許繼電氣股份有限公司 隋 龍 李付濤 鄭 昊

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，信息技術(shù)與智能技術(shù)逐漸成為電力行業(yè)新的驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)了電力行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。目前，隨著智能變電站的發(fā)展，對(duì)其安全性和可靠性要求也日益提高，為確保變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)變電站繼電保護(hù)做進(jìn)一步的研究，并制定出一套較為合理的操作計(jì)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(shù)的新型變電站。其核心是對(duì)電力二次系統(tǒng)的高效利用，進(jìn)而完成對(duì)電力數(shù)據(jù)信息的測(cè)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(tǒng)中存在的信息“孤島”問(wèn)題。

智能化變電站與常規(guī)變電站有較大不同。其可以實(shí)現(xiàn)智能操作，對(duì)電力運(yùn)行過(guò)程中生成的各種電能信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、科學(xué)地采集和分析。與此同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)光纖電纜的使用模式的轉(zhuǎn)變，成功地避免了困擾常規(guī)變電站的電磁干擾問(wèn)題。也可通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)的使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓等模擬化的數(shù)字信號(hào)的高速采集和傳輸，然后通過(guò)對(duì)自動(dòng)開(kāi)關(guān)等工藝裝置的智能啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站電網(wǎng)的自動(dòng)控制，確保其高效運(yùn)行[1]。

1.2 智能變電站的運(yùn)行特點(diǎn)

以通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以整合資料采集方式、以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的數(shù)字化管理。在構(gòu)建智能變電站時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)快速高效的信息傳遞和共享，離不開(kāi)數(shù)據(jù)支撐。在裝備管理上，采用一體化的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精確檢測(cè)與維護(hù)，使智能技術(shù)在維護(hù)工作中的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)。本文介紹了一種具有仿真數(shù)據(jù)采集與傳送功能的智能變電站設(shè)備，運(yùn)用智能開(kāi)關(guān)裝置，可以提高變電所的自動(dòng)化水平[2]。

1.3 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在智能化變電站中引入繼電保護(hù)可以有效提升其安全性和可靠性。相對(duì)于常規(guī)的安全手段，智能化變電站的繼電保護(hù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，不僅能夠擴(kuò)大信息采集的途徑，還能夠在設(shè)備的施工、維護(hù)等方面發(fā)揮較大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)操作者的熟練程度也提出了更高的要求。在實(shí)踐中，繼電保護(hù)是一種靈活的設(shè)備，其要求操作人員按照它的結(jié)構(gòu)、原理和功能來(lái)確保其安全可靠地運(yùn)行。

在智能化變電站中，傳輸媒質(zhì)和變壓器是不可或缺的組成部分。該系統(tǒng)能將整站運(yùn)行狀況及時(shí)傳送至監(jiān)測(cè)終端，并將相關(guān)狀況傳送至監(jiān)測(cè)終端，完成切換操作。本文介紹了一種基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的新型智能變電站的設(shè)計(jì)方法。在采集與傳輸方面，可以使用并聯(lián)設(shè)備，通過(guò)變壓器將采集到的具體信息通過(guò)變壓器傳輸給繼電保護(hù)裝置，從而完全解決了繼電裝置間的布線問(wèn)題，節(jié)約成本，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交流；用于電子互感器，具有尺寸小、質(zhì)量輕、價(jià)格低廉、計(jì)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)；電力供應(yīng)的形式較多，按電源供應(yīng)可以分成有源和被動(dòng)兩類；智能終端是斷路器的重要組成部分，其能夠?qū)崟r(shí)有效地監(jiān)測(cè)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)其收集的一些設(shè)備參數(shù)來(lái)判斷斷路器的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，既可以對(duì)斷路器斷開(kāi)情況進(jìn)行積極的檢測(cè)，又可以對(duì)其進(jìn)行還原，從而避免或消除故障。在智能化電力系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其的精確、可靠的控制，是實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的重要意義

由于受外部因素的干擾，電力系統(tǒng)的工作狀況時(shí)常發(fā)生變化，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性造成了沖擊。在智能化變電站中，繼電保護(hù)是用于對(duì)全系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行保護(hù)的，越是完備、越是穩(wěn)固，那么整個(gè)電網(wǎng)的工作狀況越好。要確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，就有必要對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行研究。設(shè)備在工作狀態(tài)出現(xiàn)變化時(shí)，可對(duì)相關(guān)的故障做出快速、準(zhǔn)確地判斷和及時(shí)處理。一旦出現(xiàn)故障，則自動(dòng)將其排除在外，采用后備線保護(hù)，使得電力系統(tǒng)也可以恢復(fù)到原來(lái)的工作狀況。在智能化變電所中，繼電保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先保證變電站運(yùn)行的安全性和可靠性，提高了變電站的運(yùn)行效能，從而為解決人們的用電問(wèn)題作出了應(yīng)有的努力。另外，由于當(dāng)變電站發(fā)生故障時(shí)，其運(yùn)行費(fèi)用也將大大降低，尤其是減少了變電站的維修費(fèi)用。在保證系統(tǒng)可靠性的前提下，提高了系統(tǒng)的可靠性，為保證系統(tǒng)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(hù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

