董朝理

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 云南省昆明市 650200）

電力行業(yè)的繁榮發(fā)展，是拉動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)水平提升的關(guān)鍵，在當(dāng)前社會(huì)用電量逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，也給電力企業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，智能變電站的建設(shè)數(shù)量與規(guī)模正在逐漸擴(kuò)增，這也是現(xiàn)代化進(jìn)程中的重點(diǎn)。由于其系統(tǒng)運(yùn)作模式更加復(fù)雜，而且所用設(shè)備與元件等十分先進(jìn)，這也給繼電保護(hù)工作帶來了較大的困難。如果依舊沿用傳統(tǒng)的繼電保護(hù)模式，將難以保障智能變電站的良好運(yùn)行效果。因此，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，使其能夠有效維護(hù)智能變電站的安全穩(wěn)定，防止重大電力事故的發(fā)生。隨著電力行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，繼電保護(hù)技術(shù)的改進(jìn)能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，促進(jìn)其競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的增強(qiáng)，滿足其可持續(xù)發(fā)展的需求。

1 智能變電站概述

在智能變電站中應(yīng)用了數(shù)字化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高效化采集，是我國智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。設(shè)備智能化、運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)化與自動(dòng)化、信息網(wǎng)絡(luò)化和協(xié)議統(tǒng)一化得以有效實(shí)現(xiàn)，不僅能夠降低工程造價(jià)，而且解決了傳統(tǒng)電磁互感器引起的變電運(yùn)行問題。過程層、間隔層和站控層是智能變電站的主要組成，應(yīng)該保障其數(shù)據(jù)連接通道的通暢性，才能保障數(shù)據(jù)的同步傳輸[1]。與傳統(tǒng)變電站相比較而言，智能變電站在環(huán)保效果上更加優(yōu)越，集成電子設(shè)備的能耗得到控制，充油式互感器也逐漸被電子式互感器取代。對(duì)于信息的采集與分析實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施共享，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)之間的互動(dòng)，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

2 智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)的問題

以傳統(tǒng)變電站為基礎(chǔ)建設(shè)智能變電站，通常是采用擴(kuò)建或者改建的方式，其存在較多的設(shè)備與較大的資源消耗，限制了其智能化水平的提升。往往受到技術(shù)與設(shè)備因素的限制，導(dǎo)致智能變電站的實(shí)際應(yīng)用效果難以達(dá)到預(yù)期[2]。智能化連接在站內(nèi)設(shè)備端口中的應(yīng)用還不夠普遍，由于未能對(duì)線路與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性進(jìn)行控制，也會(huì)在應(yīng)用中出現(xiàn)不兼容的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行安全性受到威脅，同時(shí)阻礙檢查工作的實(shí)施。由于存在較多的電力設(shè)備，因此對(duì)于接口終端連線的要求較高，這會(huì)在一定程度上增大工作人員壓力。

3 電力系統(tǒng)中智能變電站的繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用措施

3.1 繼電保護(hù)的主要方式

3.1.1 線路繼電保護(hù)

在智能變電站當(dāng)中存在較多類型的線路，保障其運(yùn)行安全性，是繼電保護(hù)的重點(diǎn)內(nèi)容。尤其是智能變電站線路的運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，長(zhǎng)期受到外界多種因素的影響，會(huì)存在一定的安全隱患。加強(qiáng)對(duì)智能變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，是線路繼電保護(hù)的關(guān)鍵，能夠及時(shí)線路的運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)估與分析，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)響應(yīng)并報(bào)警[3]。測(cè)控裝置的應(yīng)用，大大提升了故障解決的效率，能夠幫助工作人員及時(shí)定位故障位置與類型并采取針對(duì)性解決措施。對(duì)線路實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集后，可以向網(wǎng)絡(luò)體系輸送測(cè)控?cái)?shù)據(jù)并在完成分析后得出結(jié)果，在繼電保護(hù)指令下對(duì)線路的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)化與數(shù)字化控制。

3.1.2 變壓器繼電保護(hù)

