淺析新型智能變電站繼電保護跳閘實現方式

林明楷

福州萬山電力咨詢有限公司（350001）

淺析新型智能變電站繼電保護跳閘實現方式

林明楷

福州萬山電力咨詢有限公司（350001）

通過全面分析保護點對點跳閘方式以及保護網跳閘方式的抗電磁干擾性能、穩定網絡風暴能力和所配套的交換機在高負載處理性能，討論了這兩種方式的可靠性。對某國網試點的智能變電站的試驗結果表明：在實際應用中，保護網跳閘更能滿足繼電保護的速度性要求。

智能變電站；繼電保護器；點對點跳閘保護模式；保護網跳閘保護模式

目前，保護點對點跳閘和保護網跳閘這兩種保護方式是主要的智能變電站保護跳閘方式。國家電網公司在智能變電站保護方面取得了初步進展，第一批、第二批智能變電站已經陸續投入生產。在不同的試運行中，使用了不同的保護方式。如電壓達到建在浙江蘭溪電壓達到的500 KV的變電站采用的就是保護網跳閘方式。延安750 KV變電站則采用了點對點跳閘方式。

應當以何種方式實現智能變電站的繼電保護存在不同觀點。為了在實際工程應用中提供有力的理論和數據支持,幫助建設者選擇最合適的方式。本文參照了國家電網公司提供的智能變電站第一、二批試點工程的測試實驗結果以及國內已經投入運行的數字化變電站和智能變電站的運行情況，對兩種繼電保護方式進行了全面客觀的分析，為現階段選擇最合適的繼電保護方式，提出了合理化建議[1]。

1 保護跳閘方式的原理

點對點跳閘保護就是指所設置的保護裝置通過獨立的光纖與需要保護的智能終端建立連接，光纖作為傳遞信號的媒介，將保護跳閘的信號及時傳遞給保護裝置，其余信號則通過交換機以網絡傳輸的方式進行。保護網跳閘方式是指所設置的保護裝置與需要保護的智能終端都與交換機相連，保護信號通過網絡傳輸的方式傳遞給保護裝置。

原理的不同決定了這兩種保護方式的不同。由于保護點對點跳閘方式是通過光纖傳遞保護信號，所以這種保護方式比保護網跳閘方式增加了光纜。保護網跳閘模式不需要光纜，但是保護裝置和智能終端都要與交換機直接相連，增加了中間環節（即交換機環節）。

2 兩種跳閘方式比較

2.1 保護點對點跳閘方式的特點

保護點對點跳閘保護方式，通過光纖直連因此不需要網絡傳輸保護信號，不需要交換機，省去了交換延遲的時間。但是在安裝光纖的過程中需要接入多個光纖端口，熔點多，使用過程中容易發生事故，影響保護效率，增加人工維護的成本。另外，保護點對點跳閘方式散熱較保護網跳閘方式多。這是因為保護裝置的光口散熱，并且中央處理器的散熱也較保護網跳閘方式高。這樣必然會加速裝置的老化，從而增加了裝置的不穩定性。由于保護點對點跳閘方式需要外加光纖，使得現場操作難度加大，增加了工程量，并在諸多環節上存在隱患,不利于事故原因的正確分析。最后設備維護量大，一個使用周期成本高。

2.2 保護網跳閘方式的特點

保護網跳閘方式不需要光纖傳輸保護信號，所以在安裝過程中，施工較為簡便，光纖接口遠遠小于保護點對點跳閘方式，因此減少了事故發生的概率，并有利于找到正確的事故原因。當然保護網跳閘方式也有其弊端，這表現在保護網跳閘方式需要交換機處理信號，使得網絡跳閘存在延遲。

在國家規定的智能變電站管理規范中，智能變電站應盡量實現變電站管理的數字化、信息化。因此采用網絡傳輸的方式更加符合我國建設智能變電站的理念和發展規劃，符合未來的變電站保護技術潮流。本文將著重分析保護網跳閘方式的可靠性及其伴隨的延遲問題。

3 保護網跳閘模式的可靠性分析

由于保護網跳閘方式是以交換機傳輸保護信號，任何能夠影響交換機穩定性的因素都會影響保護網跳閘方式的可靠性。交換機出現故障的最大概率就是交換機丟包。造成交換機丟包的原因有很多，其中最常見的是電磁波的干擾、網絡波動造成的交換機不穩定性和交換機自身處理數據能力的不完善。為了增加交換機的穩定性，就應當從這三個方面入手。