3.1 計(jì)算數(shù)據(jù)有誤

在智能化變電站中，繼電保護(hù)是保證其安全可靠工作的前提。近年來(lái)，電力電子設(shè)備中的繼電保護(hù)越來(lái)越完善，但其發(fā)展中還面臨較多問(wèn)題。繼電保護(hù)中出現(xiàn)的問(wèn)題，其突出的表現(xiàn)就是對(duì)參數(shù)的錯(cuò)誤進(jìn)行了分析，如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤，就會(huì)嚴(yán)重地影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使其保護(hù)作用降低。其計(jì)算偏差既有調(diào)整偏差，也有人為偏差。整定工作較為關(guān)鍵，其是對(duì)某一具體的電網(wǎng)進(jìn)行分析、計(jì)算和整定，從而決定了保護(hù)裝置的定值、協(xié)調(diào)和使用方式。一旦出現(xiàn)故障，將使繼電保護(hù)不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。人為的計(jì)算意味著在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，若不能獲得完全正確的運(yùn)行參數(shù)，將嚴(yán)重地降低繼電保護(hù)的可靠性。

3.2 數(shù)據(jù)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(shè)備，所以其所蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)量龐大。這就需要對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，以及信息的處理進(jìn)行更高的需求，以保證所需的數(shù)據(jù)以及傳輸率滿足預(yù)先規(guī)定的規(guī)范。但是，在實(shí)際運(yùn)行中，由于電力數(shù)據(jù)的傳遞，一些命令都不能有效地完成，例如，傳輸媒體出現(xiàn)故障或者光纜阻塞，都會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行，從而影響到整個(gè)智能變電站的正常運(yùn)行。

3.3 電力設(shè)備可靠性差

智能變電站中的電力設(shè)備自身就存在一些問(wèn)題，比如變壓器漏油、斷路器損壞等，這些都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性造成一定的影響。一般情況下，電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備及線路都會(huì)因使用年限的增加而出現(xiàn)各種故障現(xiàn)象，并不能起到應(yīng)有的作用。例如，在電力系統(tǒng)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(tǒng)的停電。在電力設(shè)備運(yùn)行中，由于其自身的缺陷、故障等原因，可能導(dǎo)致全網(wǎng)的電壓出現(xiàn)波動(dòng)，甚至出現(xiàn)短路現(xiàn)象。在電力系統(tǒng)中，各種機(jī)械和化學(xué)反應(yīng)引起的電氣事故最為普遍，對(duì)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了較大的威脅[4]。

4 提升智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的相關(guān)策略

變電站是電力系統(tǒng)中重要組成部分，其直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，保證變電站的穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行是十分必要的。這樣可以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，提高繼電保護(hù)的有效性，促進(jìn)智能變電站的發(fā)展。另外，繼電保護(hù)工作也面臨諸多挑戰(zhàn)，所以相關(guān)人員需要對(duì)智能變電站中的繼電保護(hù)內(nèi)容進(jìn)行重視，不斷地學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，提升自己的專業(yè)技能，以便能夠適應(yīng)時(shí)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(hù)

在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，智能變電站中的變壓器設(shè)備發(fā)揮關(guān)鍵作用，在電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了變壓流、變相位以及電氣設(shè)備的絕緣。作為一種持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的靜態(tài)裝置，變壓器具有相對(duì)平穩(wěn)、不易發(fā)生事故等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其通常都是在室外，并且受到負(fù)載、短路等因素的作用，使得其在電力系統(tǒng)中難免會(huì)發(fā)生各種故障或異常現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生斷路，乃至發(fā)生爆炸。所以，加強(qiáng)對(duì)智能變電站中變壓器的保護(hù)，成為重要解決的問(wèn)題。在智能變電站中，變壓器保護(hù)的基本原則就是當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能夠?qū)?bào)警信號(hào)進(jìn)行快速響應(yīng)。在二次諧波制動(dòng)理論中，由差動(dòng)電流中的二次諧波成分確定其是否為殘流或勵(lì)磁開(kāi)關(guān)電流。當(dāng)為勵(lì)磁切換電流時(shí)，進(jìn)行閉鎖差動(dòng)保護(hù)。智能變電站變壓器保護(hù)示意圖如圖1所示。

