繼電保護在智能變電站中的改變與測試技術

周建平

摘 要：隨著智能變電站的快速發(fā)展，目前的新建變電站多以智能變電站為主，而運用于智能變電站的繼電保護裝置與常規(guī)站繼電保護裝置產生了很大的區(qū)別，特別是在SV網與GOOSE命令的應用上，顛覆了常規(guī)繼電保護裝置弱點開入、強電開出的概念，二次回路顯得更為抽象化。因此，智能變電站繼電保護裝置的測試方式也不同以往，各類故障量由之前模擬量輸入變成了數字量輸入，同時，對于測試重點和測試方法也發(fā)生了很大的改變。該文針對智能站的網絡結構特點，以線路保護裝置的測試技術為例，具體闡述智能變電站繼電保護裝置的測試方法和要求。

關鍵詞：智能變電站 繼電保護 測試技術

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0116-02

相比于傳統(tǒng)常規(guī)變電站，智能變電站中一、二次設備在數據信息傳遞方面已大不相同。在智能變電站中，常規(guī)電流、電壓電纜被光纖SV網替代；間隔層二次設備與變壓器、斷路器智能組件或智能單元之間的光纖GOOSE通信替代了原有直接電纜連接通信。過程層網絡的組建使得智能變電站信息的全站數字化和信息交互的網絡化。線路保護作為變電站中重要的二次保護設備，其設備本身及其對外連接隨著智能變電站的投入都發(fā)生了很大變化。針對這些變化，文章提出來新的測試方法。

1 智能變電站的特點

智能變電站興起于IEC 61850規(guī)約提出之后，比數字化變電站概念更全面、更高級。根據IEC 61850規(guī)約，智能變電站采用分布式分層布置形式，具體由三層兩網架構實現，三層兩網即站控層、間隔層、過程層和站控層網絡、過程層網絡。相比于傳統(tǒng)常規(guī)變電站，智能變電站實現了全站通信規(guī)約的統(tǒng)一，實現了三層設備間數據信息的共享和設備互操作性，這也是智能變電站稱得上“智能”的最根本的因素。

智能變電站最突出的特點有兩個，一是一次設備智能化，主要體現在ECT/EVT或OCT/OVT和斷路器、變壓器智能組件或智能單元的應用，這是實現站內信息數字化、信息傳遞網絡化的基礎；二是統(tǒng)一的通信網絡，IEC 61850規(guī)約統(tǒng)一規(guī)定了站內站控層網絡、過程層網絡的3種通信規(guī)約，即MMS、GOOSE和SV，避免了廠家自有通信規(guī)約對不同廠家設備間通信造成的弊端，為站內設備間信息傳遞和設備互操作提供了規(guī)約基礎。在此基礎之上，變電站自動化、智能化運行管理系統(tǒng)的提出、建立和應用是必然的結果，也是智能變電站的最直接的體現。

對于220kV智能變電站，間隔層線路保護與測控一體化，并按照單間隔單保護配置。線路保護測控裝置通過光纖直接采樣獲取數字化電壓電流信息，線路保護測控裝置、合并單元和互感器是電壓電流信息傳輸過程中的3個節(jié)點，合并單元作為樞紐節(jié)點，通過點對點的連接方式分別與互感器和線路保護測控裝置相連。線路保護測控裝置通過光纖直連智能斷路器或智能終端，利用GOOSE規(guī)約傳遞跳閘命令，同時開關位置等GOOSE開入信息也通過該點對點光纖獲取。間隔內保護設備間啟失靈、重合閘或閉鎖等信息及跨間隔信息等通過GOOSE網傳輸。

2 智能變電站繼電保護裝置測試方法

繼電保護裝置必須滿足“四性”要求，即可靠性、選擇性、速動性、靈敏性，它是電網安全穩(wěn)定運行3道防線中最重要的的第一道防線。在保證繼電保護裝置功能不變的基礎上，智能變電站改進站內設備間信息傳遞、共享方式，實現了設備互操作，即改變了設備間信息的交互方式。

