智能變電站技術(shù)及其對(duì)繼電保護(hù)的影響

易文

摘 要：智能變電站技術(shù)的產(chǎn)生，優(yōu)化了繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能，為電力系統(tǒng)可靠性的提升奠定了基礎(chǔ)?；诖耍恼潞?jiǎn)要介紹了智能變電站的組網(wǎng)技術(shù)，從主變保護(hù)、線路保護(hù)、母線及過(guò)載保護(hù)等方面，闡述了智能變電站技術(shù)，對(duì)繼電保護(hù)方式的影響。并分析了智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息與調(diào)試維護(hù)的影響。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)調(diào)試

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）19-0148-02

Abstract： The generation of intelligent substation technology optimizes the performance of relay protection system and lays a foundation for improving the reliability of power system. Based on this， this paper briefly introduces the networking technology of intelligent substation. From the aspects of main transformer protection， line protection， bus and overload protection， this paper expounds the influence of intelligent substation technology on relay protection mode. The application of intelligent substation technology and its influence on relay protection data information and debugging and maintenance are also analyzed. The application value of the technology is proved by simulation experiment.

Keywords： intelligent substation； relay protection； data acquisition； system debugging

前言

信息化技術(shù)影響范圍的拓展，使得智能變電站技術(shù)逐漸產(chǎn)生。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，智能變電站有效提高了電力系統(tǒng)的管理效率、提高了系統(tǒng)的安全性。繼電保護(hù)系統(tǒng)，為變電站的重要組成部分。隨變電站智能性的提升，繼電保護(hù)的主變及線路保護(hù)配置方式，以及繼電保護(hù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗^(guò)程，均發(fā)生了變革，一定程度上提高了繼電保護(hù)的可靠性。

1 智能變電站組網(wǎng)技術(shù)

智能變電站結(jié)構(gòu)，以“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)為主?！叭龑印敝饕獮檎究貙印㈤g隔層、過(guò)程層?！皟删W(wǎng)”分別為站控層網(wǎng)絡(luò)及過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的硬件，發(fā)生了極大的變化。具體體現(xiàn)在以下方面：（1）智能元件的應(yīng)用：智能變電站技術(shù)改變了繼電保護(hù)的元件類型，增加了智能元件在系統(tǒng)中所占的比例[1]。以電子式互感器為例，與傳統(tǒng)互感器相比，該類型儀器，抗干擾能力更強(qiáng)、動(dòng)態(tài)范圍更大，且支持網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)處理水平更高，優(yōu)勢(shì)顯著。（2）網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用：智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，要求采用以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)變電站相比，有效拓展了交換機(jī)的性能，提高了數(shù)據(jù)信息的傳輸效率。在上述繼電保護(hù)方式的作用下，變電站各構(gòu)件運(yùn)行安全性的提升將成為可能[2]。（3）光纜的應(yīng)用：智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的光纜數(shù)量更大，數(shù)字化輸出效率更高。與傳統(tǒng)的二次光纜相比，系統(tǒng)性能更強(qiáng)。

2 智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)配置方式的影響

2.1 主變保護(hù)配置方式

應(yīng)用智能變電站技術(shù)后，繼電保護(hù)的主變保護(hù)方式發(fā)生了變化。以雙重化主變保護(hù)配置為例，保護(hù)方法如下：（1）配置情況：雙重化主變保護(hù)系統(tǒng)，由智能終端及各單元構(gòu)成。系統(tǒng)可采用直接跳閘的方式，實(shí)現(xiàn)非電量保護(hù)。跳閘后，系統(tǒng)可隨之將相關(guān)保護(hù)信息，傳輸至GOOSE網(wǎng)絡(luò)中。供智能變電系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)予以存儲(chǔ)，以用于數(shù)據(jù)分析[3]。（2）采樣方法：雙重化主變保護(hù)系統(tǒng)，采樣方式以直接采樣為主。當(dāng)變電站主變?cè)O(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可立即經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送跳閘命令。繼電保護(hù)系統(tǒng)收到命令后，會(huì)立即跳閘，達(dá)到保護(hù)主變的目的。繼電保護(hù)的跳閘命令執(zhí)行模式見圖1：

2.2 線路保護(hù)配置方式

以220kV線路為例，智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)的影響，主要體現(xiàn)在裝置一體化，以及跳閘方式數(shù)字化等方面。線路保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：（1）一體化裝置：為確保變電站運(yùn)行過(guò)程中，線路的各類型故障均能夠體現(xiàn)?？蓪⒅睾祥l，應(yīng)用到線路繼電保護(hù)系統(tǒng)中。利用重合閘的單重、三重、禁止及停用等功能，實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)。（2）通道設(shè)置：如采用雙重配置的方式，配置繼電保護(hù)系統(tǒng)。則應(yīng)保證縱聯(lián)的各個(gè)通道相互獨(dú)立，以確保信息能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)溝通。為提高跳閘的靈敏度，各獨(dú)立通道類型，應(yīng)以數(shù)字化為主。（3）跳閘方式：有關(guān)人員可將智能終端，安裝在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，直接采集線路運(yùn)行信息，以實(shí)現(xiàn)直接跳閘。

