智能變電站中的二次繼電保護技術(shù)分析

廣西電網(wǎng)有限責任公司來賓供電局 盧秋晨

相較于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站能夠引入智能化、數(shù)字化的技術(shù)代替人工完成一些復(fù)雜繁瑣的工作，在提高變電站運行效率的同時也能夠保障變電站的運行安全。二次繼電保護技術(shù)在變電站的建設(shè)發(fā)展中，能夠通過對電網(wǎng)實際運行情況的監(jiān)控，及時針對電網(wǎng)運行中的異常情況進行管控，降低電網(wǎng)運行故障的發(fā)生概率，保障變電站及電網(wǎng)整體的運行安全。因此，對智能變電站中應(yīng)用的二次繼電保護技術(shù)進行分析，對促進二次繼電保護技術(shù)水平的提升和優(yōu)化具有積極意義[1]。

本公司管轄范圍內(nèi)的智能變電站，以220kV 電壓為前提，在變電站中配置主變本體智能終端能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器過載能力優(yōu)化調(diào)度端的負荷調(diào)節(jié)，滿足主變冷卻器智能控制的要求，以變頻冷卻風機來保障智能變電站中各類電氣設(shè)備設(shè)施的應(yīng)用安全。在該變電站的實際運行過程中，能夠基于ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)滿足無線傳輸?shù)男枨蟆Ｈ局饕?20kV 電力線上安裝互感器設(shè)備，依賴SCADA 數(shù)據(jù)實現(xiàn)對變電站內(nèi)部電力系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測和巡檢。

1 二次繼電保護技術(shù)類型

基于智能變電站體現(xiàn)的智能化特點和應(yīng)用要求，在保障智能變電站運行安全和效率的過程中，應(yīng)用的二次繼電保護技術(shù)主要包括以下幾種類型。

智能化的實時監(jiān)控預(yù)警技術(shù)。對智能變電站進行二次繼電保護，重點要求加強對變電站運行中各類異常情況的關(guān)注和重視，用以預(yù)防電力故障對變電站運行造成的影響。在智能變電站中安裝智能化的監(jiān)控設(shè)備，搭配能夠支持數(shù)據(jù)信息傳遞共享的系統(tǒng)中心，確保實時監(jiān)控能夠覆蓋到智能變電站的整個范圍，能夠及時發(fā)現(xiàn)變電站實際運行中的異常，進而及時預(yù)警，便于工作人員對其進行維護[2]。

智能整定與在線校核技術(shù)。整定計算是能夠檢驗確定變電站應(yīng)用的繼電保護方式的重要依據(jù)，能夠有效協(xié)調(diào)保護與電力系統(tǒng)運行之間的關(guān)系。整定計算涉及參數(shù)較多，重點圍繞智能變電站運行過程中容易出現(xiàn)故障情況的設(shè)施設(shè)備運行中的電流、電壓等參數(shù)變化情況進行計算分析。這一過程中具有代表性的整定計算公式如下代表對電流速斷保護的整定計算，式中：Idzj代表繼電器動作電流；Kk代表可靠系數(shù)；Kjx代表接線系數(shù)；I(3)dmax2代表變壓器二次最大三相短路電流；Ki代表電流互感器變比；Ku代表變壓器變比。

在推動整定計算的智能化發(fā)展時，應(yīng)能夠?qū)⑦@些用于整定計算的公式理論與智能化的系統(tǒng)運行程序結(jié)合起來，提升整定計算的效率和準確性。在線校核則能夠?qū)φㄓ嬎愕慕Y(jié)果進行檢驗，確保其符合復(fù)雜的電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。基于智能化的理念來提升整定與校核的準確性，能夠為智能變電站的運行提供有力保障。

自適應(yīng)繼電保護技術(shù)。在智能變電站中應(yīng)用該技術(shù)，主要借助機械化的自主排查方式和應(yīng)急反應(yīng)，應(yīng)對變電站運行中可能出現(xiàn)的各種故障問題。

2 基于實例的智能變電站二次繼電保護技術(shù)應(yīng)用分析

為進一步探討二次繼電保護技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用情況，結(jié)合本公司管轄范圍內(nèi)的智能變電站運行情況，圍繞其中體現(xiàn)的二次繼電保護技術(shù)內(nèi)容，考慮可以在智能變電站的運行發(fā)展中通過以下幾方面措施來保證二次繼電保護的效果，從而提升智能變電站的建設(shè)與應(yīng)用水平。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計：智能整定與智能告警的融合應(yīng)用

基于智能變電站體現(xiàn)的智能化特點和技術(shù)應(yīng)用環(huán)境條件，以保證智能變電站的運行安全為目的，可以將整定計算與監(jiān)測告警結(jié)合起來，以設(shè)計智能整定預(yù)警系統(tǒng)的方式，實現(xiàn)對智能變電站保護定值的在線整定與校核，同時能夠觸發(fā)預(yù)警，及時對變電站的相應(yīng)位置進行維護[3]。

