熊沙瑤

（國網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司 湖南株洲 412000）

智能變電站技術(shù)及其對(duì)繼電保護(hù)的影響

熊沙瑤

（國網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司 湖南株洲 412000）

繼電保護(hù)技術(shù)在智能變電站的建設(shè)與發(fā)展中占據(jù)很大比重，在推進(jìn)變電站智能化的同時(shí)，應(yīng)通過繼電保護(hù)技術(shù)提供安全保障，降低智能變電站的事故發(fā)生率，本文以智能變電站為研究對(duì)象，具體分析了繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用。

智能變電站；繼電保護(hù)；影響

引言

繼電保護(hù)對(duì)于電力系統(tǒng)來說，是其維持正常運(yùn)行狀態(tài)的重要基礎(chǔ)和保障。近年來，智能變電站技術(shù)在繼電保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，全面提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性，為提高電力企業(yè)的綜合實(shí)際打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 智能變電站技術(shù)概述

智能變電站屬于一種新型的低碳環(huán)保智能裝置，是一種多功能的變電站，可以實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)化采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)等基本功能和電網(wǎng)的自動(dòng)化控制、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)和智能調(diào)節(jié)等高級(jí)功能，在運(yùn)行過程中需要采用先進(jìn)、低碳環(huán)保、可靠、集成的智能設(shè)備，要求變電站實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化等特征。智能變電站相對(duì)于傳統(tǒng)變電站，具有低碳環(huán)保、可靠性高和交互性好的優(yōu)點(diǎn)。

2 智能變電站與繼電保護(hù)

2.1 智能變電站繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)

2.1.1 “三層兩網(wǎng)”構(gòu)架

與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)不同，智能變電站主要是利用過程網(wǎng)絡(luò)為中心，將IEC61850作為通信標(biāo)準(zhǔn)，則按照功能分析構(gòu)架可以分為三層，即站控層、間隔層以及過程層，并且沒兩層之間會(huì)構(gòu)成站控層網(wǎng)絡(luò)與過程層網(wǎng)絡(luò)（見圖1）。

圖1 智能變電站的架構(gòu)體系

智能變電站繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中的過程層通常包含有一次設(shè)備，以及相關(guān)的智能組件等，例如隔離開關(guān)、變壓器、互感器、高壓斷路器等，該層的主要作用是采集數(shù)據(jù)、檢測(cè)各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并控制命令執(zhí)行等；間隔層則主要包括各種監(jiān)控設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備等，其主要作用在于實(shí)現(xiàn)各間隔設(shè)備的監(jiān)視、控制和保護(hù)；站控層主要構(gòu)成有數(shù)據(jù)前置機(jī)、人機(jī)交互設(shè)備、工作站及服務(wù)器等，該層的作用是傳輸整定值召喚與修改，傳送并錄波文件，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的集中控制。

2.1.2 數(shù)據(jù)幀傳輸機(jī)制

傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)，往往會(huì)設(shè)置專門負(fù)責(zé)采樣、命令的信號(hào)通道，由通道固定延時(shí)以及裝置處理速率構(gòu)成傳輸延時(shí)，保護(hù)效果相對(duì)固定。而智能變電站的繼電保護(hù)，主要是利用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的形式來傳輸采樣值、獲取開關(guān)狀態(tài)量以及下達(dá)跳閘值指令等，整個(gè)過程以交換機(jī)以及光纖作為介質(zhì)，并由過程層網(wǎng)絡(luò)來完成通信。由此可以確定，智能變電站繼電保護(hù)對(duì)工程層網(wǎng)絡(luò)有著較高的依賴性。

2.1.3 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系是智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)計(jì)過程中，都必須遵循的原則，在設(shè)計(jì)繼電保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)架時(shí)，往往一個(gè)實(shí)體設(shè)備中會(huì)包含多個(gè)邏輯設(shè)備，并且由基本單元來實(shí)現(xiàn)邏輯節(jié)點(diǎn)的劃分，如跳閘回路、保護(hù)算法以及采樣值處理等節(jié)點(diǎn)。對(duì)于通信協(xié)議，主要就是通信服務(wù)類型以及性能要求等來映射特定通信協(xié)議，例如SV/GOOSE通信，為保證實(shí)時(shí)性，傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議映射為空。

2.2 智能變電站繼電保護(hù)流程

以數(shù)字信號(hào)為主的信息在通入保護(hù)裝置后，是需要相應(yīng)的數(shù)字模擬裝置來進(jìn)行周校的，為此，可利用數(shù)字化變電站調(diào)試的方法進(jìn)行。

二次系統(tǒng)集成商處擔(dān)負(fù)著出廠驗(yàn)收的相關(guān)工作，出廠驗(yàn)收的主要目的是為了對(duì)二次系統(tǒng)硬件、性能及可靠性進(jìn)行相關(guān)檢查，對(duì)于出廠驗(yàn)收的物品需要達(dá)到以下三方面的要求：①二次系統(tǒng)早已在工廠環(huán)境下完成了軟件的研發(fā)及系統(tǒng)的集成，因此該工作是系統(tǒng)集成商進(jìn)行的；②系統(tǒng)集成商具備完善的驗(yàn)收環(huán)境及驗(yàn)收設(shè)施，同時(shí)具有完整的驗(yàn)收技術(shù)資質(zhì)及詳細(xì)材料；③設(shè)備供應(yīng)商完成了出廠全部試驗(yàn)，已達(dá)到有關(guān)合同及技術(shù)方面的準(zhǔn)求。