對(duì)于相關(guān)元件的保護(hù)，是智能變電站變壓器繼電保護(hù)的基本作用。設(shè)置變壓器繼電保護(hù)裝置時(shí)，需要采用集中安裝的模式完成后備部分的安裝，真正增強(qiáng)繼電保護(hù)的性能，增強(qiáng)智能變電站的運(yùn)行可靠性。非電量保護(hù)為變壓器繼電保護(hù)的核心模塊，在使用時(shí)需要連接繼電保護(hù)裝置和電纜。當(dāng)外界干擾因素對(duì)變壓器的運(yùn)行產(chǎn)生影響時(shí)，非電量保護(hù)模塊切換至跳閘狀態(tài)，當(dāng)跳閘指令發(fā)出后就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線路的保護(hù)，防止重大故障的出現(xiàn)。因此，變壓器的繼電保護(hù)是對(duì)變壓器和線路的雙重保護(hù)。

3.1.3 過流電限定保護(hù)

電流過載因素會(huì)對(duì)智能變電站的運(yùn)行造成影響，進(jìn)而引起電力系統(tǒng)的外部斷路情況，外部故障主要是由超負(fù)荷電流所引發(fā)，導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘問題。過流電限定保護(hù)的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能變電站電路的有效保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)超負(fù)荷電流狀況時(shí)，變電站智能終端及時(shí)接收警報(bào)，智能系統(tǒng)自動(dòng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止電力事故的發(fā)生。

3.2 繼電保護(hù)的技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 常見濾波算法

噪聲信號(hào)存在于電流信號(hào)和電壓信號(hào)當(dāng)中，在對(duì)其進(jìn)行過濾時(shí)運(yùn)用濾波算法，保留基波與諧波。其中，卡爾曼濾波算法和傅里葉濾波算法是兩種常用的濾波算法。在高次諧波的濾波當(dāng)中，通常會(huì)采用傅里葉濾波算法，對(duì)于頻率分量的提取主要依靠余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的正交函數(shù)性質(zhì)[4]?？柭鼮V波算法具有線性濾波的特點(diǎn)，保障了求解的便捷性且占用內(nèi)存較少，因此在繼電保護(hù)算法中的應(yīng)用十分廣泛。對(duì)于故障信號(hào)基波分量的計(jì)算可以通過卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)，在此過程中需要建立電壓模型與電流模型。

3.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)分析與小波多尺度分析應(yīng)用

仿真模型的構(gòu)建需要以MATLAB/simulink軟件環(huán)境為基礎(chǔ)，對(duì)濾波算法的可行性加以驗(yàn)證，在此過程中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置線路部分參數(shù)、頻率、電源內(nèi)阻和三相電源電壓參數(shù)等。對(duì)比卡爾曼濾波結(jié)果和傅里葉濾波結(jié)果，前者的效果更佳，但是會(huì)受到噪聲情況的影響，對(duì)信號(hào)處理造成干擾。在預(yù)處理信號(hào)時(shí)運(yùn)用小波多尺度分析的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)卡爾曼濾波算法上述問題的處理，明確信號(hào)異常點(diǎn)并濾除信號(hào)的暫態(tài)噪聲，促進(jìn)算法效率的提升[5]。在此過程中需要建立觀測(cè)模型。采用多尺度分析的形式，能夠獲得平滑信號(hào)與細(xì)節(jié)信號(hào)。

