智能變電站繼電保護系統可靠性問題分析

許繼電氣股份有限公司 隋 龍 李付濤 鄭 昊

隨著信息時代的到來，信息技術與智能技術逐漸成為電力行業新的驅動力，帶動了電力行業的現代化發展。目前，隨著智能變電站的發展，對其安全性和可靠性要求也日益提高，為確保變電站安全穩定運行，必須對變電站繼電保護做進一步的研究，并制定出一套較為合理的操作計劃。

1 智能變電站概述

1.1 智能變電站概念

智能化變電站是一種基于電子通訊技術的新型變電站。其核心是對電力二次系統的高效利用，進而完成對電力數據信息的測量、采集、控制等功能的整合。采用智能化變電站，極大地緩解了目前電力系統中存在的信息“孤島”問題。

智能化變電站與常規變電站有較大不同。其可以實現智能操作，對電力運行過程中生成的各種電能信息進行實時、科學地采集和分析。與此同時，還可實現光纖電纜的使用模式的轉變，成功地避免了困擾常規變電站的電磁干擾問題。也可通過對以太網的使用，實現對電流、電壓等模擬化的數字信號的高速采集和傳輸，然后通過對自動開關等工藝裝置的智能啟動，實現整個變電站電網的自動控制，確保其高效運行[1]。

1.2 智能變電站的運行特點

以通訊網絡為基礎、以整合資料采集方式、以網絡技術為架構，實現對電網的數字化管理。在構建智能變電站時，為了實現快速高效的信息傳遞和共享，離不開數據支撐。在裝備管理上，采用一體化的信息技術，實現對設備的精確檢測與維護，使智能技術在維護工作中的優勢得以體現。本文介紹了一種具有仿真數據采集與傳送功能的智能變電站設備，運用智能開關裝置，可以提高變電所的自動化水平[2]。

1.3 智能變電站繼電保護系統的結構

在智能化變電站中引入繼電保護可以有效提升其安全性和可靠性。相對于常規的安全手段，智能化變電站的繼電保護具有諸多優勢，不僅能夠擴大信息采集的途徑，還能夠在設備的施工、維護等方面發揮較大優勢，同時對操作者的熟練程度也提出了更高的要求。在實踐中，繼電保護是一種靈活的設備，其要求操作人員按照它的結構、原理和功能來確保其安全可靠地運行。

在智能化變電站中，傳輸媒質和變壓器是不可或缺的組成部分。該系統能將整站運行狀況及時傳送至監測終端，并將相關狀況傳送至監測終端，完成切換操作。本文介紹了一種基于數字信號處理技術的新型智能變電站的設計方法。在采集與傳輸方面，可以使用并聯設備，通過變壓器將采集到的具體信息通過變壓器傳輸給繼電保護裝置，從而完全解決了繼電裝置間的布線問題，節約成本，還能實現數據的交流；用于電子互感器，具有尺寸小、質量輕、價格低廉、計量準確等特點；電力供應的形式較多，按電源供應可以分成有源和被動兩類；智能終端是斷路器的重要組成部分，其能夠實時有效地監測斷路器的運行狀態，并根據其收集的一些設備參數來判斷斷路器的運行狀態。該系統在運行時，既可以對斷路器斷開情況進行積極的檢測，又可以對其進行還原，從而避免或消除故障。在智能化電力系統中，如何實現對其的精確、可靠的控制，是實現其穩定運行的關鍵。