現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備屏柜的安裝及二次電纜熔接完成以后，需開展現(xiàn)場(chǎng)裝置性能的相關(guān)調(diào)試。采用專門的儀器在規(guī)定范圍內(nèi)開展二次設(shè)備的性能測(cè)試是開展現(xiàn)場(chǎng)裝置調(diào)試工作的主要內(nèi)容。

現(xiàn)場(chǎng)裝置性能調(diào)試完以后需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)性能進(jìn)行有關(guān)調(diào)試，其中主要包括了系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及整組傳動(dòng)。除此之外，站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)調(diào)試工作也是在此過程中加以完成的。

3 智能變電站技術(shù)及其對(duì)繼電保護(hù)的影響

3.1 信息數(shù)據(jù)和保護(hù)原理的影響

從變電站繼電保護(hù)的信息數(shù)據(jù)來看，智能變電站技術(shù)對(duì)其帶來的影響主要包括以下方面：

（1）電子感應(yīng)器代替了傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)器，使繼電保護(hù)元數(shù)據(jù)發(fā)生了很大的改變，主要是傳統(tǒng)電磁感應(yīng)器的算法和既定原則都需要進(jìn)行優(yōu)化和重新擬定；與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)器相比，電子感應(yīng)器具有響應(yīng)速度和在線性度以及頻寬帶度等方面的優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必會(huì)促進(jìn)繼電保護(hù)生成新的算法與原理。此外，電子感應(yīng)器還帶來了數(shù)據(jù)延時(shí)與同步的問題，也給繼電保護(hù)帶來了一定程度上的影響，因此，要對(duì)其進(jìn)行深入分析研究。

（2）當(dāng)前統(tǒng)一執(zhí)行的是ICE61850標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)當(dāng)針對(duì)二次信息進(jìn)行統(tǒng)一建模，從而改善繼電保護(hù)數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用，不同設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了交互式運(yùn)行，大量數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)了傳輸、存儲(chǔ)、挖掘，上述變革均給繼電保護(hù)帶來了新的保護(hù)原理和保護(hù)組態(tài)。

（3）智能變電站技術(shù)改變了繼電保護(hù)傳輸方式，從傳統(tǒng)的二次電纜連接傳輸變成以交換機(jī)和光纖為介質(zhì)的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸，提升了跨間隔保護(hù)的靈活性和便捷性，促進(jìn)繼電保護(hù)新實(shí)現(xiàn)方法的產(chǎn)生。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶有一定幾率的數(shù)據(jù)延遲、亂碼、丟失等問題，這些都將成為繼電保護(hù)原理與算法研究的新課題。

3.2 對(duì)繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制、調(diào)試及維護(hù)方面的影響

就繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制方面，智能變電站技術(shù)有效突破了原有的采樣、計(jì)算和出口一體化形式，數(shù)據(jù)信息、保護(hù)對(duì)象與裝置之間不再是綁定關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)能實(shí)時(shí)調(diào)用和存儲(chǔ)，使得不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與不同功能應(yīng)用成為可能，為功能組態(tài)、遷移與廣域保護(hù)提供了數(shù)據(jù)信息交換平臺(tái)；此外，還有效改善了二次回路不可測(cè)控問題，能夠?qū)崟r(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可靠性，提高繼電保護(hù)可靠水平，避免了原有繼電保護(hù)容易出現(xiàn)信息孤島的問題。應(yīng)用智能變電站對(duì)等交互技術(shù)模式，就不需要與保護(hù)裝置進(jìn)行綁定，也可以有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。

就調(diào)試、維護(hù)的角度，繼電保護(hù)運(yùn)行模式、保護(hù)形態(tài)都產(chǎn)生了較大的變化，其測(cè)試方法與周期維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)方面存在一定的滯后性，其繼電保護(hù)的二次回路監(jiān)測(cè)，使得保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修成為可能，推動(dòng)了變電站建模一體化，一旦變電站實(shí)施擴(kuò)建或者變更時(shí)，對(duì)配置文件給予動(dòng)態(tài)修改成為智能變電站所遇新問題，并且智能變電站的設(shè)計(jì)、維護(hù)及調(diào)試等，需要設(shè)計(jì)院、業(yè)主、設(shè)備商及調(diào)試單位等，進(jìn)行反復(fù)協(xié)調(diào)與方案修改，當(dāng)單位投入運(yùn)行后，難以擺脫廠家及調(diào)試單位等依賴性，為電網(wǎng)運(yùn)行帶來了安全上的隱患，限制了智能變電站廣泛應(yīng)用。