3.2.3 站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

數(shù)據(jù)的處理除了需要借助于濾波算法外，還應(yīng)該保障良好的傳輸通道，明確其通信組網(wǎng)方式，增強(qiáng)設(shè)備信息交互的實(shí)時(shí)性。在智能變電站的運(yùn)行當(dāng)中，通信系統(tǒng)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信息向標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)信息的快速轉(zhuǎn)換。在監(jiān)測(cè)保護(hù)智能變電站的設(shè)備時(shí)，則主要以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化信息為依據(jù)，同時(shí)能夠保障信息交互的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通常采用了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該科學(xué)化設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)繼電保護(hù)實(shí)際效果。過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備的通信，主要是借助于過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，作為通信系統(tǒng)的重要核心設(shè)備，繼電保護(hù)裝置能夠?qū)χ悄軉卧秃喜卧M(jìn)行高效化管理。通過信息交互的方式，裝置可以快速獲取單元狀態(tài)信息，在完成判斷后進(jìn)行自動(dòng)化處理。在通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程中，不同單元之前的互信也十分關(guān)鍵。站控層網(wǎng)絡(luò)具有較小的流量與規(guī)模，隨著應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)，過程層對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求也更高，尤其是在當(dāng)前用電用戶數(shù)量逐漸增加的趨勢(shì)下，必須提升過程層設(shè)備的數(shù)量。加強(qiáng)對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制技術(shù)的合理應(yīng)用，滿足電網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，增強(qiáng)智能變電站各類數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時(shí)性。

GOOSE業(yè)務(wù)和SV業(yè)務(wù)，是過程層通信網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)。SV業(yè)務(wù)即采樣值業(yè)務(wù)，能夠向保護(hù)裝置當(dāng)中發(fā)送合并單元信息，比如電流與電壓采樣數(shù)值等。在采集站內(nèi)設(shè)備電氣量時(shí)借助于電子式互感器可以快速實(shí)現(xiàn)，保護(hù)裝置定期獲得實(shí)施電氣量。在SV業(yè)務(wù)當(dāng)中，其具有較大的業(yè)務(wù)量，而且需要保障傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。間隔成和過程層設(shè)備的命令信息傳遞，則主要依靠GOOSE業(yè)務(wù)，包括了跳閘業(yè)務(wù)和心跳業(yè)務(wù)。智能單元和合并單元的狀態(tài)信息發(fā)送給保護(hù)裝置屬于心跳業(yè)務(wù)，其具有周期性特點(diǎn)，存在較小的業(yè)務(wù)量且傳輸過程要求較高。故障問題出現(xiàn)在智能變電站設(shè)備當(dāng)中時(shí)，跳閘命令有保護(hù)裝置發(fā)送至智能單元，以便其他單元及時(shí)做好故障處理的準(zhǔn)備[6]。電網(wǎng)業(yè)務(wù)通常是將以太網(wǎng)交換機(jī)作為載體，隨著當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的提升以及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求的提升，應(yīng)該對(duì)傳統(tǒng)組網(wǎng)方式進(jìn)行優(yōu)化，以滿足繼電保護(hù)的要求。

3.3 EPON技術(shù)

EPON技術(shù)即無光源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其作為一種單纖雙向系統(tǒng)，主要由光網(wǎng)絡(luò)單元、光配線網(wǎng)絡(luò)和光線路終端構(gòu)成。光配線網(wǎng)絡(luò)由分路器和光纖組成，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)單元和光線路終端進(jìn)行連接，同時(shí)作為一個(gè)間隔節(jié)點(diǎn)存在。光網(wǎng)絡(luò)單元和光線路終端的數(shù)據(jù)傳輸中，借助于分復(fù)用技術(shù)同時(shí)進(jìn)行下發(fā)與上行。在構(gòu)建星型拓?fù)浣M網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)中心由間隔層保護(hù)裝置組成，網(wǎng)絡(luò)的間隔節(jié)點(diǎn)由智能單元和合并單元組成，能夠保障數(shù)據(jù)下發(fā)與上行操作的準(zhǔn)確性。光纖具有較大的容量，在數(shù)據(jù)同步處理中運(yùn)用了分復(fù)用技術(shù)，因此能夠在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)向保護(hù)裝置發(fā)送信息，智能單元接收保護(hù)動(dòng)作信息后進(jìn)行跳閘處理，能夠有效防止堵塞問題出現(xiàn)在通信通道當(dāng)中，真正符合智能變電站的繼電保護(hù)特點(diǎn)。保護(hù)裝置對(duì)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，延遲問題容易出現(xiàn)在端與端的通信當(dāng)中，難以保障突發(fā)故障處理的實(shí)時(shí)性要求，在今后工作當(dāng)中也應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行逐步優(yōu)化。

