探究智能變電站條件下的繼電保護與監控系統

張驪豐

【摘 要】 繼電保護與監控系統是目前智能變電站的重要組成部分，它們不但實現了對站內設備運行狀態的實時監控保護，也一定程度上減輕甚至避免了設備損壞對相鄰地區供電的影響。本文分別探究了在智能化變電站條件下監控系統與繼電保護的技術構成及相關功能應用，證明二者對于智能變電站常態化安全穩定運行的重要性。

【關鍵詞】 智能變電站 繼電保護 監控系統 功能實現

一般來說，智能化變電站主要由監控系統、運動系統、智能IED設備、交換機、時鐘系統、繼電保護以及智能單元所共同組成。整個變電站采用以太網與光纖通訊，特別是監控系統作為整個變電站的上層監測設備，為變電站的實時信息采集與傳送起到了巨大作用。

1 智能變電站條件下的監控系統分析

1.1 對監控系統的配置分析

智能變電站條件下的監控系統屬于總系統站控層網絡的上層監測設備，與常規變電站的二次電纜實現設備間聯系不同，智能變電站利用光纖通信與站控層、過程層的智能化一次設備與間隔層實現二次設備間聯系，實現了對變電站實時信息的采集與上送功能，如圖1。

如圖1，智能變電站條件下監控系統主要依靠過程層的信息交換機構來構建局域網，并實現與站內層IED設備的相互通訊連接，確保監控系統功能的安全穩定性。所以可將其視為是雙網配置體系。在這里，智能變電站所采用的一般為IEC-61850規約通訊結構，又被稱為是MMS網絡，它是智能變電站技術的基礎，也是智能變電站建設的指導性文件。當IED實現與監控系統的直接連通通訊功能時，就可以通過IP地址的固定性來構建新的物理連接，并將IEDname作為通訊標簽使用。

在檢修時，監控系統可以通過裝置上送報文來引入品質屬性，借助品質審查來判斷信號質量。一般智能變電站的裝置檢修報文都要上送至監控系統，然后再配合后臺系統實現對報文屬性的全面解析，最后在告警窗口顯示報告內容并將其標注為檢修狀態。如此一來變電站檢修人員就能明確在檢修狀態下對設備的實時監控工作內容，從而達到維護設備安全運行的目的。

目前智能變電站的監控系統都會配置多臺服務器來操作多功能同步實現，它的具體設計思路就是在變電站設備系統中設置兩臺或兩臺以上的監控器作為當地監控主備來運行，同時它們也兼職遠程瀏覽與告警直傳功能。除此之外為監控系統配備工程師站與故障信息服務器，專門針對實時故障進行分析檢測，第一時間檢出并加以維修。另外在某些地區的變電站監控系統中也加設了智能開票與順序控制這些高級應用功能，確保了監控系統功能的多方向延伸，更好服務于智能變電站日常生產。

雖然說目前智能變電站在監控系統方面作出了大膽革新，但是它的設計思路依然還延續了一些傳統常規化變電站設計思路，例如依然保留了基于功能變更與配置的常規開入測控裝置等等。當然，目前的變電站站內IED設備已經開始使用閉鎖信號，主要通過高壓開關柜來實現電纜互聯以及相互監控功能，這種基于傳統配合新技術的設計方案也是目前智能變電站在監控系統設計過程中最為流行的方案[1]。

1.2 站控層通訊網絡

智能變電站監控系統與智能IED同理都是依靠網線接入交換機來形成站控層通訊網絡的，它也被稱之為MMS網絡。當智能IED設備具備唯一IP地址以及IEDname時，它就可以與監控系統建立連接，并同時初始化裝置模型。連接建立以后，先按照監控數據報告上送形式來進行系統功能操作，直到裝置成功返回報文以后才算完成通訊初始化過程。

除此之外，過程層也能實現通訊功能，與監控系統形成聯動，并設計壓力異常監視回路。這一回路功能有別于常規系統操作箱，這是因為它還增加了邏輯判據功、壓力異常閉鎖功能和重合閘放電功能等等，這些功能都配備了CPU判斷出口，并且在一定程度上簡化了操作回路，安全可靠性非常高。當智能IED設備過程層實施通訊功能時，每5s會發送一次鏈路報文，而接收方面則要判斷該信息內容然后執行相應操作。智能變電站在調試、監控、維護過程中都需要根據光線鏈路狀態、接收側信息來判斷報文數據，從而實現對通訊狀態的實施監控目的，確保設備安全運行[2]。