從這一方面來看，設(shè)計智能整定預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)考慮智能變電站的總體運行情況，在智能變電站現(xiàn)有的整定計算與調(diào)動管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將傳感器、告警裝置等以系統(tǒng)軟件的形式作為子系統(tǒng)融合在該系統(tǒng)中。結(jié)合以往對智能變電站電網(wǎng)運行情況處理的經(jīng)驗，探索能夠?qū)⒅悄苷ㄓ嬎闩c智能告警功能結(jié)合起來的有效方法。在這一過程中，相關(guān)人員可以嘗試以引入先進算法的方式，為促進二者之間的融合提供技術(shù)方面的支持。以保障智能變電站的安全運行為目的，要求在設(shè)計融合應(yīng)用的系統(tǒng)時，能夠?qū)⒃撓到y(tǒng)與變電站中應(yīng)用的智能調(diào)度系統(tǒng)、保護信息系統(tǒng)以設(shè)置安全防火墻的方式進行隔離，確保融合系統(tǒng)中智能整定與智能告警功能的發(fā)揮。

依據(jù)以上思路，設(shè)計智能整定預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)接口服務(wù)器、并行計算服務(wù)器等硬件設(shè)施，以事先構(gòu)建的電網(wǎng)模型和參數(shù)為依據(jù)，確保智能整定預(yù)警系統(tǒng)能夠發(fā)揮整定計算和校核預(yù)警的功能。在明確智能整定預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計基本思路的前提下，也應(yīng)考慮預(yù)警信息在計算機中的呈現(xiàn)形式，以設(shè)計智能整定預(yù)警系統(tǒng)軟件的方式，讓整定計算得到的結(jié)果和預(yù)警信息都能夠以可視化的形式呈現(xiàn)在相關(guān)人員面前。基于此，對智能整定預(yù)警系統(tǒng)軟件的設(shè)計，為將智能化的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)程序與變電站的整定計算方法流程結(jié)合起來，可以應(yīng)用分布式并行計算技術(shù)實現(xiàn)對復(fù)雜短路電流參數(shù)的自動計算分析。

結(jié)合傳統(tǒng)線路整定理論公式及智能系統(tǒng)的運行程度，分別對智能變電站與常規(guī)變電站短路電流進行計算，結(jié)果如表1所示。

表1 短路電流計算結(jié)果

智能整定預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用，要求圍繞主機調(diào)度、智能參與和異常切換三方面功能實現(xiàn)。系統(tǒng)主機負責全局計算任務(wù)的分配，同時自身也參與到計算過程當中；系統(tǒng)中的所有服務(wù)器能夠依據(jù)主機發(fā)布的任務(wù)來參與計算任務(wù)，也能夠獨立配置指定計算類型服務(wù)器；系統(tǒng)內(nèi)的任意機器設(shè)備都能夠在發(fā)生故障時自動切換，將相應(yīng)任務(wù)轉(zhuǎn)移至其他正常服務(wù)器，用以保障智能變電站整體的安全穩(wěn)定運行。

2.2 構(gòu)建機制：二次繼電保護安全隔離機制應(yīng)用

安全隔離是智能變電站運行檢修與維護過程中的重要環(huán)節(jié)和步驟，要求將待檢修的設(shè)備與運行狀態(tài)的設(shè)備安全隔離。從二次繼電保護的角度，考慮以構(gòu)建二次安全策略機制的方式，用于提升智能變電站二次安全措施的應(yīng)用效果和水平。

構(gòu)建二次安全策略機制，要求圍繞智能變電站運行中涉及到的危險點。以變電站220kV 線路為例，在一次設(shè)備進行停電檢修的過程中對線路保護間隔進行校驗，容易存在以下問題影響設(shè)備安全運行：在線路合并單元試驗時，由于線路二次試驗電壓反送一次側(cè)，使得線路出現(xiàn)二次反送電的情況；在線路保護電流通過對側(cè)線路保護光纖通道時，發(fā)送的啟動遠跳、檢測線路電流以及斷路器位置等信號都會送至對側(cè)線路保護位置；當試驗電流報文送至母線保護后，使得母線保護有差電流。

將二次安全措施融入運行機制當中，將以往變電站用于二次安全隔離的軟壓板機制、檢修機制的應(yīng)用特點和優(yōu)勢結(jié)合起來，設(shè)計針對各類危險點的安全隔離運行機制如下：

