智能變電站關鍵設備及繼電保護系統探析

李青松

摘要：隨著我國近年來電力技術的發展，智能變電站已經在越來越多地區的電網建設中得到了應用。智能變電站不僅能夠使電網的輸送能力、穩定性及可靠性得到提升，對變電站整體運營水平及資產管理水平的提升也具有十分積極的意義。文章對智能變電站關鍵設備及繼電保護系統進行了分析。

關鍵詞：智能變電站；關鍵設備；繼電保護系統；電力技術；智能電網 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM774 文章編號：1009-2374（2015）36-0067-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.032

1 概述

在現今電網建設中，智能變電站可以說已經成為了一種趨勢，其不僅能夠使電網的輸送能力、穩定性及可靠性得到提升，對變電站整體運營水平及資產管理水平的提升也具有著十分積極的意義。為了能夠使智能變電站具有更好的運行效果，就需要我們能夠做好其關鍵設備的掌握與調試工作。

2 智能變電站關鍵設備

2.1 設備層關鍵設備

設備層分為間隔層與過程層，該層設備的任務有以下四種：第一，實現閉鎖與間隔操作；第二，對數據進行采集、運算；第三，對所發出的命令優先級進行控制；第四，通信功能的承上啟下，即同時實現站控層與過程層的網絡通信，且能夠在必要的情況下使上下網絡接口都實現雙口全雙工，在使信息通道冗余度進行提升的同時使網絡通信具有更高的可靠性。而根據我國現今變電站設備的現狀與技術要求，設備層所具有的關鍵設備主要有變壓器智能組件、保護測控一體化裝置、超高壓油氣套管及配套智能監測裝置、電子式互感器及測控裝置等。

2.2 系統層關鍵設備

系統層任務有：第一，通過網絡的應用對變電站運行過程的各項數據信息進行刷新、匯總，定期登錄歷史數據庫；第二，根據相關規定將電站數據傳輸到控制中心或者調度中心；第三，接受控制、調度中心所發出的控制命令，并將其傳輸到過程層與間隔層執行；第四，實現在線可編程閉鎖控制功能；第五，實現站內人機聯系與監控功能；第六，對系統過程層與間隔層實現在線維護與參數的修改。關鍵設備方面，系統層主要有信息平臺監控系統、網絡監控系統、數據記錄裝置、時間同步系統及網絡故障定位系統等。

2.3 技術支持設備

在該類型設備中，主要具有系統調試與組態工具、變電站設備狀態檢修系統、多態巡檢消防系統及數字化裝置檢驗評估設備等。

3 智能變電站繼電保護系統結構分析

3.1 情況概述

我國南部某城市電站，其220kV側一次主接線為雙母單分段方式進行接線，所具有的三段母線分別稱之為IA、II、IB母線。220kV線路方面，其共有8回，線路編號分別為2D53、2D54、2D59、2D60、2D14、2D13、4D49等。目前，已經投入了一臺容量為240MVA的主變，在未來計劃逐漸擴增為3臺主變。

3.2 網絡結構

根據我國標準，智能變電站可以分為間隔層、過程層與站控層。其中，間隔層具有測量裝置及保護裝置等電站保護室內設備；站控層具有后臺設施與相關的監控設備。在間隔層同站控層之間，一般是通過ACSI接口到傳輸控制協議與報文規范映射的方式進行，而過程層則主要具有智能終端與不同類型的合并單元等。對這部分設備來說，其在具體應用中會通過SV網、間隔層設備與GOOSE對數據交換進行實現，并通過過程層設備與電纜對一次設備實現連接。具體網絡結構圖如圖1所示：

3.3 過程層網絡

繼電保護系統工作開展的目的，就是當發現電網出現異常情況、出現較強烈波動時能夠以較為可靠、靈敏及具有選擇性的方式對故障進行盡快切除，以此在保證整個電力系統一直處于安全、穩定運行狀態的同時盡可能地降低因故障引起的損失。在智能變電站中，則由光纖數字信號對較為傳統的電信號傳輸方式進行了取代，而為了能夠使繼電保護裝置具有更好的可靠性及實時性，母差保護裝置與線路保護等部分一般都會選擇“直采直跳”的方式進行，以此保證采樣值傳輸與出口跳閘不會通過網絡進行傳輸，而是通過光纖的應用實現點到點的信息傳輸，在此過程中，母差保護與線路保護則會分別從相關單元上對采樣值進行獲取，如果期間產生了保護動作，則會以獨立的方式向智能終端操作箱對跳閘指令進行發送。在該220kV變電站網絡中，智能終端與合并單元所收發的“直采直跳”信號都會先通過光纖配線盒過渡之后再與目標保護裝置實現連接，而其他類型的GOOSE信號如啟動失靈、開關量輸入輸出信號及閉鎖重合閘信號等則需要通過過程層實現傳輸。如果系統裝置對計量與測量工作實時性沒有較高的要求，不同位置信號、采樣值與告警信號則可以通過GOOSE網與SV網進行傳輸，以此對數據傳輸的可靠性做出保障。

