數字化變電站繼電保護二次裝置適應性研究

李誠

摘要：伴隨著國民經濟及計算機網絡、自動化技術和微電子技術等的飛速發展，數字化變電站應運而生。數字化變電站在提升人們生產和生活質量方面發揮著越來越重要的作用。繼電保護二次裝置在數字化變電站中的應用以及表現出的一些適應性的問題也普遍受到人們的重視。

關鍵詞：數字化變電站，繼電保護，適應性

引言：變電站對整個電力電網系統的正常運行又發揮著巨大的作用。本文就數字化變電站的發展入手，簡單介紹以IEC61850為依據的數字化變電站的主要技術特點，并對數字化變電站繼電保護二次裝置的適應性進行簡單的探討。目前我國的數字化變電站主要沿用傳統的繼電保護裝置，其與數字化變電站的電子式互感器、過程層網絡等一些較復雜的設備元件的適用性還有待提高。

一、國內外數字化變電站發展背景及我國國產數字化變電設備情況

自上世紀五十年代起，一些國家便開始對數字化變電站進行研究，直到上世紀末，建立在以太網基礎上的用來連接ABB、ALSTOM和SIEMENS的IEC61850-8-1得以實現。隨后，ABB 和 SIEMENS先后進行了間隔層設備的互操作試驗和采樣值傳輸互操作試驗且都取得成功。國外成功開發了符合IEC61850標準的集保護裝置、智能斷路器、帶數字接口的光CT等于一身的智能電子設備。而我國在第一代分層分布式變電站自動化系統產品的基礎上推出了第二代產品，隨著智能化開關、光電式電流電壓互感器和變電站二次設備的大力發展，數字化變電站逐漸實現了智能電氣設備間的信息共享性和互操作性。

我國國產的數字化變電站主設備主要由智能化互感器、開關等其他一次設備和具備過程層通信接口的二次設備構成。智能化互感器用來輸出數字信號，其涵蓋的電壓范圍為10kV～500kV，其中有些產品已與世界先進水平相當。而我國在智能開關設備等其他智能一次設備的研發發面還有很大欠缺，為此，我國采取了在一次設備端子箱安裝智能終端的方法，用來收集設備狀態信號和控制操作設備，通過光纖通信實現與二次設備間的信息交換。數字化變電站的二次設備能夠通過通信系統實現與智能一次設備間的數字信息的交換。目前我們國家已經成功研發出具備過程層通信接口的數字化變電站全套二次設備。

二、數字化變電站繼電保護裝置的主要特點

1、與傳統的變電站繼電保護裝置相比，數字化變電站繼電保護裝置不再由復雜的以微處理器為基礎的數字電路組成，而是由光信號接收單元、CPU、開入單元、存儲裝置、通信接口、人機接口、出口單元等多個組成元件構成。傳統的繼電保護設備其外圍接口分布在核心數字單位附近，數字化繼電保護設備則通過電子互感器獲得數字信號。數字化繼電保護裝置比傳統繼電保護裝置可供選擇的接口更多，功能也更全面。

2、不論傳統的變電站繼電保護裝置，還是數字化變電站（如下圖）繼電保護裝置，接口都是整個變電站繼電保護裝置順利運行的重要環節。數字化繼電保護裝置的接口實現了數字化的信號傳輸，比起傳統的繼電保護裝置，它使變電站的管理更為便捷。數字化變電站的采用的一次設備是電子互感器，它以光數學信號的形式，將采集的信息傳遞到低壓端，然后經過MU系統的處理，得到符合標準的數字量，進而輸出。數字化繼電保護裝置的MU系統能夠在光纖信號傳輸過程中自行將高次諧波過濾掉，這樣就不必再使用低通濾波器等模塊，而是采用光收發模塊來實現光電的轉換。數字化繼電保護裝置的接口可以采用的形式具有很大的靈活性，這也為變電站的綜合管理提供了便利。

三、數字化變電站繼電保護的相關適應性的簡單分析

（一）數字化變電站采用的電子式互感器不同，則繼電保護裝置與其相互適應的情況也不同。電子式互感器從不同的角度有不同的劃分。就目前而言，根據供能方式的不同，電子式互感器可分為有源式電子式互感器和無源式電子式互感器兩種。根據其依據原理的不同，電子式互感器可分為基于Rogowski線圈原理的電子式互感器和基于光學原理的電子式互感器。就目前我國電子互感器的市場應用情況來看，根據不同的制作工藝和基于不同原理生產的電子式互感器多種多樣，也因此使得其與繼電保護裝置的相互適應性有一些差異，主要表現在測量延時差異和量程差異上。

（二）在數字化變電站繼電保護裝置中，繼電保護動作采用過程層組網的方式，同傳統的變電站繼電保護裝置相比，其繼電保護動作時間變長。在電力系統尤其是高壓電網系統中，繼電保護動作時間的長短直接影響保護裝置運行的穩定性能。這是因為動作時間越長，制動面積就越大，系統運行的穩定性就會降低。而數字化繼電保護裝置或多或少存在電子式互感器延時、采樣值延時、網絡延時等現象，這也是造成繼電保護時間延長的直接原因。在數字化變電站繼電保護裝置的實際應用中，應該力求減小電子式互感器的延時，減少相關環節用時，提高優化過程層結構的技術水平。

（三）在數字化變電站繼電保護裝置的應用中，常常會遇到電子式互感器傳輸數據出錯的現象。這是因為電子式互感器的傳輸過程受到很多因素的影響，如機器故障、外界干擾等，都可能造成其傳輸的數據信號出現錯誤，從而影響數據的準確性，造成繼電保護裝置發生錯誤的判斷和動作。在實際工作中，應該積極改進判斷故障的試驗和方法，加強對電子式互感器的測試力度，減少對繼電保護裝置的不利影響，避免其發生誤動作。

（四）傳統的變電站繼電保護裝置通過模數對數據進行處理，而數字化變電站繼電保護裝置采用的網絡設備和電子式互感器會在數據傳輸和處理的過程中造成一定的延時，使傳輸數據的時間順序受到一定的干擾，導致采樣出現不同步的現象。在數字化變電站中，應該力求電子式互感器與繼電保護裝置的采樣一致，減少傳輸過程中的延時差異，通過采取統一的外部時鐘源及采取合并單元差值計算的方法，盡最大可能使數字化變電站的數據同步。

四、結語

隨著數字化變電站的應用越來越廣泛，數字化變電站的繼電保護二次裝置的適應性也越來越受到人們的重視。繼電保護裝置對電力系統的正常運行起著重要的作用。目前我國的數字化變電站還有很大一部分采用傳統的繼電保護裝置，繼電保護裝置與電子式互感器、過程層網絡的配套運行中還存在一些問題，應該重視對數字化變電站繼電保護裝置相關的適應性問題進行進一步的研究。

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