相比于傳統(tǒng)常規(guī)變電站，智能變電站中一、二次設備在數據信息傳遞方面已大不相同。在智能變電站中，電子式或光電式互感器替代了常規(guī)CT/PT，常規(guī)電流電纜被光纖SV網替代；間隔層二次設備與變壓器、斷路器智能組件或智能單元之間的光纖GOOSE通信替代了原有直接電纜連接通信。過程層網絡的組建使得智能變電站信息的全站數字化和信息交互的網絡化。線路保護作為變電站中重要的二次保護設備，其設備本身及其對外連接隨著智能變電站的投入都發(fā)生了很大變化。針對這些變化，文章提出來新的測試方法，主要有以下幾點。

（1）原來通過二次電纜輸入二次保護裝置的電壓、電流模擬量信息被來自合并器的點對點光纖數字信息替代。當跨間隔二次設備間有傳輸數據要求時，比如變壓器差動保護或母線保護等，要想滿足保護裝置，時間的同步性必須較小且是確定的。

（2）與傳統(tǒng)常規(guī)變電站內二次保護電纜連接跳閘方式相比，智能變電站二次繼電保護裝置采用點對點光纖直連，利用發(fā)送GOOSE報文給智能單元以傳遞跳閘命令。若智能斷路器投入使用，繼電保護裝置則與智能斷路器光纖直連。

（3）二次繼電保護裝置開入開出基于GOOSE協(xié)議的點對點或GOOSE網絡傳輸實現。常規(guī)的開入開出電量（220V或24V等）信息被帶有優(yōu)先級標識的GOOSE報文取代。二次保護裝置開入開出信息的實時性與安全性的驗證可通過整組傳動試驗來實現。

（4）光纖數字化的電壓電流信息的傳遞方式使得跨間隔二次設備間數據傳輸的同步性的測試顯得尤為重要，其數據同步性必須得到驗證，如變壓器差動保護和母線差動保護。

（5）合并單元性能測試，驗證合并單元能否有效正確地發(fā)送電壓電流數字信息；智能單元性能的測試，驗證智能單元能否有效、正確地傳遞保護和控制信息，包括提供各種保護與控制設備相應的一次設備狀態(tài)的開入信息和開出信息，和根據保護與控制命令對一次設備做出相應的操作的開出信息，比如變壓器檔位調節(jié)、斷路器跳閘等。

3 智能變電站線路保護的調試舉例

由于傳輸介質發(fā)生了變化，傳統(tǒng)的繼電保護測試儀已經不能應用于數字變電站的測試了，全新的數字式繼電保護測試儀，采用光口輸入，可直接測試數字式機電保護裝置，測試步驟如下。

（1）選擇規(guī)約：由于數字站通訊規(guī)約的多樣化，不同的數字站可能用的通訊協(xié)議不一樣，對于MU至保護裝置間的協(xié)議有IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE、IEC60044-7/8，可根據實際要求自行選擇。

（2）報文參數的設置：相當于測試傳統(tǒng)保護時候的接線配置，由于數字站二次回路的虛擬化，導致了所有的配置都必須要通過軟件進行設置。例如現在想要進行PL1101-111線路保護裝置的現場調試，則通過軟件導入SCD文件，在文件中查找到相應的SMV Inputs，導入后測試儀即模擬此MU為該間隔裝置加采樣。

（3）開入開出的配置：測試儀模擬故障給保護裝置，裝置跳閘后返回節(jié)點信息完成閉環(huán)測試，智能站中所有的開關位置以及跳閘信號都是用IEC61850-8-1（GOOSE）進行傳輸，即需要通過軟件配置相應的GOOSE以及把跳合閘節(jié)點信號接過來完成閉環(huán)測試。

（4）配置完成后，就可在任意手動以及測試專用模塊進行測試，記錄測試數據，驗證配置文件；在整組試驗方面，試驗方法與常規(guī)站類似，判斷保護裝置動作的正確性，從而校驗二次回路的完整性及可靠性。

4 結語

通過上述對智能化變電站的分析及測試方法的舉例，為繼保人員了解其特點與區(qū)別提供了幫助，也起到對智能化變電站保護設備測試方法的參考作用。

隨著智能變電站的發(fā)展和普及，試驗方法和儀器的選擇也隨之發(fā)生著改變，交流輸入量逐步由模擬量變?yōu)閿底至?，各種設備之間的通訊規(guī)約也不同于常規(guī)變電站。這些改變不僅對繼保人員提出了新的技術要求，也對保護設備的穩(wěn)定性提出了更高的要求。在繼電保護技術發(fā)展的年代，只有不斷學習、更新，才能跟上時代發(fā)展的腳步，確保電網的安全運行。

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