2 繼電保護系統可靠性的重要意義

由于受外部因素的干擾，電力系統的工作狀況時常發生變化，對電網的安全穩定性造成了沖擊。在智能化變電站中，繼電保護是用于對全系統的運行進行保護的，越是完備、越是穩固，那么整個電網的工作狀況越好。要確保電網安全、穩定運行，就有必要對繼電保護進行研究。設備在工作狀態出現變化時，可對相關的故障做出快速、準確地判斷和及時處理。一旦出現故障，則自動將其排除在外，采用后備線保護，使得電力系統也可以恢復到原來的工作狀況。在智能化變電所中，繼電保護系統安全運行是一個關鍵環節。首先保證變電站運行的安全性和可靠性，提高了變電站的運行效能，從而為解決人們的用電問題作出了應有的努力。另外，由于當變電站發生故障時，其運行費用也將大大降低，尤其是減少了變電站的維修費用。在保證系統可靠性的前提下，提高了系統的可靠性，為保證系統的正常工作提供了一種新的思路和方法[3]。

3 智能變電站繼電保護系統存在的問題

3.1 計算數據有誤

在智能化變電站中，繼電保護是保證其安全可靠工作的前提。近年來，電力電子設備中的繼電保護越來越完善，但其發展中還面臨較多問題。繼電保護中出現的問題，其突出的表現就是對參數的錯誤進行了分析，如果出現了錯誤，就會嚴重地影響到整個系統的正常運轉，使其保護作用降低。其計算偏差既有調整偏差，也有人為偏差。整定工作較為關鍵，其是對某一具體的電網進行分析、計算和整定，從而決定了保護裝置的定值、協調和使用方式。一旦出現故障，將使繼電保護不能發揮其應有的作用。人為的計算意味著在運行過程中會產生一些錯誤，若不能獲得完全正確的運行參數，將嚴重地降低繼電保護的可靠性。

3.2 數據信息傳輸中的障礙

由于智能變電站的使用涉及了眾多的智能設備，所以其所蘊含的數據量龐大。這就需要對系統中的數據，以及信息的處理進行更高的需求，以保證所需的數據以及傳輸率滿足預先規定的規范。但是，在實際運行中，由于電力數據的傳遞，一些命令都不能有效地完成，例如，傳輸媒體出現故障或者光纜阻塞，都會嚴重影響到整個電網的正常運行，從而影響到整個智能變電站的正常運行。

3.3 電力設備可靠性差

智能變電站中的電力設備自身就存在一些問題，比如變壓器漏油、斷路器損壞等，這些都會對電力系統運行的可靠性和穩定性造成一定的影響。一般情況下，電力系統中的電氣設備及線路都會因使用年限的增加而出現各種故障現象，并不能起到應有的作用。例如，在電力系統中，由于各種原因，造成線路的絕緣性地線短路，從而造成電力系統的停電。在電力設備運行中，由于其自身的缺陷、故障等原因，可能導致全網的電壓出現波動，甚至出現短路現象。在電力系統中，各種機械和化學反應引起的電氣事故最為普遍，對變電站繼電保護系統的安全運行造成了較大的威脅[4]。

4 提升智能變電站繼電保護系統可靠性的相關策略

變電站是電力系統中重要組成部分，其直接關系到電力系統的正常運行。因此，保證變電站的穩定、安全、可靠運行是十分必要的。這樣可以提高繼電保護系統的可靠性，提高繼電保護的有效性，促進智能變電站的發展。另外，繼電保護工作也面臨諸多挑戰，所以相關人員需要對智能變電站中的繼電保護內容進行重視，不斷地學習相關的知識，提升自己的專業技能，以便能夠適應時間的變化，滿足工作的需要。

4.1 提升智能變電站變壓器的保護

在電力系統實際運行中，智能變電站中的變壓器設備發揮關鍵作用，在電力系統中實現了變壓流、變相位以及電氣設備的絕緣。作為一種持續運轉的靜態裝置，變壓器具有相對平穩、不易發生事故等優點，但是由于其通常都是在室外，并且受到負載、短路等因素的作用，使得其在電力系統中難免會發生各種故障或異常現象，從而導致電力系統發生斷路，乃至發生爆炸。所以，加強對智能變電站中變壓器的保護，成為重要解決的問題。在智能變電站中，變壓器保護的基本原則就是當故障發生時，能夠對報警信號進行快速響應。在二次諧波制動理論中，由差動電流中的二次諧波成分確定其是否為殘流或勵磁開關電流。當為勵磁切換電流時，進行閉鎖差動保護。智能變電站變壓器保護示意圖如圖1所示。

