數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)

丁寶帥 高永俊 王小龍 董志偉 張成 呂賾名 郭健楠 李琳

摘 要：隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)今電力行業(yè)也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化改革，構(gòu)建了數(shù)字化變電站。繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠確保變電站的運(yùn)行安全和穩(wěn)定性，對(duì)提高電力服務(wù)質(zhì)量有著重要意義。基于此，本文重點(diǎn)探究數(shù)字化變電站保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，提出繼電保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而分析繼電保護(hù)技術(shù)的優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；繼電保護(hù)；應(yīng)用；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.132

0 引言

隨著我國(guó)我國(guó)電力行業(yè)不斷發(fā)展，當(dāng)今智能變電站已經(jīng)成為了電網(wǎng)建設(shè)的重要趨勢(shì)，繼電保護(hù)技術(shù)在此背景下也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化模式。由于數(shù)字化變電站融入了信息技術(shù)，這對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)提出了更高的要求。從宏觀層面上分析，當(dāng)今我國(guó)智能化技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)用范圍不夠廣泛、存在局限性，數(shù)字化變電站并沒(méi)有全面普及和落實(shí)，是傳統(tǒng)變電站和智能變電站混合體系，但是二者繼電保護(hù)方式卻存在著很大的差別，所以加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的研究有著重要意義。

1 數(shù)字化繼電保護(hù)技術(shù)特點(diǎn)

（1）傳統(tǒng)、數(shù)字化繼電保護(hù)的差異。傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的硬件是數(shù)據(jù)處理單元、開(kāi)光量輸入/輸出回路、模擬量輸入接口、通信接口等單元模塊；而數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)主要有：微處理器以數(shù)字電路作為基礎(chǔ)，并且核心單元四周都有不同的接口，這些接口可以傳輸數(shù)據(jù)，也可以實(shí)現(xiàn)功能拓展。從大體層面上分析，數(shù)字化保護(hù)裝置采用電子互感器收集信息數(shù)據(jù)，這也是與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置最大的區(qū)別。從結(jié)構(gòu)層面上分析，可以將整個(gè)繼電保護(hù)裝置組成單元?jiǎng)澐譃椋洪_(kāi)入、中央處理、光接收、出口、通信接口等單元。

（2）數(shù)字化繼電保護(hù)裝置接口實(shí)現(xiàn)。在數(shù)字化變電站當(dāng)中，采用電力互感器收集信息，并通過(guò)中央處理器展開(kāi)信息處理。所收集到的信息，可以采用互感器內(nèi)部光纖采用數(shù)字信號(hào)傳輸方法傳輸?shù)降蛪憾酥?，再?jīng)過(guò)合并單元轉(zhuǎn)化之后，輸出正確格式的數(shù)據(jù)。相比傳統(tǒng)繼電保護(hù)的模擬輸出，數(shù)字化繼電保護(hù)可以通過(guò)合并單元進(jìn)行光纖傳輸，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳輸影響，優(yōu)化A/D變換插件、低通濾波插件，大大提高了運(yùn)行效率。

2 繼電保護(hù)技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

（1）互感器技術(shù)和智能開(kāi)關(guān)。當(dāng)今數(shù)字化繼電保護(hù)裝置中的互感器由于使用效果好、功率小，已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)繼電器中的CT和PT，互感器可以將大電流、高電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)太網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和輸出。與此同時(shí)，斷路器二次系統(tǒng)能夠在傳感器、微機(jī)、電力電子當(dāng)中設(shè)定閾值，如果超出閾值開(kāi)關(guān)就會(huì)自動(dòng)切斷故障電路或異常電路，避免電力安全問(wèn)題擴(kuò)大。通過(guò)光纖通道將數(shù)據(jù)信息和指令傳遞到數(shù)字化接口當(dāng)中。可見(jiàn)，采用互感器和智能開(kāi)關(guān)能夠在很大程度上確保智能變電站的運(yùn)行安全。

（2）動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)在變電站中的應(yīng)用。在智能電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中，需要增設(shè)一定量的自動(dòng)化設(shè)備。當(dāng)今我國(guó)所使用的智能變電站，并不具備完善的二次設(shè)備檢查方法。從智能變電站整體結(jié)構(gòu)上分析，繼電保護(hù)無(wú)法全方位保護(hù)設(shè)備安全。而動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的出現(xiàn)，除了能夠?qū)收习l(fā)生、操作演練、運(yùn)行方法進(jìn)行仿真模擬，還能夠?qū)崿F(xiàn)二次設(shè)備運(yùn)行信號(hào)模擬，包括繼電器、錄波設(shè)備、智能儀表等，這樣即可對(duì)母線、變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和保護(hù)。與此同時(shí)，采用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)可以對(duì)智能化設(shè)備、電力系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)估，提高了變電站運(yùn)行安全。

