一般由過電流保護裝置、電流速斷保護裝置、差動保護裝置、單相接地保護裝置及報警器等裝置共同組成。結合實際工作經驗來看，對繼電保護裝置的管理，主要集中在各類裝置質量管理、裝置運行狀態檢測上，例如：其一，嚴格把控好繼電保護裝置的型號、安裝方式。智能變電站安裝電流保護裝置、電流速斷保護裝置等設備時，對設備的廠家、產品批號、生產日期等進行詳細檢查，確保智能變電站安裝的各類繼電保護裝置符合國家相關標準。安裝方法上，應將繼電保護裝置安裝在互感器、合并單元系統的下端，同時以串聯方式呈現，以確保繼電保護裝置本體能夠正常接受電網傳輸的電壓、電流信號，能夠根據電壓、電流信息數據實現裝置本體功能生效[5]。其二，嚴密觀測繼電保護裝置的插件狀況，為了確保智能變電站的智能終端運轉需要，目前繼電保護裝置中增加了各種插件，其目的就是支持繼電保護裝置在智能終端系統影響下發揮出電壓、電流的自動化檢測與管理作用。結合實際工作情況來看，繼電保護裝置的各類插件容易因高溫、材質本身問題而老化，進而出現設備故障風險。因此，管理人員應采用相應的設備儀器，定期對繼電保護裝置的各種插件實施常態化檢測。在發現插件故障時，應及時切斷變電站的電力系統，更換新的插件，防治插件進一步損壞。其三，嚴格執行《繼電保護和安全自動裝置管理規定》的相關要求，對繼電保護裝置進行常態化檢修、保養，同時做好檢修、保養記錄，檢修過程中對于發現的設備故障問題，應及時停止相應設備運轉，同時切斷關聯的線路，盡快更換與維修設備，確保繼電保護裝置的正常運行[6]。

3.2 SCD配置文件的管理

從SCD 配置文件信息產生源頭來講，它是互感器設備模擬電壓、電流后，將生成的模擬量或數字報文上傳至合并單元系統的結果，其生成的數據信息直接為繼電保護裝置提供了信息源，便于智能終端對繼電保護裝置的運行狀態進行自動化控制。因此，對SCD 配置文件的管理，也是對互感器、合并單元系統、智能終端數據的集中化管控[7]。目前，我國電力行業，主要將SCD 文件的把控分為兩部分，一部分是文件本身正確性把控，另一部分是文件執行結果正確性把控。其中，文件本身正確性把控，可采取試驗驗證和離線可視化審查的方式實現，比如：在智能終端調出互感器生成的歷史數據，并對歷史模擬量與數字報文進行分析。然后對現階段下的SCD 配置文件信息進行匯總，將兩者進行比對，若出現SCD 配置文件數據偏離模擬量或數字報文信息參數的情況，預示著SCD配置文件出現信息差異，需要對SCD 文件版本信息進行修改，使其符合原有參數要求。文件執行結果正確性把控上，其目前只能通過試驗驗證，沒有有效的離線審查手段。實驗驗證方法包括四個基本步驟，一是過程層關鍵信息提取；二是虛擬二次回路變動二級校核；三是虛擬二次回路可視化檢查；四是建立 SCD 文件修改的監督批準機制。通過對文件執行結果的正確性實驗驗證，發現SCD 配置文件信息的正確率，確保其符合相應的數據參數[8]。

3.3 軟壓板的管理

軟壓板主要是繼電保護裝置的某個投退功能的保護、控制系統，通常以生成的既定控制代碼呈現。智能變電站繼電保護系統中，軟壓板處于合并單元組。管理人員對合并單元組的管理重心就是對軟壓板的功能維護，以確保軟壓板能夠支撐整個電力系統運轉。其管理方法集中在三個方面：一是通過軟壓板對整個繼電保護裝置運行所產生的數據信息進行常態化處理與記錄。其中，當軟壓板連接的繼電保護裝置終端顯示Ⅲ類狀態信號時，管理人員需對變電站的電壓、電流負荷進行檢查，確定電壓、電流負荷在既定的標準值內，一旦偏離標準值，則需要根據地區電網用戶情況，進行電能重新分配，以避免某個合并單元的電壓、電流負荷過大，引起整個變電站供電設備的異常甚至安全風險隱患。當軟壓板連接的繼電保護裝置終端提示“母差保護開入變位”信號時，管理人員應檢查供電設備，同時對異常供電設備實施維修。二是開展專項安全檢查，對軟壓板運行狀態進行實時檢測、保養、維護，建議變電站的相關管理人員，每個月應至少對軟壓板的既定保護值與運轉狀況檢查1～2 次，對軟壓板的既定保護值檢查上，主要根據原有的保護參數，檢查軟壓板的運行參數是否發生改變，確保軟壓板的既定參數符合整個繼電保護裝置的控制指標范疇。在發現軟壓板定值和狀態偏離原始設定范圍時，應對其參數重新調整。三是通過監控系統加強對軟壓板低層邏輯的監控，比如：借助變電站統一信息平臺，對軟壓板的底層邏輯進行建立，使軟壓板的運行狀態能夠在信息平臺端呈現出來。管理人員通過信息平臺，定期對軟壓板的運行狀態進行觀察、分析，若軟壓板的運行出現故障時，信息系統平臺會發出報警或提示功能，管理人員根據軟壓板的數據結構改變或故障情況，實施軟壓板故障解決與系統維護。

4 結束語

總而言之，繼電保護系統在智能變電站中起著電網安全保護作用。從智能變電站的繼電保護系統組成來講，繼電保護裝置、合并單元系統及智能終端是繼電保護的重要組成，尤其是繼電保護裝置在整個繼電保護系統中發揮著主體性作用，其不僅承擔著接受電路信號、分析電壓或電流數據的作用，還發揮著電壓與電流檢測、報警、自動控制的作用。基于智能變電站繼電保護系統組成，對繼電保護全過程管理就需要瞄準至繼電保護裝置的本體管理上，同時注重SCD 配置文件的管理、軟壓板管理等等，通過采取相關的管理標準，啟動管理計劃，確保繼電保護系統安全運行，有效監測、控制、保護智能變電站，為地方電網用戶提供用電安全。