4 電力系統(tǒng)中智能變電站的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 安全性優(yōu)化

如前所述，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是智能變電站繼電保護(hù)的主要依據(jù)，能夠保障標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，但是也會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)存在局限性。電網(wǎng)環(huán)境處于完全透明的狀態(tài)當(dāng)中，因此會(huì)受到外部威脅的影響，導(dǎo)致智能變電站的信息安全受到威脅。在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)安全的有效防護(hù)，防止電力企業(yè)遭受嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 可靠性優(yōu)化

數(shù)字化建設(shè)是當(dāng)前智能變電站發(fā)展的主要趨勢(shì)，多種電子設(shè)備在繼電保護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。尤其是隨著用戶接入數(shù)量的增多，必須提升變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，切實(shí)發(fā)揮電子設(shè)備的性能與優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)智能變電站運(yùn)行實(shí)際情況的深入分析，保障電子設(shè)備選擇的合理性與實(shí)用性，降低外界環(huán)境因素對(duì)繼電保護(hù)的影響[7]。在應(yīng)用光纜時(shí)增強(qiáng)其性能穩(wěn)定性，能夠有效控制外界干擾。電力工作人員應(yīng)該定期開展檢修工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的故障隱患，對(duì)系統(tǒng)的不合理部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.3 實(shí)時(shí)性優(yōu)化

實(shí)時(shí)性是智能變電站繼電保護(hù)的基本特點(diǎn)，時(shí)延問題容易出現(xiàn)在交換機(jī)和合并器鏈路傳播的過程中，這會(huì)對(duì)保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生較大影響。因此，智能變電站數(shù)字化互感器的傳輸受到干擾，出現(xiàn)傳輸誤差加大的問題。多種因素都會(huì)導(dǎo)致數(shù)字式互感器采樣值傳輸出現(xiàn)抖動(dòng)，其中交換機(jī)和合并器的轉(zhuǎn)發(fā)影響最大，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行合理優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)誤差的有效控制。合并器在完成采集器傳輸數(shù)據(jù)信息后，排隊(duì)處理以及接收采集器通信階段的等待問題，會(huì)引起較大的時(shí)延。此外，系統(tǒng)交換機(jī)的性能也會(huì)產(chǎn)生影響，在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)應(yīng)該針對(duì)上述幾個(gè)方面進(jìn)行處理。

4.4 同步性優(yōu)化

數(shù)據(jù)同步問題在智能變電站的繼電保護(hù)中也十分常見，時(shí)間信息存在于合并單元的數(shù)據(jù)采樣信號(hào)輸出當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣量相位與幅值誤差的控制，保障數(shù)據(jù)的同步性。為了能夠保障數(shù)據(jù)信息獲取的同步性，應(yīng)該增強(qiáng)繼電保護(hù)設(shè)備的性能，防止數(shù)據(jù)誤差由于同步信號(hào)丟失而加大。在此過程中應(yīng)該明確過流和過壓保護(hù)問題，對(duì)同步信號(hào)具有加強(qiáng)的要求，保護(hù)動(dòng)作受到同步信號(hào)丟失的影響變小。

5 結(jié)語

智能變電站在當(dāng)前電力行業(yè)的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，是促進(jìn)我國電力建設(shè)朝著自動(dòng)化與智能化方向發(fā)展的基礎(chǔ)。在其運(yùn)行過程中，應(yīng)該加強(qiáng)繼電保護(hù)技術(shù)的合理運(yùn)用，增強(qiáng)變電站的運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問題。線路的繼電保護(hù)、變壓器的繼電保護(hù)和過流電的繼電保護(hù)，是當(dāng)前工作的主要側(cè)重點(diǎn)。在實(shí)踐工作當(dāng)中，應(yīng)該選擇合適的濾波算法，同時(shí)加強(qiáng)站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和EPON技術(shù)的融合應(yīng)用，提升智能變電站繼電保護(hù)的安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性和同步性。