智能變電站繼電保護配置的應用現狀和展望

段瑞

摘要：電力系統中，任何電力元件不得在無繼電保護的狀態下運行，保證電力元件安全運行的基本裝備稱為變電站繼電保護裝置，智能變電站中的繼電保護設備是智能電網的重要組成部分，對電網的安全運行具有十分重要的地位。文章對智能變電站進行了簡單的概述，接著分析了對智能變電站繼電保護的基本要求以及智能變電站繼電保護的配置，最后重點探討了智能變電站繼電保護配置的未來展望。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護配置；智能電網

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0009-02

智能變電站繼電保護，其作用是當電力系統的電氣元件發生故障時，繼電保護裝置及時發出警告信號或發出斷路器跳閘命令，以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備。繼電保護裝置是一套完整的措施，以實現這種自動化硬件設備用于保護電器元件。

l 智能變電站繼電保護配置的現狀

智能變電站，即采用先進、可靠、集成和環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，同時，具備支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動等高級功能的變電站。智能即為人性化，就是把變電站做成像人在調節一樣，當低壓負荷量增加時變電站送出滿足增加負荷量的電量，當低壓負荷量減小時，變電站送出電量隨之減少，確保節省能源。

目前，智能變電站雖然不多，正在推廣階段，但智能變電站與常規變電站相比，實現了設備狀態可視化，通過智能告警、智能防誤等智能化高級應用和完善，減少了檢修停電和故障停電時間，主要設備的使用周期得以延長，同時占地面積有一定減少，技術優勢明顯。隨著智能化技術的進步、智能設備的大規模生產應用以及智能設備集中采購帶來的規模效應，智能變電站的投資將不斷下降，智能變電站的投資將和常規變電站的投資基本持平，具有較好的經濟性和推廣前景。

智能變電站，分為過程層（設備層）、間隔層、站控層。過程層（設備層）包含由一次設備和智能組件構成的智能設備、合并單元和智能終端，完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護、計量、狀態監測等相關功能。間隔層設備一般指繼電保護裝置、測控裝置等二次設備，實現使用一個間隔的數據并且作用于該間隔一次設備的功能，即與各種遠方輸入/輸出、智能傳感器和控制器通信。站控層包含自動化系統、站域控制、通信系統、對時系統等子系統，實現面向全站或一個以上一次設備的測量和控制的功能，完成數據采集和監視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能。

2 過程層繼電保護

2.1 線路保護

線路保護裝置主要用于各電壓等級的間隔單元的保護測控，具備完善的保護、測量、控制、備用電源自投及通信監視功能，為變電站、發電廠、高低壓配電及廠用電系統的保護與控制提供了完整的解決方案，可有力地保障高低壓電網及廠用電系統的安全穩定運行。可以和其他保護、自動化設備一起，通過通信接口組成自動化系統。全部裝置均可組屏集中安裝，也可就地安裝于高低壓開

關柜。

2.2 變壓器保護

變壓器保護裝置由儲油柜、吸濕器、安全氣道、氣體繼電器、凈油器、測溫裝置6部分組成，集控制、保護、監視、通信等多種功能于一體，是構成智能化開關柜的理想電器單元。該產品內置一個由20多個標準保護程序構成的保護庫，具有對一次設備電壓電流模擬量和開關量的完整強大的采集功能（電流測量通過保護CT實現）。變壓器保護過程層采用分布式配置，具有完整的差動保護功能，用于集中安裝和后備保護。

2.3 電抗器保護

電抗器，別名電感器，一個導體通電時就會在其所占據的一定空間范圍產生磁場，所以所有能載流的電導體都有一般意義上的感性。然而通電長直導體的電感較小，所產生的磁場不強，因此實際的電抗器是導線繞成螺線管形式，稱空心電抗器；有時為了讓這只螺線管具有更大的電感，便在螺線管中插入鐵心，稱鐵心電抗器。電抗分為感抗和容抗，比較科學的歸類是感抗器（電感器）和容抗器（電容器）統稱為電抗器，然而由于過去先有了電感器，并且被稱為電抗器，所以現在人們所說的電容器就是容抗器，而電抗器專指電感器。

2.4 母線保護

電力系統保護是母線保護的重要組成部分。總線是電力系統的重要設備，傳輸和分配在整個過程中起著非常重要的作用。總線電源系統故障是一個非常嚴重的故障，它直接影響總線連接的所有設備的運行安全可靠，造成大面積停電或設備嚴重損壞，對整個電力系統有所損害。隨著電力系統技術的不斷發展，電網電壓水平繼續上升，母線保護的可靠性、快速性、靈敏性、選擇性要求也越來

