探討智能變電站繼電保護的優化改進

李冰

【摘 要】智能變電站采用智能設備、數字化信息傳輸和網絡信息共享，變電站自動完成數據信息采集、測量、分析、計量、檢測、控制與保護等功能，并全天候自動分析、調節、控制和管理變電站，實現變電站的自動化、智能化運行。智能變電站改變了傳統變電站的運行方式，對繼電保護裝置提出了更高的要求。本文主要分析了智能變電站繼電保護系統存在的問題，并根據存在的問題進一步優化智能變電站的繼電保護系統。

【關鍵詞】智能變電站；繼電保護；運行方式

引言：

電力系統運行過程中出現故障，智能變電站的繼電保護裝置立即啟動，向控制中心發出警報，并自動切斷斷路器開關，防止電力故障進一步擴大，繼電保護裝置主要起到保護電力系統作用。然而繼電保護裝置在運行過程中，受到自然因素或者人為因素的影響，繼電保護裝置可能在變電站沒有出現異常的時候，出現誤動現象，影響到變電站正常運行。因此，需要進一步優化智能變電站的繼電保護裝置，高繼電保護裝置的可靠性、靈敏性、選擇性和速動性。

1.智能變電站構成

智能變電站由智能高壓設備和信息平臺構成，智能高壓設備包括智能變壓器、智能高壓開關、電子互感器、電壓互感器等智能設備，通信系統連接智能高壓設備和控制系統，讓智能高壓設備與控制系統的信息互通，從而實時了解變壓器運行參數，如果電力系統的電壓、功率發生變化，則系統自動發出警報，并自動進行調節電力電壓，確保電力系統運行的穩定性、經濟性和可靠性。信息平臺主要是實現智能變電站數據信息實時共享，利用信息平臺，對變電站的電力系統進行實時監測，如果變電站的低壓負荷增加，則智能變電站會增加低壓負荷的發電量，滿足電能供應需求[1]。反之，如果低壓電力負荷減少，則智能變電站則降低低壓電力的輸送量，實現電網供需平衡，打破過去電力供應不均衡等問題，達到節能環保的目的。

2.智能變電站繼電保護系統存在的問題

智能變電站最終的目標是實現變電站的人性化管理，這對變電站的管理運行提出了新的要求。第一，智能變電站具有自動化、互動性、智能化等特點，變電站的二次操作方式和檢修方式無法適應智能變電站的管理。智能變電站二次回路的智能終端設備和合并單元利用網絡光纖進行通訊，但是二次回路沒有完全隔離斷開，所以無法對變電站進行擴建、檢修。第二，智能變電站保護裝置電流和電壓采用SV接口、開關輸入和輸入則采用GOOSE接口，智能變電站通信接口數量增加，光纖接口容易發熱，導致溫度過高，這給繼電保護裝置的安裝帶來一定的困難，目前智能變電站的智能終端設備、合并單元、二次設備以及繼電保護裝置一般就地安裝在斷路器附近的智能控制柜，智能控制柜沒有安裝顯示屏，無法了解智能控制柜的實際運行情況[2]。

3.智能變電站繼電保護的優化改進

智能變電站網絡架構由站控層、間隔層和過程層構成，與傳統的變電站相比，智能變電站改變過去依靠電力電纜進行數據傳輸和交換，而是通過網絡信息系統完成數據傳輸和交換工作，智能變電站繼電保護裝置在配置原則、配電技術、功能劃分方面的差異比較大。因此，必須確保優化后的繼電保護裝置系統的安全性、穩定性、可靠性、適應性和擴展性，構建由就地保護層、站域保護層和廣域保護層構成的層次化繼電保護系統。就地保護層主要保護單個電力設備，根據單個電力設備產生的數據信息進行分析判斷，一旦出現故障，立即對故障設備進行隔離；站域保護層對整個智能變電站進行保護，對變電站的數據信息進行分析判斷，從而采取相應的控制措施和保護措施；廣域保護層主要負責區域電網的保護，根據多個變電站產生的數據信息，對數據進行分析、處理和判斷，如果發現問題，則采取相應的保護措施。只有就地保護層、站域保護層和廣域保護層三層相互配合，才能共同完成智能變電站繼電保護工作[3]。