2.3 母線保護(hù)配置方式

智能化變電站未應(yīng)用前，繼電保護(hù)系統(tǒng)的母線配置方案，以交換機(jī)配置方式為主。當(dāng)變電站設(shè)備故障發(fā)生后，過(guò)程層交換機(jī)之間，需相互傳輸GOOSE跳閘指令，方可使跳閘的動(dòng)作得以執(zhí)行。如交換機(jī)本身存在故障，上述過(guò)程將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。加之網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不穩(wěn)定，以及同步信號(hào)依賴度過(guò)高等因素的影響，指令的發(fā)出效率往往較低。在智能變電站技術(shù)的支持下，有關(guān)人員可將專用光纖，應(yīng)用到繼電保護(hù)系統(tǒng)中。采用傳感器采集變電站各裝置的電壓，并將采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)A/D及D/A轉(zhuǎn)換后，傳輸至變電站核心控制系統(tǒng)當(dāng)中。由核心系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其是否存在異常。

2.4 過(guò)載保護(hù)配置方式

智能變電站中，低頻低壓減載保護(hù)裝置（圖2）的功能，在于通過(guò)SV網(wǎng)絡(luò)，以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。與傳統(tǒng)變電站的繼電保護(hù)裝置相比，該保護(hù)方式的跳閘信息發(fā)送效率更高。以智能變電站為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)過(guò)載保護(hù)配置方法如下：（1）網(wǎng)絡(luò)配置：繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)與SV網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)“母線PT合并單元”，獲得智能化系統(tǒng)的電壓數(shù)據(jù)采集信息。在此基礎(chǔ)上，與GOOSE網(wǎng)絡(luò)連接，將系統(tǒng)發(fā)出的跳閘指令，經(jīng)該網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給智能元件。以達(dá)到控制智能元件運(yùn)行狀態(tài)、降低其故障率的目的。（2）光纜配置：為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”的方式，節(jié)約光纜，提高配置水平。

3 智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)效果的影響

3.1 數(shù)據(jù)信息影響

智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)繼電保護(hù)效果的影響，首先體現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息方面。變電站智能化水平提升后，電子互感器代替了電磁互感器，成為了繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要元件。與電磁互感器相比，電子互感器在解決時(shí)延問(wèn)題方面，效果更加顯著。除此之外，該類型互感器，同樣具有響應(yīng)速度快、頻帶寬度大的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用該元件后，繼電保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率，將明顯提升。以智能變電站技術(shù)為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)系統(tǒng)，信息化標(biāo)準(zhǔn)ICT61850為主。ICT61850標(biāo)準(zhǔn)下，IED設(shè)備的二次信息分離，將能夠有效實(shí)現(xiàn)，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃詫⒚黠@提升。

3.2 調(diào)試維護(hù)影響

智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)繼電保護(hù)的影響，同樣體現(xiàn)在調(diào)試及維護(hù)方面。智能變電站，打破了傳統(tǒng)變電站保護(hù)裝置在采樣、計(jì)算等方面存在的桎梏。當(dāng)變電站某設(shè)備及元件故障發(fā)生后，故障信號(hào)可被立即采集并經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，而系統(tǒng)同樣會(huì)立即利用相關(guān)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的分析及預(yù)警。交互技術(shù)，為智能變電站相關(guān)技術(shù)的一種。在該技術(shù)的支持下，電力領(lǐng)域無(wú)需綁定保護(hù)裝置，即可使信息共享得以實(shí)現(xiàn)，一定程度上提高了設(shè)備的調(diào)試及維護(hù)效率?？梢?，智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行故障發(fā)生率的降低，具有重要價(jià)值。

3.3 仿真分析

為評(píng)估智能變電站技術(shù)下繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能，判斷該技術(shù)的應(yīng)用，是否能夠真正達(dá)到提高繼電保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性的目的。本課題以220kV變電站為例，將IEC51850中的邏輯節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用到了仿真過(guò)程中。在建立仿真模型后，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，在智能變電站技術(shù)的支持下，繼電保護(hù)效率明顯提升、系統(tǒng)故障預(yù)警的及時(shí)性明顯改善。表明，智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)性能的改善，具有確切的積極意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能變電站技術(shù)的應(yīng)用及普及，使得繼電保護(hù)的信息傳輸效率顯著提升，且降低了調(diào)試及維護(hù)的難度。為進(jìn)一步提高變電站運(yùn)行的可靠性及穩(wěn)定性，電力領(lǐng)域可考慮采用智能變電站，全面替代傳統(tǒng)變電站。將以太網(wǎng)、智能化元件，應(yīng)用到變電站之中。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)自身需求，對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。以增強(qiáng)系統(tǒng)性能、延長(zhǎng)變電站各設(shè)備的使用壽命。

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