圖1 智能變電站變壓器保護(hù)示意圖

4.2 改用雙A/D 系統(tǒng)加入合并單元

合并單元是完成相關(guān)數(shù)據(jù)的收集工作，其使用狀況對(duì)整體體系所產(chǎn)生的沖擊要比其他元器件大得多。在相關(guān)的智能發(fā)展中，全部的數(shù)據(jù)采集只需要一臺(tái)融合裝置MU 和一臺(tái)電子互感器就可以實(shí)現(xiàn)，而要提高這種設(shè)備的可信度，需要將每一臺(tái)采集和合成的設(shè)備都添加到兩套A/D 系統(tǒng)中，使得每一臺(tái)設(shè)備都可以生成兩個(gè)取樣值，使得融合裝置具有更加穩(wěn)定和精確的取樣值，避免了由于采集到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)，從而避免了保護(hù)失效的問(wèn)題，極大地提高了繼保的可靠性。

4.3 提升間隔層繼電保護(hù)

電力系統(tǒng)中存在間隔層繼電保護(hù)，因此如何對(duì)其進(jìn)行有效的改進(jìn)，是當(dāng)前電力系統(tǒng)中重要的一種方法。間隔層繼電保護(hù)的內(nèi)容包括端母線、備用設(shè)備以及線路控制開(kāi)關(guān)等。然后，針對(duì)存在的各種問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)地剖析與應(yīng)對(duì)，并提出了相關(guān)的對(duì)策。另外，在確保隔離層保護(hù)的可靠的情況下，電壓的設(shè)置也會(huì)變得更為智能，可根據(jù)實(shí)際的電流系統(tǒng)需求來(lái)調(diào)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(duì)于提高繼電保護(hù)設(shè)備的安全水平具有重要意義。

4.4 提高軟件系統(tǒng)可靠性措施

4.4.1 使用插值算法代替時(shí)鐘源

任何一種智能電子都要求對(duì)時(shí)進(jìn)行同步，而對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)的傳遞則通過(guò)一根光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)，這意味著任何一種智能器件都要具備精確的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)才能工作。如果采用同樣的時(shí)間間隔內(nèi)插法進(jìn)行抽樣，那么計(jì)算的程序也按照固定的延時(shí)系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行，采集數(shù)據(jù)的整個(gè)流程都是一致的，在一個(gè)時(shí)刻，通過(guò)這種方式使全部的電子式互感器在同一時(shí)刻進(jìn)行取樣，避免了因時(shí)間誤差而引起的一系列問(wèn)題，提高了繼電器的安全性能。

4.4.2 采取軟件積分增強(qiáng)SV 報(bào)文信息的可靠性

采用羅氏線圈（羅戈夫斯基線圈、Rogowski線圈）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)SV 的信息的獲取，而對(duì)其進(jìn)行的獲取則要經(jīng)歷集成處理。其整體計(jì)算分為兩部分：一是以組合元件為主的軟件集成；二是通過(guò)電阻和運(yùn)算放大器等硬件來(lái)完成。兩者相比較，軟件集成具有更高的準(zhǔn)確性和更低的功耗，所以可通過(guò)軟件集成的方式來(lái)改善SV 消息的可靠性，從而進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性。

4.4.3 增加GOOSE 報(bào)文過(guò)程的功能機(jī)制

在智能終端和保護(hù)設(shè)備間的消息處理以GOOSE 報(bào)文信息為主，其中包含了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒體傳送的一系列的數(shù)字信號(hào)，如閉鎖信息、斷路器跳閘信號(hào)、斷路器狀態(tài)及重合閘指令等，為了保證消息的可靠性，需要添加報(bào)文信息的插件來(lái)判定多播地址的正確性，以及GOOSE 消息中AppID 等發(fā)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(shí)間內(nèi)，沒(méi)有接收到GOOSE 消息，就會(huì)發(fā)出警報(bào)，讓操作員知道消息的處理情況[5]。

綜上所述，建設(shè)一套完善的現(xiàn)代化、信息化的電力網(wǎng)絡(luò)工程系統(tǒng)，可以讓電力系統(tǒng)的輸送過(guò)程更加穩(wěn)定、安全、高效地運(yùn)行，同時(shí)也可以提升公司的服務(wù)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，其中電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)的可靠程度是其中最重要的一環(huán)，也是電力系統(tǒng)智能化的重要保證。在這種情況下，需要對(duì)電網(wǎng)中的各類信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記載，如果出現(xiàn)了不正常的現(xiàn)象，要及時(shí)作出響應(yīng)和應(yīng)對(duì)措施，不斷地完善繼電保護(hù)，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(jìn)行自身的實(shí)踐，不斷地對(duì)新的科技進(jìn)行研究，對(duì)智能變電站的繼電保護(hù)的可靠性進(jìn)行創(chuàng)新和提高，促進(jìn)我國(guó)智能變電站的可持續(xù)發(fā)展。