智能變電站繼電保護數據采樣和信息交換規范的分析

摘要：從本質上而言，繼電保護設備在功能實現上屬于一個比較統一的整體，不僅需要一次設備、二次設備的配合，并且還需要與保護裝置之間進行協作運行，才能從根本上將整體性能進行發揮。其中，在智能變電站中繼電保護設備一般采用的標準體系為IEC 61850體系，該體系實現了數據格式以數據之間的交換，但是部分技術細節比較卻模糊，無法從根本上實現新技術的推廣與開發。因此，智能變電站需要進一步優化信息系統的設計，在采取同步技術的設計原則中以智能保護控制信息交換為主要條件，在繼電保護性能的同時，實現智能電網下變電站信息的發展。

關鍵詞：智能變電站;繼電保護;數據采樣;信息交換

一、智能變電站繼電保護的基本概述

在智能電網的發展中，智能變電站是極其重要的組成環節，是以完成信息的采集、保護、控制、測量為一體的主要模式，智能變電站的特征是對信息的綜合應用，在根據電網實際發展需求中，能夠實現電網自動控制、智能調節等綜合運用。

其中，典型的智能變電站的設計圖如圖1 所示，傳統的電磁式互感器被電子互感器所代替，在利用合并單元的基礎上完成交流采樣，實現開入采集以及開除跳閘的主要功能。^[1]此外，數據的采樣以及傳輸是獨立與繼電保護設備，但卻依賴于外部的同步時鐘源，這種模式下不僅能夠在獨立于繼電保護設備的同時，并且也能夠在同步的基礎上實現數據之間的傳輸，使數據傳輸的方式以及數據繼電保護設備的數據同步均對繼電保護的故障識別產生重要作用。智能變電站相較于于傳統變電站而言，在采集數據上的主要影響因素包括：采集值的網絡傳輸規約、合并單元數據處理的基本方式、電子互感器與傳統互感器的混合使用等。^[2]

另外，在智能變電站中，采樣數據外審引入的同步以及數據傳輸的基本問題需要增加IEC 61850標準，使其作為主要指導體系，在保證智能變電站有序發展的同時，也在一定程度上保證繼電保護設備的主要動作行為。但是，從整體角度而言，智能變電站的相關標準體系比較多，但是大部分標準體系只是對智能變電站的局部問題進行引導，沒有將智能變電站其它問題的矛盾與沖突進行解決，進而對智能變電站繼電保護設備的數據采集以及信息交換有所影響。從2011年起，我國電力行業繼電保護標準化技術委員會委托繼電保護制造商起草相應的標準，并將智能變電站的信息范圍進行分析與整理，進一步將信息系統的整體設計進行優化處理，從根本上規范智能變電站繼電保護設備數據采集以及信息交換。^[3]

二、智能變電站繼電保護的信息分析

通過對DL/T860規范分析，變電站的信息流描述

從物理結構角度分析，變電站主要分為三個層次，分別是站控層、間隔層、過程層，其中每一個層次都需要相應的設備以及網絡設備所構成。^[4]在根據DL/T860的分析中，智能變電站的保護與控制信息按照傳輸協議主要分為四種類型，分別是SV、GOOSE、MMS以及時間同步信息。而圖2中所列舉的①、②、③、④、⑤、⑥均與繼電系統有著密切聯系，需要對信息交換做出規定。

在變電站內與繼電保護有著聯系的信息包括三種：其一是綜合管理信息，主要是為變電站提供繼電保護設備的運行信息;其二是采集信息，主要是為變電站的繼電保護提供電流與電壓;其三是控制信息，主要是為變電站的繼電保護提供特定信息，對其進行輔助判斷。

三、數據采樣與信息交換標準所面臨的主要問題

（一）對時與同步技術原則

在智能變電站中，很多保護設備與控制設備都需要采集多個交流量信息，這些信息都需要同步進行。此外，變電站中所出現的各類事故分析、監控等應用也需要統一時間斷面的數據。所以，智能變電站合并單元、保護設備都需要堅持對時與同步技術原則。

智能變電站中，使用外部電子互感器以及合并單元對SV數據進行采集與轉換，在數據采集、處理中不僅僅只靠保護裝置完成，需要采用四種時鐘源、互感器、合并單元、保護，作為一項比較復雜且系統的工程，在發展運行中沒有統一的協調標準。此外，如果在智能變電站的繼電保護中具有相關標準，但是其標并沒有對主鐘以及裝置時間的跟限策略、主鐘的切換進行說明，特別是對于合并單元的對時原則，采樣周期的挑戰、調整指南等均無任何細節說明。

（二）數據采集的雙重化以及雙AD配置原則

在智能變電站繼電保護技術的規范要求下電子互感器的數據采集需要具備雙重化以及雙AD配置原則，但是現如今的繼電保護系統中并沒有相關說明對雙重化數據的配置原則以及雙AD的數據進行說明。

我國電網公司近幾年對智能變電站的繼電保護提出要求，使其采用點對點的方式，雙重化保護的電壓采樣值需要來源與獨立的合并單元，并且雙重化配置的合并單元也需要與電子式的互感器進行相互對應。^[5]但是，在采用AD取樣的時候，一般會對保護裝置進行考慮，對雙AD裝置的同時出錯不予以考慮，在保護裝置中。一路的AD是正常狀態，但是另一路的AD則在異常情況下會引發保護誤動，進而導致保護裝置在雙AD數據不一致的情況下無法進行準確告警，那么在如何判斷雙AD采集異常的時候沒有標準答案。

（三）報文的范范文以及定值管理

IEC 61850雖然對報文進行定義，但是沒有對其具體格式進行描述，因此在實際應用中會出現誤差。比如，對數據的品質如何進行擴充，擴充的方式、擴充的距離等均需要進行細化，從根本上增強IEC61850標準的操作性。

在采用電子互感器之后，數據的采集、處理、合并單元的聯絡都會產生額外延時，并且不同廠家的設備延時指標不同。^[6]此外，在采樣值的網絡傳輸、網絡交換機的傳輸延遲中，繼電保護、智能終端等設備在報文處理中的時間會對繼電保護動作造成延誤，并且這些延遲與網絡的信息流量有著密切聯系，因襲需要對采樣值以及跳閘總的傳輸延時指標進行定義。

繼電保護設備中的定值是繼電保護裝置中的主要參數，它不僅決定了繼電保護的主要動作與特征，并且具有非常高的可靠性，如果出現錯誤，那么就會導致保護產生誤動現象以及拒動現象，從而會影響電力系統的安全供電現象。

結語：

繼電保護是電網運行中的主要組成部分，是智能變電站的設備之一，在科技的發展下，智能變電站的建設已經成為了當前電力行業發展的趨勢，但是其信息交換以及數據采集問題對電力建設人員以及制造廠家造成困擾。針對于此，本文對智能變電站繼電保護的信息以及數據采集、信息交換中可能出現的問題進行探究，旨在在同行人士提供參考意見。

參考文獻：

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