3.1就地間隔保護層優化

就地間隔保護層采取電纜采樣、電纜跳閘的方式，并結合GOOSE網絡可以實現全站性防誤閉鎖功能。繼電保護裝置利用通信電纜采集變電站運行數據信息，不需要外部時鐘進行保護，從而確保了就地間隔保護層的安全性和可靠性。GOOSE網絡利用IEC61850通信標志實現數據信息共享，從而實現全站連閉鎖、因此，無論站控層、過程層、間隔層的網絡出現故障，都不會影響到就地間隔層保護功能，實現間隔層自處理功能。由于智能電網采用集成技術，綜合各類技術實現電網的統一調度和管理。智能變電站作為智能電網的一部分，采用集成技術的適合，不能降低繼電保護裝置的可靠性。如果同一被保護對象的不同保護的輸入/輸出量、模擬量完全相同時，則需要集成到同一個裝置內。比如過電壓保護裝置可以繼承線路保護開關中，母線連接充電保護裝置集成到站域保護層，就地保護裝置集成到主變保護系統[4]。如果母線保護裝置為跨同電壓等級多間隔保護裝置，在就地間隔保護的適合，母線保護裝置必須適應就地間隔保護層的布置，采用分布式母線布置方式。

3.2站域保護層優化

站域保護層需要利用全站的數據信息，根據全站數據信息，可以實時對站內的電力設備、信息系統進行保護，從而改變傳統后備保護裝置只能獲取單間隔電氣量和開關信息，后備保護裝置靈敏度比較差，動作比較延后的問題。站域層通過在線監測技術，對電力設備進行監測，發現問題以后，可以自動投切高壓開關設備，防止故障范圍進一步擴大。

3.3廣域保護層優化

廣域保護層主要解決區域電網運行過程存在的后備保護裝置靈敏性比較差，繼電保護裝置的保護動作延后等問題，利用廣域保護層可以簡化后備保護裝置的數量，縮短后備保護裝置的動作時間。其次，由于繼電保護裝置保護動作往往是利用在線監測系統測量的數據信息，如果電網運行的數據超過事先設置的定值，那么繼電保護裝置采取動作。由于繼電保護裝置的定值是離線整定的，無法適應復雜多變的智能電網。智能變電站繼電保護系統主要功能是及時切斷故障線路，防止電力故障波及其他線路，所以繼電保護裝置獨立運行，沒有綜合考慮到繼電保護裝置對整個電網的影響，由此可能引發連續跳閘現象[5]。因此，區域電網繼電保護裝置在獲取區域電網信息以后，需要對變電站的變壓器和線路II段和III段進行保護，確保區域電網繼電保護系統具有自動投切和控制功能。區域電網繼電保護裝置還需要與電網調度系統的EMS和WAMS實現交互功能，從而獲取全網拓撲結構和電力設備保護定值信息，進一步優化區域電網繼電保護裝置的性能。比如通過采集一次電氣設備的在線監測信息，如果變壓器內部監測信息發出警報，繼電保護系統可以適當降低差動保護定值。

結束語：

智能變電站是智能電網的一部分，繼電保護系統關系到電網運行的安全性。智能電網對繼電保護系統提出了新的要求，通過優化繼電保護系統的站域保護層、就地間隔保護層和廣域保護層，構建多層次的繼電保護系統，才能滿足智能變電站的運行管理要求。

參考文獻：

[1]徐平根.淺談智能變電站繼電保護的優化改進[J].中國戰略新興產業，2019，（14）：160-160.

[2]萬基磊，魏錐，石星昊.智能變電站繼電保護的優化改進探討[J].機電信息，2019，（17）：112-113.

[3]魏建峰，王雪亮.智能變電站繼電保護的優化改進探討[J].科技風，2019，（9）：188-188.

[4]郭昕明.智能變電站繼電保護的優化改進[J].數字化用戶，2019，25（8）：58-60.

[5]劉政.智能變電站繼電保護的優化改進[J].消費導刊，2018，（34）：246-246.

（作者單位：南京國聯電力工程設計有限公司）