圖1 智能變電站變壓器保護示意圖

4.2 改用雙A/D 系統加入合并單元

合并單元是完成相關數據的收集工作，其使用狀況對整體體系所產生的沖擊要比其他元器件大得多。在相關的智能發展中，全部的數據采集只需要一臺融合裝置MU 和一臺電子互感器就可以實現，而要提高這種設備的可信度，需要將每一臺采集和合成的設備都添加到兩套A/D 系統中，使得每一臺設備都可以生成兩個取樣值，使得融合裝置具有更加穩定和精確的取樣值，避免了由于采集到的數據出現差錯，從而避免了保護失效的問題，極大地提高了繼保的可靠性。

4.3 提升間隔層繼電保護

電力系統中存在間隔層繼電保護，因此如何對其進行有效的改進，是當前電力系統中重要的一種方法。間隔層繼電保護的內容包括端母線、備用設備以及線路控制開關等。然后，針對存在的各種問題進行了詳細地剖析與應對，并提出了相關的對策。另外，在確保隔離層保護的可靠的情況下，電壓的設置也會變得更為智能，可根據實際的電流系統需求來調整供電，這是最高效的電壓分配方式。所以，提高絕緣層的可靠性對于提高繼電保護設備的安全水平具有重要意義。

4.4 提高軟件系統可靠性措施

4.4.1 使用插值算法代替時鐘源

任何一種智能電子都要求對時進行同步，而對時數據的傳遞則通過一根光纖來實現，這意味著任何一種智能器件都要具備精確的計時數據才能工作。如果采用同樣的時間間隔內插法進行抽樣，那么計算的程序也按照固定的延時系統保護系統進行，采集數據的整個流程都是一致的，在一個時刻，通過這種方式使全部的電子式互感器在同一時刻進行取樣，避免了因時間誤差而引起的一系列問題，提高了繼電器的安全性能。

4.4.2 采取軟件積分增強SV 報文信息的可靠性

采用羅氏線圈（羅戈夫斯基線圈、Rogowski線圈）來實現對SV 的信息的獲取，而對其進行的獲取則要經歷集成處理。其整體計算分為兩部分：一是以組合元件為主的軟件集成；二是通過電阻和運算放大器等硬件來完成。兩者相比較，軟件集成具有更高的準確性和更低的功耗，所以可通過軟件集成的方式來改善SV 消息的可靠性，從而進一步提高繼電保護的可靠性。

4.4.3 增加GOOSE 報文過程的功能機制

在智能終端和保護設備間的消息處理以GOOSE 報文信息為主，其中包含了通過網絡媒體傳送的一系列的數字信號，如閉鎖信息、斷路器跳閘信號、斷路器狀態及重合閘指令等，為了保證消息的可靠性，需要添加報文信息的插件來判定多播地址的正確性，以及GOOSE 消息中AppID 等發送的信息的正確性，從而保證斷路器的正常工作。如果在一定的時間內，沒有接收到GOOSE 消息，就會發出警報，讓操作員知道消息的處理情況[5]。

綜上所述，建設一套完善的現代化、信息化的電力網絡工程系統，可以讓電力系統的輸送過程更加穩定、安全、高效地運行，同時也可以提升公司的服務質量和經濟效益，其中電力系統的繼電保護的可靠程度是其中最重要的一環，也是電力系統智能化的重要保證。在這種情況下，需要對電網中的各類信息進行實時監控和記載，如果出現了不正常的現象，要及時作出響應和應對措施，不斷地完善繼電保護，提升智能化變電站的可靠性。此外，廣大電力工作者還需要不斷地進行自身的實踐，不斷地對新的科技進行研究，對智能變電站的繼電保護的可靠性進行創新和提高，促進我國智能變電站的可持續發展。