3 智能繼電保護(hù)的發(fā)展形勢(shì)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，繼電器也逐漸朝向小型化方向感發(fā)展，充分利用半導(dǎo)體處理技術(shù)可以提高運(yùn)行速率、提高貯存能力、計(jì)算能力等。同時(shí)，數(shù)字化裝置還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備、功能集成，包括數(shù)據(jù)收集、過(guò)濾、模塊轉(zhuǎn)化、抗干擾等，從而提高設(shè)備的運(yùn)行效率，提高數(shù)據(jù)處理、收集性能。但是在新形勢(shì)下，繼電保護(hù)技術(shù)也存在一定不足之處，需要進(jìn)一步加強(qiáng)，跟上電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展形式。

（1）加強(qiáng)繼電保護(hù)性能。加強(qiáng)數(shù)字化繼電器性能需要從以下幾點(diǎn)出發(fā)：首先，需要繼電保護(hù)裝置具有更強(qiáng)的存儲(chǔ)性能，從而存儲(chǔ)更多的故障信息；其次，快速測(cè)量電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控；再次，優(yōu)化系統(tǒng)自控技術(shù)，包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)預(yù)測(cè)、人工智能等方面需要更加完善；最后，在影響繼電保護(hù)系統(tǒng)高質(zhì)量工作前提下，需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、硬件與軟件開(kāi)發(fā)的成本。

（2）提高繼電保護(hù)的可靠性。在繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中，為了能夠提高其運(yùn)行的可靠性，不僅要能夠滿足系統(tǒng)調(diào)式、優(yōu)化等功能，同時(shí)也要保障元器件更換不受到影響、環(huán)境變化不受影響、電源波動(dòng)不受影響等標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)層面，可以對(duì)軟件自身、元器件、零部件等進(jìn)行檢測(cè)。

4 繼電保護(hù)系統(tǒng)性能優(yōu)化

（1）變壓器保護(hù)。對(duì)于變壓器繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，其工作重點(diǎn)就是避免短路短路造成的不平衡問(wèn)題，以及故障電流和勵(lì)磁涌流。在勵(lì)磁涌流方面上，由于非周期分量比重相對(duì)較大，并且電磁式電流互感器對(duì)非周期分量轉(zhuǎn)換不夠明確，從而出現(xiàn)誤判等問(wèn)題，結(jié)合這一差異性可以重新判斷、區(qū)分勵(lì)磁電流和故障電流，這樣就不會(huì)影響變壓器差動(dòng)保護(hù)。同時(shí)，電子繼電保護(hù)可以保證四周暫態(tài)電流保持一致，從而提高匝間的敏捷度，提高了變壓器差動(dòng)保護(hù)工作效率。

（2）輸電線路保護(hù)。由于互感器飽和問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致縱差保護(hù)判定失誤。在數(shù)字化變電站當(dāng)中，所使用的電子互感器不會(huì)產(chǎn)生飽和問(wèn)題，這樣可以增強(qiáng)元器件、阻抗元件、起動(dòng)元件的保護(hù)性能，可以保護(hù)變電站正常運(yùn)行。在過(guò)流保護(hù)層面上，傳統(tǒng)繼電保護(hù)中的互感器會(huì)由于二次電流產(chǎn)生變化，所以容易造成判定誤差等問(wèn)題，再加上傳統(tǒng)繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，受到飽和度的影響，從而產(chǎn)生保護(hù)失誤等問(wèn)題。但是在數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)中，電子互感器具有無(wú)飽和度的優(yōu)勢(shì)，所以在根源上就排除了誤判可能性，在很大程度上可以提高繼電保護(hù)性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電力行業(yè)不斷發(fā)展背景下，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化電力系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)成為了必然趨勢(shì)，在未來(lái)十年內(nèi)，我國(guó)會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)工作。這就需要關(guān)注數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的研究工作，針對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)層面，需要不斷加強(qiáng)該項(xiàng)技術(shù)的研究工作，針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題提出解決策略，融入先進(jìn)的輔助技術(shù)，從而提高繼電器的保護(hù)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]宮立詠，徐普，楊園秀.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)[J].環(huán)球市場(chǎng)，2017（23）：125-126.