在計算機中安裝安全隔離措施策略生成軟件，導(dǎo)入SCD 文件后獲取IED 之間的邏輯關(guān)系。在管理人員確定一次、二次相關(guān)設(shè)備劃定的檢修范圍后，可以直接由軟件依據(jù)IED 之間的邏輯關(guān)系對待檢修設(shè)備與運行設(shè)備的隔離點位置進行分析。該軟件在運行中能夠嚴格遵循安全策略的規(guī)則，對用于安全隔離的軟壓板、硬壓板、光纖等的投入退出或者斷開進行判斷分析。在得到策略分析的結(jié)果后，還可以結(jié)合智能變電站所在地區(qū)對應(yīng)的安措模板格式，由系統(tǒng)直接給出安全措施票。將安全票中的文件信息導(dǎo)入到手持終端，可以由相關(guān)人員直接依據(jù)終端設(shè)備來達到對智能變電站相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)的在線校核[4]。

2.3 規(guī)范定值：基于繼電保護定值的在線校核

在線校核通常伴隨智能變電站的整定計算進行，基于二次繼電保護的要求，開發(fā)建立在電網(wǎng)繼電保護定值基礎(chǔ)上的在線校核系統(tǒng)，實現(xiàn)對電網(wǎng)繼電保護定值性能的在線評估，以更準確的評估結(jié)果為提高智能變電站二次繼電保護的可靠性和控制風險提供支持。

從這一方面來看，以構(gòu)建在線校核系統(tǒng)的方式，以EMS 系統(tǒng)來發(fā)揮在線校核的作用，主要依據(jù)以下流程：在校核系統(tǒng)啟動后，首先依據(jù)輸入的參數(shù)信息，對EMS 信息數(shù)據(jù)庫進行掃描，判斷數(shù)據(jù)庫中的EMS 數(shù)據(jù)是否更新。若已經(jīng)更新，則能夠借基于相關(guān)數(shù)據(jù)形成實時運行方式，進行在線校核的計算，進而對得到的計算結(jié)果進行處理；數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)未更新，則需要將其更新后再次投入數(shù)據(jù)庫中進行掃描。

在線校核具體包括對線路保護靈敏度、線路保護選擇性兩方面內(nèi)容。在校核系統(tǒng)運行中涉及的校核計算公式如下：Klm=Idz/Icurr，式中：Idz代表保護動作定值；Icurr代表保護所在線路末端發(fā)生接地故障時流過的最大零序電流；Klm代表線路靈敏度。

在線校核系統(tǒng)主要應(yīng)用單向傳輸策略，主要依賴在線校核系統(tǒng)服務(wù)器中安裝的FTP 服務(wù)器來實現(xiàn)。該服務(wù)器可以為EMS 系統(tǒng)設(shè)置規(guī)范的用戶權(quán)限，以僅允許上傳和禁止下載文件的方式來保障數(shù)據(jù)的單向傳輸，這一過程中也可以通過設(shè)置防火墻的方式確保單向隔離。依據(jù)在線較合得到的數(shù)據(jù)，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)匹配、人工匹配以及人工選擇途徑等方式相互配合，保障校核結(jié)果的準確性[5]。

2.4 順應(yīng)趨勢：自動化在遠程運維中的體現(xiàn)

智能化技術(shù)區(qū)別于以往技術(shù)最大的特點，就是其能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的操作控制。對智能變電站而言，以遠程運維的方式來代替人工對變電站的各類設(shè)施設(shè)備和系統(tǒng)運行情況進行維護管理，不僅能夠有效保障作業(yè)人員的安全，也能夠提高運維工作的實際開展效率。

智能化技術(shù)所擁有的信息交互式傳遞、數(shù)據(jù)收集精確性以及處理方式的科學性，為實現(xiàn)智能變電站的遠程運維提供了技術(shù)方面的有效支持。變電站應(yīng)能夠順應(yīng)智能化的發(fā)展趨勢，基于實現(xiàn)變電站遠程運維的要求，以實現(xiàn)變電站內(nèi)部各類設(shè)施設(shè)備的自動化控制，為實現(xiàn)遠程運維奠定良好的環(huán)境基礎(chǔ)。在這一過程中，應(yīng)用二次繼電保護技術(shù)應(yīng)側(cè)重于設(shè)施設(shè)備的保護功能和系統(tǒng)運行的安全效果，考慮不同變電站之間的差異，科學選擇能夠應(yīng)用的繼電保護技術(shù)措施[6]。

3 結(jié)語

二次繼電保護技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升智能變電站的總體運行效果。結(jié)合當前智能變電站運行的實際情況，為發(fā)揮二次繼電保護技術(shù)的作用，應(yīng)能夠充分結(jié)合智能化的發(fā)展趨勢，以實現(xiàn)對變電站整體運行情況的遠程監(jiān)控和管理為主要目標，將以往用于變電站的監(jiān)控與管理維護工作結(jié)合起來，嚴格遵循技術(shù)標準和操作要求，加強對智能變電站運行情況的有效維護和管理，提高智能變電站運行的經(jīng)濟效益。