智能變電站技術及其對繼電保護的影響

易文

摘 要：智能變電站技術的產生，優化了繼電保護系統的性能，為電力系統可靠性的提升奠定了基礎。基于此，文章簡要介紹了智能變電站的組網技術，從主變保護、線路保護、母線及過載保護等方面，闡述了智能變電站技術，對繼電保護方式的影響。并分析了智能變電站技術的應用，對繼電保護數據信息與調試維護的影響。經仿真實驗，證實了技術的應用價值。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；數據采集；系統調試

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0148-02

Abstract： The generation of intelligent substation technology optimizes the performance of relay protection system and lays a foundation for improving the reliability of power system. Based on this， this paper briefly introduces the networking technology of intelligent substation. From the aspects of main transformer protection， line protection， bus and overload protection， this paper expounds the influence of intelligent substation technology on relay protection mode. The application of intelligent substation technology and its influence on relay protection data information and debugging and maintenance are also analyzed. The application value of the technology is proved by simulation experiment.

Keywords： intelligent substation； relay protection； data acquisition； system debugging

前言

信息化技術影響范圍的拓展，使得智能變電站技術逐漸產生。與傳統技術相比，智能變電站有效提高了電力系統的管理效率、提高了系統的安全性。繼電保護系統，為變電站的重要組成部分。隨變電站智能性的提升，繼電保護的主變及線路保護配置方式，以及繼電保護的數據傳輸等過程，均發生了變革，一定程度上提高了繼電保護的可靠性。

1 智能變電站組網技術

智能變電站結構，以“三層兩網”結構為主。“三層”主要為站控層、間隔層、過程層。“兩網”分別為站控層網絡及過程層網絡。與傳統變電站相比，智能變電站繼電保護系統的硬件，發生了極大的變化。具體體現在以下方面：（1）智能元件的應用：智能變電站技術改變了繼電保護的元件類型，增加了智能元件在系統中所占的比例[1]。以電子式互感器為例，與傳統互感器相比，該類型儀器，抗干擾能力更強、動態范圍更大，且支持網絡傳輸，數據處理水平更高，優勢顯著。（2）網絡的應用：智能變電站繼電保護系統，要求采用以太網傳輸數據。與傳統變電站相比，有效拓展了交換機的性能，提高了數據信息的傳輸效率。在上述繼電保護方式的作用下，變電站各構件運行安全性的提升將成為可能[2]。（3）光纜的應用：智能變電站繼電保護系統的光纜數量更大，數字化輸出效率更高。與傳統的二次光纜相比，系統性能更強。

2 智能變電站技術對繼電保護配置方式的影響

2.1 主變保護配置方式

應用智能變電站技術后，繼電保護的主變保護方式發生了變化。以雙重化主變保護配置為例，保護方法如下：（1）配置情況：雙重化主變保護系統，由智能終端及各單元構成。系統可采用直接跳閘的方式，實現非電量保護。跳閘后，系統可隨之將相關保護信息，傳輸至GOOSE網絡中。供智能變電系統數據庫予以存儲，以用于數據分析[3]。（2）采樣方法：雙重化主變保護系統，采樣方式以直接采樣為主。當變電站主變設備出現故障時，系統可立即經GOOSE網絡發送跳閘命令。繼電保護系統收到命令后，會立即跳閘，達到保護主變的目的。繼電保護的跳閘命令執行模式見圖1：

2.2 線路保護配置方式

以220kV線路為例，智能變電站技術對繼電保護的影響，主要體現在裝置一體化，以及跳閘方式數字化等方面。線路保護的具體實現方式如下：（1）一體化裝置：為確保變電站運行過程中，線路的各類型故障均能夠體現。可將重合閘，應用到線路繼電保護系統中。利用重合閘的單重、三重、禁止及停用等功能，實現過電壓保護。（2）通道設置：如采用雙重配置的方式，配置繼電保護系統。則應保證縱聯的各個通道相互獨立，以確保信息能夠實現單獨溝通。為提高跳閘的靈敏度，各獨立通道類型，應以數字化為主。（3）跳閘方式：有關人員可將智能終端，安裝在繼電保護系統中，直接采集線路運行信息，以實現直接跳閘。

