數字化變電站繼電保護技術

丁寶帥 高永俊 王小龍 董志偉 張成 呂賾名 郭健楠 李琳

摘 要：隨著我國計算機信息技術不斷發展，當今電力行業也實現了數字化改革，構建了數字化變電站。繼電保護系統能夠確保變電站的運行安全和穩定性，對提高電力服務質量有著重要意義。基于此，本文重點探究數字化變電站保護技術的應用，提出繼電保護發展趨勢，進而分析繼電保護技術的優化方法。

關鍵詞：數字化變電站；繼電保護；應用；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.132

0 引言

隨著我國我國電力行業不斷發展，當今智能變電站已經成為了電網建設的重要趨勢，繼電保護技術在此背景下也實現了自動化模式。由于數字化變電站融入了信息技術，這對繼電保護技術提出了更高的要求。從宏觀層面上分析，當今我國智能化技術還不夠成熟，應用范圍不夠廣泛、存在局限性，數字化變電站并沒有全面普及和落實，是傳統變電站和智能變電站混合體系，但是二者繼電保護方式卻存在著很大的差別，所以加強對數字化變電站繼電保護技術的研究有著重要意義。

1 數字化繼電保護技術特點

（1）傳統、數字化繼電保護的差異。傳統繼電保護裝置的硬件是數據處理單元、開光量輸入/輸出回路、模擬量輸入接口、通信接口等單元模塊；而數字化繼電保護系統主要有：微處理器以數字電路作為基礎，并且核心單元四周都有不同的接口，這些接口可以傳輸數據，也可以實現功能拓展。從大體層面上分析，數字化保護裝置采用電子互感器收集信息數據，這也是與傳統繼電保護裝置最大的區別。從結構層面上分析，可以將整個繼電保護裝置組成單元劃分為：開入、中央處理、光接收、出口、通信接口等單元。

（2）數字化繼電保護裝置接口實現。在數字化變電站當中，采用電力互感器收集信息，并通過中央處理器展開信息處理。所收集到的信息，可以采用互感器內部光纖采用數字信號傳輸方法傳輸到低壓端中，再經過合并單元轉化之后，輸出正確格式的數據。相比傳統繼電保護的模擬輸出，數字化繼電保護可以通過合并單元進行光纖傳輸，減少數據轉換、傳輸影響，優化A/D變換插件、低通濾波插件，大大提高了運行效率。

2 繼電保護技術在數字化變電站中的應用

（1）互感器技術和智能開關。當今數字化繼電保護裝置中的互感器由于使用效果好、功率小，已經逐步取代了傳統繼電器中的CT和PT，互感器可以將大電流、高電壓轉化為數字信號，通過太網對數據進行處理和輸出。與此同時，斷路器二次系統能夠在傳感器、微機、電力電子當中設定閾值，如果超出閾值開關就會自動切斷故障電路或異常電路，避免電力安全問題擴大。通過光纖通道將數據信息和指令傳遞到數字化接口當中。可見，采用互感器和智能開關能夠在很大程度上確保智能變電站的運行安全。

（2）動態仿真技術在變電站中的應用。在智能電網建設當中，需要增設一定量的自動化設備。當今我國所使用的智能變電站，并不具備完善的二次設備檢查方法。從智能變電站整體結構上分析，繼電保護無法全方位保護設備安全。而動態仿真技術的出現，除了能夠對故障發生、操作演練、運行方法進行仿真模擬，還能夠實現二次設備運行信號模擬，包括繼電器、錄波設備、智能儀表等，這樣即可對母線、變壓器進行動態監測和保護。與此同時，采用動態仿真技術可以對智能化設備、電力系統運行情況進行評估，提高了變電站運行安全。

3 智能繼電保護的發展形勢

隨著我國科學技術不斷發展，繼電器也逐漸朝向小型化方向感發展，充分利用半導體處理技術可以提高運行速率、提高貯存能力、計算能力等。同時，數字化裝置還可以實現設備、功能集成，包括數據收集、過濾、模塊轉化、抗干擾等，從而提高設備的運行效率，提高數據處理、收集性能。但是在新形勢下，繼電保護技術也存在一定不足之處，需要進一步加強，跟上電網系統的發展形式。

（1）加強繼電保護性能。加強數字化繼電器性能需要從以下幾點出發：首先，需要繼電保護裝置具有更強的存儲性能，從而存儲更多的故障信息；其次，快速測量電力設備的運行參數，實現動態監控；再次，優化系統自控技術，包括模糊控制、神經網絡、狀態預測、人工智能等方面需要更加完善；最后，在影響繼電保護系統高質量工作前提下，需要嚴格控制系統開發、硬件與軟件開發的成本。

（2）提高繼電保護的可靠性。在繼電保護系統當中，為了能夠提高其運行的可靠性，不僅要能夠滿足系統調式、優化等功能，同時也要保障元器件更換不受到影響、環境變化不受影響、電源波動不受影響等標準。在系統自動檢測層面，可以對軟件自身、元器件、零部件等進行檢測。

4 繼電保護系統性能優化

（1）變壓器保護。對于變壓器繼電保護來說，其工作重點就是避免短路短路造成的不平衡問題，以及故障電流和勵磁涌流。在勵磁涌流方面上，由于非周期分量比重相對較大，并且電磁式電流互感器對非周期分量轉換不夠明確，從而出現誤判等問題，結合這一差異性可以重新判斷、區分勵磁電流和故障電流，這樣就不會影響變壓器差動保護。同時，電子繼電保護可以保證四周暫態電流保持一致，從而提高匝間的敏捷度，提高了變壓器差動保護工作效率。

（2）輸電線路保護。由于互感器飽和問題會導致縱差保護判定失誤。在數字化變電站當中，所使用的電子互感器不會產生飽和問題，這樣可以增強元器件、阻抗元件、起動元件的保護性能，可以保護變電站正常運行。在過流保護層面上，傳統繼電保護中的互感器會由于二次電流產生變化，所以容易造成判定誤差等問題，再加上傳統繼電器內部結構較為簡單，受到飽和度的影響，從而產生保護失誤等問題。但是在數字化繼電保護系統中，電子互感器具有無飽和度的優勢，所以在根源上就排除了誤判可能性，在很大程度上可以提高繼電保護性能。

5 結束語

綜上所述，在電力行業不斷發展背景下，網絡化、數字化電力系統建設已經成為了必然趨勢，在未來十年內，我國會進一步加強智能電網的建設工作。這就需要關注數字化變電站繼電保護技術的研究工作，針對繼電保護技術層面，需要不斷加強該項技術的研究工作，針對現有問題提出解決策略，融入先進的輔助技術，從而提高繼電器的保護性能。

參考文獻：

[1]宮立詠，徐普，楊園秀.數字化變電站繼電保護技術[J].環球市場，2017（23）：125-126.