數字化變電站繼電保護技術探究

李凱樂

（貴州電網公司安順供電局，貴州 安順 561000）

1 數字化變電站介紹

數字化變電站是指基于IEC 61850標準建立全站統一的數據模型和數據通信平臺，實現站內一次設備智能化和二次設備網絡化，以全站為對象統一配置保護和自動化功能的變電站。兩次提到特點有:一次設備智能化；二次設備網絡化；測量系統數字化；信號傳輸均由計算機通信技術實現；二次接線大為減少；良好的互操作性；數據易于共享；自動化水平高。

兩次提到特點有也是六個方面：一是變電站傳輸和處理的信息全數字化。二是過程層設備智能化。三是統一的信息模型：數據模型、功能模型。四是統一的通信協議：數據無縫交換。五是高質量信息：可靠性、完整性、實時性。六是各種設備和功能共享統一的信息平臺。

2 數字化變電站的意義

數字化變電站將會給我國變電站的運行和管理帶來深遠的影響，無論在技術方面還是經濟方面，都具有重大的意義。

從技術方面來說，數字化變電站可以減少自動化設備數量，簡化二次接線，提高系統的可靠性，減少設備的檢修次數和檢修時間，提高設備的使用效率；方便設備的維護和更新，減少投運時間，提高工作效率。此外，還極大地方便了變電站的擴建及自動化系統的擴充。

從經濟方面來說，可以減少占地面積，從而減少建設投資，減少變電站壽命周期內的總體成本，包括初期建設成本和運行維護成本；實現信息在運行系統和其它支持系統之間的共享，減少重復建設和投資等。

3 數字化變電站繼電保護技術

3.1 數字化變電站繼電保護裝置

數字化繼電保護裝置原理是利用電子互感器采集數據，數據在互感器內通過光纖利用光數字信號將數據傳到低壓端，在MU(合并單元)處理后，得出符合標準的數字量輸出。數字化保護裝置由光接收、開入、中央處理、出口四個單元以及人機和通信接口等。

隨著繼電保護裝置的不斷發展，電力系統在快速、可靠、選擇和靈敏性上對繼電保護技術提出了新的要求。

3.2 數字化變電站提高了繼電保護的運行水平

經過多年的發展，國內微機保護在原理和技術上已相當成熟，處于國際領先水平。但是，仍然存在著一些問題：

（1）二次回路設計接線錯誤，電纜長，執行反事故措施不到位，電纜老化后接地，造成保護誤動；（2）定值項多，控制字和跳閘矩陣設置錯誤；（3）變電站直流電源回路故障接地引發繼電保護誤跳閘；（4）由于有許多季節性負荷，備自投(備用電源自動投入)、低頻低壓減載壓板等核查、切換工作量大，易出錯；（5）CT特性惡化和特性不一致引起故障延遲切除和區外故障誤動；（6）保護通道問題；（7）下雨引起瓦斯繼電器接線盒進水，觸點接通；（8）一些配電系統無母線差動保護、備自投等，上一級保護難起后備作用，造成事故擴大，供電中斷等。

如果采用基于IEC 61850標準的數字化變電站技術，由于二次電纜少，在不增加硬件設備、不重復采集交流信息的前提下，將相應功能分散到各間隔保護單元中，實現了網絡化母線保護、網絡化備自投和網絡化低頻低壓減載功能，可以基本消除以上限制繼電保護運行水平繼續提高的瓶頸。同時，保護定值、控制字簡化，保護壓板、按鈕和把手大大減少，也可以顯著減少運行維護人員的“三誤”事故(誤碰、誤接線、誤整定引起的事故)。

而對于裝置缺陷，由于直接采用數字量，能真實反映系統一次電氣量信息，裝置可采用更先進的原理算法，其集成度可以更高，抗干擾能力大大增強，再加上在線監測、在線檢修自動化，裝置運行也將更加穩定。

3.3 數字化變電站對繼電保護技術提出了新的挑戰

目前，繼電保護裝置的微機化趨勢充分利用了先進的半導體處理器技術：高速的運算能力、完善的存貯能力和各種優化算法，同時采用大規模集成電路和成熟的數據采集、模數轉換、數字濾波和抗干擾等技術，因而系統響應速度、可靠性方面均有顯著的提升。然而，數字化變電站的不斷發展，對繼電保護技術提出了新的挑戰：

更高的繼電保護性能。具體到電力繼電保護設備來說，包括：電力狀態參數的快速準確監測；系統很強的存儲力，能更好地實現故障分量保護；先進、優化的自動控制、算法和技術，如自適應、狀態預測、模糊控制及人工智能、神經網絡等，確保更高的運行準確率；在滿足當前繼電保護功能和性能需求的條件下，以更低的整體系統成本(包括軟硬件成本和開發成本)實現。

更好的系統軟硬件的擴展能力。產品方案的可擴展性是當前很多嵌入式系統產品方案選型的一個重要考慮點，對于繼電保護系統來說尤其如此。

更高的可靠性。可靠性除了系統軟件設計的優化和調試外，體現在數字元件的特性不易受溫度變化(寬的工作溫度范圍)、電源波動、使用年限的影響，不易受元件更換的影響；且自檢和巡檢能力強，可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

3.4 數字化變電站中新興繼保技術的應用分析

3.4.1 智能化繼電保護測試儀。隨著推廣與應用IEC 61850標準，智能化變電站的投入運行變得越來越普遍化，數字化測試設備在電力用戶和制造廠中的需求呈上升趨勢。DRT-802測試儀(許繼研制)支持GOOSE收發、IEC 61850-9-1/9-2、開入開出及輸出小信號模擬量，實現了數字化變電站對任意電壓等級的繼電保護裝置測試。

3.4.2 全數字化變電站的動態仿真系統。具有數字化、信息化、自動化、互動化特點的數字化變電站，是建設智能電網的重要部分。國內目前不同模式的數字化變電站，因無法有效檢測繼電保護二次設備的性能，全數字化變電站的設備檢查和監測功能無法實現。

全數字化變電站的動態仿真系統，研究數字化變電站的通訊組網途徑與電子互感器的工作原理，開發出了全數字化變電站的動態仿真系統硬件，實現故障錄波器與仿真系統軟件開發人性化界面操作，檢測了線路、變壓器及母線保護的性能技術。仿真模擬全數字化變電站的操作演習、運行方式及事故狀態得以實現，為繼電保護設備、自動綜合測控系統、故障錄波設備、智能儀表等二次設備輸出了仿真模擬的信號源；實現電網測控系統動態閉環測試，對提高電網穩定安全的運行，降低電網事故具有重大意義。

結語

數字化變電站快速建設對繼電保護技術提出了更高的要求，這給繼電保護的工作帶來新的挑戰。因此，建立一支強有力的繼電保護隊伍，提高保護人員技術水平和工作技能，結合轄區供用電實際情況，不斷創新繼保技術，確保電網安全穩定是我們的責任。

[1]高壓電網繼電保護原理與技術[J].電力系統自動化，2005-05-30.

[2]蔣寶中，馬峰，蔣寧進.高低壓柜繼電保護[J].綜合自動化裝置，2011-03-09.