2 智能變電站條件下的繼電保護分析

繼電保護是智能變電站安全、穩定運行的重要屏障之一，它能夠明確區分出被保護元件的實時狀態，指出它可能存在的故障問題。而如果當電力系統出現任何故障或異常時，繼電保護都能在最短時間和最小區域內進行自動排障，或發出信號交由值班人員來解除異常工況根源問題，最大限度降低設備損壞程度以及對周邊地區的供電影響，以實現智能變電站可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的特點。

2.1 智能變電站條件下繼電保護的功能實現原理

智能變電站為了規范設計繼電保護功能，提高安全可靠性，一般都會采用雙套配置，即智能終端與合并單元。它們在功能實現方面主要針對一次設備保護來控制功能應用，并圍繞數據采集及統計運算來控制命令，提出優先界別控制操作，最終匯總間隔過程層實時數據信息來為過程層提供閉鎖功能，與監控系統聯動[3]。

2.2 基于主變的繼電保護功能實現

在智能變電站中，主變差動保護是最為關鍵的技術環節，其原理是反應被保護變壓器各端流入和流出電流的差，在保護區內故障，差動回路中的電流值大于整定值，差動保護瞬時動作，而在保護區外故障，主變差動保護則不應動作。所以它需要同時獲得變壓器各側電流信息之后才能實施差動計算流程。以10kV變電站為例，如果它采用的是內橋主接線方式，那么主變差動保護I測就應該至少包含兩大分支，第一大分支以高壓側開關電流為主，而第二大分支則主要以路橋開關電流為主。在這里，橋路開關電流所采用的是正極性接入，而主變方則以反極性接入，極性取反也是為了避免差動誤動問題的出現。

在變壓器的保護方面要按單重化進行配置，這里差動保護與后備保護要集成到一套設備上，將其作為一體化雙套配置，但也可以采取多臺分層集成來實現目的。差動保護通過10kV進線，而內橋和主變各側則要構成差動回路，實現主變高壓測多路電流（主要為3路），而主變本體中性點電流則采用后備保護模式，這也是繼電保護動作中最關鍵的一條，就是以直接光纖發送來操控設備各個智能終端從而完成對開關的切除動作。如果后備保護需要聯且10kV路橋開關，則要首先聯且10kV分段開關，其中聯且開關則主要通過GOOSE交換機網絡傳輸的故障信息指令得以實現動作。

如果在變壓器端實施電氣量保護，則要考慮變壓器的內部的壓力突變及壓力釋放問題，看其主變電氣繼電保護是否符合正常反饋條件，并以此為依據來進行基于繼電保護的非電量保護裝置設計。當主變電氣量保護應用時應該采用雙重化設計，利用雙重化采樣回路與獨立啟動保護DSP，確保裝置動作的安全可靠性。同時，它也可以通過實時監視過程層來實現即時通訊，確保繼電保護動作的可靠性與正確性。最后在后備繼電保護中還存在接地零序保護與不接地保護兩種，這兩種繼電保護主要通過跳閘矩陣來實現對每段保護的切除與開關，確保負荷電壓條件可以在同一側得以滿足。它的具體實現方法主要有兩種：第一通過繼電保護配置硬節點輸出來完成電纜各側的后備保護配合；第二通過具有GOOSE輸出節點網絡來實現繼電保護。

3 結語

本文主要以智能變電站的監控系統與機電保護系統為例，探討了它們的技術理論設計與實踐應用操作，從而引出了過程層、站控層等等在圍繞監控系統與機電保護時的應用過程。總體來說，目前像10kV這樣的高壓智能變電站在上述兩系統方面的設計思路都是以遠程監控來決定系統配置狀態，而站控層網絡、過程層組網方式以及IED等接入方式則有效輔助了兩大系統的關鍵技術實現，為智能變電站的安全穩定運行奠定了扎實基礎。

參考文獻：

[1]周建新，周昊程.智能變電站條件下的繼電保護與監控系統[J].供用電，2014（4）：55-59.

[2]解曉東.智能變電站繼電保護配置分析[D].山東大學，2013.13-24.

[3]郭哲強.66kV智能變電站保護與監控系統的設計與實施[D].華北電力大學（保定），2014.42-52.