在圖2中，我們可以看到，A、B套在保護與連接方面相同，且母線間隔同其他線路間隔在連接方面也具有著相同的特征。同時，在該系統中，220kV母線合并單元A位于IA母線電壓互感器內部，負責對IA、II及IB母壓變電壓采樣量的搜集并以光纖的方式將其傳輸給A套測量裝置與不同保護。而合并單元B則處于220kV IB母線壓變內，負責對IA、II及IB母壓變電壓采樣量的搜集并以光纖形式將其傳輸給測量B套裝置與各保護。這兩套網絡在運行過程中完全獨立，以此保證220kV裝置具有雙重的準確性及穩定性。

3.4 主變過程層網絡

智能變電站主變運行涉及到高中低壓三測，因此在其過程層網絡同220kV間都具有信息互換。對不同跳閘信號與電壓等級采樣，依然對直采直跳方式進行了運用，即該信號線通過1號主變光纖配線傳輸到變壓器保護母差保護中，且非電量保護也通過這種方式傳輸到網絡中，通過智能終端對相關命令進行收發。

4 繼電保護調試

4.1 光纖調試與維護

光纖是智能變電站建設中非常重要的一項設備，如果變電站沒有做好光纖的驗收與調試，則很可能因此使后續工作受到非常大的影響。對此，則需要根據以下方式對光纖進行調試：第一，要保證用一備一的方式配置光纖，如果光纖發生損壞情況，則可及時使用備用光纖而不會使線路受到影響；第二，對每條光纖芯都需要做好光衰耗測試工作，并對測試結果做好記錄，通過這部分信息的掌握，電站在未來運行中如果出現GOOSE或者SV中斷，則能夠以有針對性的方式對其排查；第三，需要對光纖的彎曲情況做好檢查，避免由于彎折過度對其造成損壞。同時，在實際安裝時，也需要將光纖以適當的角度盤繞在儲纖盒內；第四，需要做好光纖盒與光纖頭的防塵且備用芯也需要套好保護套；第五，為了便于日后維護，則需要做好光纖的編號工作，并標明其走向、用途等信息；第六，在日常停電檢修時，需要做好光纖端頭的清潔。

4.2 網絡狀態監測調試

網絡報文記錄儀是一種非常適合智能變電站應用的監測設備，能夠在對站控層與過程層通信報文進行準確記錄的基礎上對這部分報文進行全面的分析工作，以此在站內出現故障、異常時及時地發出報警信號。一般來說，在變電站保護裝置的電壓采樣、跳閘及電流都需要以網絡的形式進行實現，而這就對GOOSE及SV的性能與質量提出了較高的要求。對常規變電站來說，其由于工具方面的限制，不能夠對網絡狀態進行監測，而僅僅能夠判斷網絡是否暢通，而在智能變電站中，則能夠對該項功能進行實現，在具體調試方面，內容則主要有分析統計功能測試、網絡報文分析功能測試及網絡報文監視等。通過網分方式的應用，能夠有效幫助我們實現設備狀態的二次檢修，即在電網運行過程中，如果網分發出告警信息，則需要維護人員能夠及時找尋問題原因。

4.3 虛端子分析

智能變電站站控層與過程層網絡上信號我們稱之為虛端子。在常規變電站中，其在電壓、電流電氣量采集及隔離開關控制方面都需要借助電纜實現，而在智能變電站中，其合并單元、智能終端與保護裝置間則主要由GOOSE與SV實現，即通過網絡虛端子方式實現連接。對該虛端子來說，其是一種源于裝置的ICD文件，由引用、編號與描述這三部分組成。在對電站繼電保護實際進行驗收前，則需要做好虛端子表的審查，通過該方式的應用，能夠對全站保護、測控間的關系進行了解，進而對可能存在的誤動與拒動問題進行解決。

5 結語

在上文中，我們對智能變電站關鍵設備及繼電保護系統進行了一定研究與分析，通過對關鍵設備、繼電保護系統結構、運行方式的了解及對調試重點的掌握，將更好地實現智能變電站的穩定、高效運行。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）