為了提高交換機的電磁波穩定性，所選用的交換機應經過嚴格測試和調試。必須經過KEMA認證，通過電磁干擾檢測、靜態震動測試，保證交換機質量可靠，使變電站在惡劣的環境下不僅能夠運行，還要能夠穩定運行，確保智能變電站絕對的安全與穩定。

網絡波動的原因有很多，分析起來較為復雜。首先，網絡波動可能是因為某個裝置出現故障，導致報文的錯發、多發。遇到這種情況，即使使用保護點對點跳閘方式也不能正常運行。其次，當不法裝置接入網絡時，交換機會發出未知播放地址的報文，這是交換機對自身的一種保護。最后，網絡有時會出現大量異常信息，這時將交換機的端口速率進行適當調節可以維持交換機的穩定性。

交換機工作繁忙時，必須具備處理高負載數據的能力。改進交換機的處理模式，可有效降低交換機的延遲。目前，大部分交換機采用的都是存儲/轉發模式，這一模式能夠保證交換機在高負載的情況下，也不會有明顯的延時。現在選用的網絡一般為采用雙網結構，也就是說當其中一個網絡不能正常運行的情況下，保護機制都能正常啟動。

綜上所述，保護網跳閘方式可以有效地執行繼電保護功能，安全可靠。

4 保護網跳閘方式的延時性分析

為了計算保護網跳閘方式的延時，首先要了解報文的的傳輸過程。當發送方將數據上傳到傳輸站時，報文的傳輸就開始計時了。當接收方從傳輸站取出上傳的數據時，傳輸過程完畢，報文傳輸計時結束。在這個過程中,出現的延時有報文發送延時和網絡傳輸延時[2]。

4.1 報文發送延時分析

報文發送延時的產生主要是因為裝置的通信處理器需要一定的時間反應并處理報文。根據國家試點測試，裝置的每個端口要正確處理報文的時間約為25微秒，并且疊加。也就是說，當第一個數據處理端口的延時為25微秒時，在經過第二個處理后，就得再經過一個25微秒。

4.2 網絡傳輸延時

造成網絡延時的因素也有很多，主要有交換機存儲延時和交換機交換延時。由于目前交換機采用的是存儲交換模式，所以交換機在存儲并轉發數據時，會發生延時。

在交換機發生交換的過程中，交換機的交換延時通常為固定值。這個值與交換機芯有關。現在工業上一般的交換延時不會超過10微秒，這為交換機的高效運轉提供了可靠保證，有力支持了智能變電站的安全高效運行。另外，光纜傳輸也會造成延時，這個值相對來說比較好計算，粗略等于光纜長度除以三分之二的光速。例如，當光纜長度為1 000米時，光纜傳輸造成的延時約為5微秒。

在實際使用過程中，交換機在機幀的排隊過程中也會產生延時。以太網交換機為了解決這個問題，采用了隊列結合的方式來存儲轉發報文。這種方式雖然巧妙地消除共享模式中的以太網中所需要解決的幀沖突現象，但是能夠及時處理重要數據幀。人們引入了數據幀優先機制，也就是說在篩選重要的數據幀時，必然要占用一部分時間，造成延時。

5 保護網跳閘方式的綜合數據分析

從原理分析很容易讓人認為，保護網跳閘方式由于交換機延時的存在導致了延時高于保護點對點跳閘方式。實際情況并非如此。通過不同型號的裝置進行測試，光口報文的時間延時約為25微秒。如果同一個報文發送要用到17個個端口,則最先和最后發出的報文應該有400微秒的延時。

6 結語

智能變電站繼電保護網跳閘方式的實現對變電站安全穩定運行有著至關重要的作用。本文從可靠性、速動性等方面對保護網跳閘方式進行了分析，認為繼電保護網跳閘方式具有明顯優勢，為其應用提供了數據支持。

[1]韓本帥,王倩,孫中尉,林澤源,崔海鵬.智能變電站繼電保護跳閘實現方式研究[J].中國電力,2012,08：24-27.

[2]王丹.淺談智能變電站繼電保護跳閘實現方式[J].中國高新技術企業,2015,36：118-119.