3.3 智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)架構(gòu)體系的影響

智能變電站技術(shù)架構(gòu)體系中，過程層網(wǎng)絡(luò)是結(jié)合ICE61850標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的新的網(wǎng)絡(luò)，改變了傳統(tǒng)變電站二次回路不可測(cè)控的瓶頸，使繼電保護(hù)的可靠性大大增強(qiáng)。同時(shí)，智能變電站改變了傳統(tǒng)變電站各二級(jí)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)冗余的缺陷，采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)的采集方法，即保證了數(shù)據(jù)元的統(tǒng)一，也將二次專業(yè)壁壘打破，實(shí)現(xiàn)了以繼電保護(hù)為核心的二次專業(yè)結(jié)構(gòu)體系與新機(jī)制。

智能變電站是智能電網(wǎng)的主要組成部分、核心環(huán)節(jié)，因此，需要對(duì)智能變電站技術(shù)條件下的繼電保護(hù)進(jìn)行新組織模式和架構(gòu)體系的探索與研究，促進(jìn)繼電保護(hù)的穩(wěn)定性發(fā)展，確保繼電保護(hù)技術(shù)朝著科學(xué)性、正確性方向發(fā)展。

4 智能變電站繼電保護(hù)調(diào)試法

4.1 繼電保護(hù)系統(tǒng)的總體調(diào)試方法

智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要由繼電保護(hù)系統(tǒng)來保障，因此必須做好繼電保護(hù)系統(tǒng)總體調(diào)試工作。長期以來，我國的智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)工作中，通常是以電纜為媒介，對(duì)智能操作箱、測(cè)試儀器的輸出輸入方式等進(jìn)行側(cè)試，以更好地為智能保護(hù)提供有用信息。

但在此過程中，由于是在閉環(huán)測(cè)試條件下來接收智能操作箱的信息，繼電保護(hù)系統(tǒng)的總體調(diào)度需要與合并單元之間進(jìn)行有效的配合，而且需要由互感器進(jìn)行搭配來進(jìn)行調(diào)試。

4.2 大電流故障保護(hù)調(diào)試法

對(duì)于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試，即可采用大電流故障保護(hù)調(diào)試法。智能變電站大電流發(fā)生器產(chǎn)生的一次電流，將會(huì)供給于標(biāo)準(zhǔn)互感器和電子式互感器。而且，在對(duì)機(jī)電大電流故障保護(hù)的過程中，還要充分掌握合并單元的數(shù)據(jù)，因此要做好數(shù)據(jù)的采集工作，整個(gè)過程的實(shí)施流程為收集、采樣，分析等。此外，合并單元在應(yīng)用的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)無死區(qū)的全方面檢測(cè)工作，確保智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)行的可靠性和安全性。在實(shí)施大電流故障調(diào)試方案中，主要對(duì)大電流中存在的合并單元雙AD差異、短路故障、組網(wǎng)接口、合并單元失步、合并單元故障等方面進(jìn)行全面的調(diào)試，將電力故障對(duì)智能變電站運(yùn)行的影響降至最低，從而有效的提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4.3 安全隔離措施的調(diào)試方法

智能變電站通過可靠的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)通信才能保證智能變電站各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集信息的準(zhǔn)確性，因此，在對(duì)智能變電站繼電保護(hù)的調(diào)試中，安全隔離措施的調(diào)試是非常關(guān)鍵的。

（1）在對(duì)安全隔離措施調(diào)試的過程中，需要調(diào)試工作人員及時(shí)介入到變電站的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)智能變電站的實(shí)際故障情況采取有效的調(diào)試工作。為避免調(diào)試事故，需要適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)安全隔離措施，保證智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，以及周邊人人群以及調(diào)試工作人員的人身安全。

（2）要針對(duì)變電站具體的運(yùn)行情況，采取合理的安全措施。安全隔離措施，主要分為插拔光纖、投退軟壓板等兩種。另外，對(duì)母線的安全隔離措施調(diào)試，可以通過控制母差裝置來出具合并單元，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，在對(duì)單元數(shù)據(jù)以及母線差動(dòng)電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要將母差動(dòng)保護(hù)裝置的合并單元存在的不對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理。在此過程中，要保證母線差動(dòng)保護(hù)裝置仍然進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，避免對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響，從而完成對(duì)智能變電站繼電保護(hù)安全隔離措施的調(diào)試工作。

5 結(jié)束語

智能變電站是現(xiàn)代電力行業(yè)的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，電力企業(yè)通過繼電保護(hù)技術(shù)確保變電站的安全性，進(jìn)而提高智能變電站的運(yùn)行效益。智能變電站建設(shè)的過程中，必須提高對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)的重視度，完善繼電保護(hù)環(huán)境，以此來降低智能變電站的故障機(jī)率。

[1]夏勇軍，蔡勇，陳宏，等.110kV智能變電站繼電保護(hù)若干問題研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26（1）：5～8.

[2]李鋒，謝俊，蘭金波，等.智能變電站繼電保護(hù)配置的展望和探討[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（2）：122～126.

[3]劉巍，趙勇，石光.智能變電站繼電保護(hù)裝置一鍵式測(cè)試方法及系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33（2）：152～155.

TM76

A

1004-7344（2016）03-0061-02

2016-1-12

熊沙瑤（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事繼電保護(hù)工作。