越高。

2.5 采樣同步方法

對于變電站的保護和母線保護可以被看作是一個多終端的線路保護。使用相同的線路保護解決方案，同時保護裝置實現同步采樣站。國內常用的同步技術基于乒乓原理主要有兩種類型：采樣數據校正方法和采樣時間的調整

方法。

3 智能變電站繼電保護配置的展望

3.1 基于廣域信息的電網保護

目前，國內電網繼電保護的理解一般只是一個未能去除斷層線，電源線作為PMU（相量測量單元）的出現和發展通信技術，基于廣域電網信息網格的保護成為一個研究熱點，它實際上在國際包括防止電網崩潰、防止電網事故和多種保護措施。

廣域保護系統的組成：（1）電力系統實時動態監測系統，實現了廣大地區的電力系統監控和分析運行狀態、電網廣域測量系統。電力系統實時動態監測系統是安裝在每個變電站的安裝電力系統調度中心，同步相量測量單元和成分的變電站或發電廠的主要的通信系統。（2）基于廣域信息負荷切割、裁切機和其他自動廣域繼電保護算法和廣域控制策略。（3）為了實現自動廣域控制策略，可以使用安裝在每個變電站的安裝調度控制中心網絡和自動控制裝置的電力系統實時控制系統。電網發生故障，現場的主要保護迅速降低，廣域保護也開始在同一時間。廣域保護系統同時監測運動情況的斷路器。

廣域保護系統主要包括電壓異常的控制及其切削負荷、發電機閥控制、切割機、頻率等，為了構建第二防線，實現廣域安全自動控制功能，配合繼電器保護和緊急控制操作，可以實現自動控制和安全緊急控制功能，防止損傷參數的極限和穩定。當系統處于異步振蕩、建造第三防線，形成大量獨立和穩定的子系統，嚴重干擾使其失去穩定性，能夠走出互聯系統優化的解決方案，以防止出現系統崩潰事故。

3.2 主動原則的瞬態保護研究

瞬態保護是一種基于檢測生成的高頻瞬態傳輸線路保護。瞬態保護包括保護利用瞬時頻率特征量（嚴格意義上指數量的瞬態保護）和暫態行波保護。數量的瞬態保護不受電源頻率的影響，具有響應速度快的優點，精度高，如系統搖擺、過渡電阻和電流互感器飽和。新的數量的瞬態保護容易設置，它也具有簡單的濾波器設計的優點。

（1）行波保護最早的瞬態保護。使用初始波行波頭和后續的故障信息包含的兩個或三個反射波并沒有完全使用故障產生的暫態。行波保護可以分為縱向波極性比較式保護、行波差動保護、線路保護、波振幅比較方向判別方向的行波保護和距離保護。行波保護不受系統搖擺的影響，電流互感器（TA）飽和，具有良好的方向性，能快速響應。但是，很難區分由于閃電、網絡操作和行波產生的諧波影響，如故障暫態行波，沒有適應瞬態信號識別方法、不確定性的行波信號。（2）基于瞬時頻率特性的保護。檢測故障時產生故障信號的高頻電壓和電流。暫態保護的保護使用仍然存在當前通信信道容量、質量和成本高的問題；暫態保護沒有交流，有雷電斷路器，操作的瞬態信號很容易引起保護誤動，難以實現故障選相問題，如電壓零故障保護靈敏度是不夠的。

4 結語

智能變電站繼電保護應滿足智能調度、運行維護、監控、控制，實現信息的無人互動。不設置獨立的保護信息子站，其功能實現的統一信息平臺。站控層通信協議應符合IEC61850標準。未來智能變電站繼電保護配置將向廣域保護、暫態保護原理和自適應繼電保護信息網格方向發展。繼電保護技術的研究和探索，將進一步提高性能和安全可靠性的保護的目的。繼電保護的功能，是一個統一的整體，需要一個設備，二次循環，協調渠道，保護設備，開發其整體性能。

參考文獻

[1] 胡聰，何勁，郭金龍.基于nRF24L01的無線電子教鞭

[J].科技信息，2012，（9）.

[2] 杜云云，葉英.異步電動機交流耐壓試驗并聯電抗器

的探究[J].科技信息，2012，（9）.