2.3 母線保護配置方式

智能化變電站未應用前，繼電保護系統的母線配置方案，以交換機配置方式為主。當變電站設備故障發生后，過程層交換機之間，需相互傳輸GOOSE跳閘指令，方可使跳閘的動作得以執行。如交換機本身存在故障，上述過程將無法實現。加之網絡延時不穩定，以及同步信號依賴度過高等因素的影響，指令的發出效率往往較低。在智能變電站技術的支持下，有關人員可將專用光纖，應用到繼電保護系統中。采用傳感器采集變電站各裝置的電壓，并將采集的數據，經A/D及D/A轉換后，傳輸至變電站核心控制系統當中。由核心系統對數據進行分析，判斷其是否存在異常。

2.4 過載保護配置方式

智能變電站中，低頻低壓減載保護裝置（圖2）的功能，在于通過SV網絡，以及GOOSE網絡，實現對系統的保護。與傳統變電站的繼電保護裝置相比，該保護方式的跳閘信息發送效率更高。以智能變電站為基礎的繼電保護過載保護配置方法如下：（1）網絡配置：繼電保護系統應與SV網絡連接，通過“母線PT合并單元”，獲得智能化系統的電壓數據采集信息。在此基礎上，與GOOSE網絡連接，將系統發出的跳閘指令，經該網絡發送給智能元件。以達到控制智能元件運行狀態、降低其故障率的目的。（2）光纜配置：為實現可持續發展，可采用“網采網跳”的方式，節約光纜，提高配置水平。

3 智能變電站技術對繼電保護效果的影響

3.1 數據信息影響

智能變電站技術的應用，對繼電保護效果的影響，首先體現在數據信息方面。變電站智能化水平提升后，電子互感器代替了電磁互感器，成為了繼電保護系統的重要元件。與電磁互感器相比，電子互感器在解決時延問題方面，效果更加顯著。除此之外，該類型互感器，同樣具有響應速度快、頻帶寬度大的優勢。應用該元件后，繼電保護系統的數據傳輸效率，將明顯提升。以智能變電站技術為基礎的繼電保護系統，信息化標準ICT61850為主。ICT61850標準下，IED設備的二次信息分離，將能夠有效實現，繼電保護數據信息傳輸的可靠性將明顯提升。

3.2 調試維護影響

智能變電站技術的應用，對繼電保護的影響，同樣體現在調試及維護方面。智能變電站，打破了傳統變電站保護裝置在采樣、計算等方面存在的桎梏。當變電站某設備及元件故障發生后，故障信號可被立即采集并經GOOSE網絡傳輸至系統數據庫當中，而系統同樣會立即利用相關算法，實現對故障的分析及預警。交互技術，為智能變電站相關技術的一種。在該技術的支持下，電力領域無需綁定保護裝置，即可使信息共享得以實現，一定程度上提高了設備的調試及維護效率。可見，智能變電站技術的應用，對繼電保護系統運行故障發生率的降低，具有重要價值。

3.3 仿真分析

為評估智能變電站技術下繼電保護系統的性能，判斷該技術的應用，是否能夠真正達到提高繼電保護系統穩定性及可靠性的目的。本課題以220kV變電站為例，將IEC51850中的邏輯節點，應用到了仿真過程中。在建立仿真模型后，通過對仿真結果的觀察發現，在智能變電站技術的支持下，繼電保護效率明顯提升、系統故障預警的及時性明顯改善。表明，智能變電站技術的應用，對繼電保護系統性能的改善，具有確切的積極意義。

4 結束語

綜上所述，智能變電站技術的應用及普及，使得繼電保護的信息傳輸效率顯著提升，且降低了調試及維護的難度。為進一步提高變電站運行的可靠性及穩定性，電力領域可考慮采用智能變電站，全面替代傳統變電站。將以太網、智能化元件，應用到變電站之中。在此基礎上，根據自身需求，對繼電保護裝置進行優化設計。以增強系統性能、延長變電站各設備的使用壽命。

參考文獻：

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[3]篤峻，葉翔，葛立青.智能變電站繼電保護在線運維系統關鍵技術的研究及實現[J].電力自動化設備，2016（07）.

[4]陸伊萍.智能變電站技術及其對繼電保護的影響[J].科技創新與應用，2016（16）：189.

[5]魏挺.關于智能變電站的繼電保護問題思考[J].科技創新與應用，2017（28）：178-179.