電力系統中智能變電站繼電保護技術分析

李凡昌

【摘?要】全球化的加速發展，讓我國的科技技術得到了很大的進步，驅動著電力行業將電網技術推向了智能化時代。其中重要的一環節就是信息通信技術，它的應用為電力系統提供了有力的幫助。我國電網建設關乎國計民生，智能電網時代的來臨，為社會發展提供了最重要的保障，其發展對配套的電力信息通信技術也提出了更高的要求。所以目前的信息技術，不僅可以是未來發展的趨勢，還為國家的電力發展提供支持。本文對智能電網時代電力信息通信技術的應用進行了詳細的分析，并簡單介紹了電力信息通信技術的內容及電力發展的現狀。

【關鍵詞】電力系統;智能變電站;繼電保護;技術分析

引言

隨著科學技術的不斷發展和完善，智能電網已經逐漸開始成為電力系統的主流。作為智能電網的核心，智能變電站技術能夠將通信技術、信息技術、遙感技術等全方位融合，對智能變電系統中的各項指標進行檢測，形成信息化、智能化、網絡化數據傳輸，全面提升了智能電網的安全性、可靠性和有效性，對智能電網的發展具有至關重要的意義，在今后研究過程中需全面重視。

1、智能變電站繼電保護架構體系

1.1IEC61850標準體系

IEC61850標準是智能變電站繼電保護網絡與通信遵循的規則。在模型上，以傳統繼電保護裝置功能為單位劃分邏輯設備，一個實體設備可包含多個邏輯設備，以基本功能單元劃分邏輯節點，如跳閘回路、保護算法和采樣值處理等節點;在通信協議上，IEC61850按照通信服務的類型及性能要求映射特定通信協議，如SV/GOOSE通信為保證實時性傳輸層與網絡層協議映射為空;在數據上，IEC61850詳細劃分繼電保護基本數據類，覆蓋現有的繼電保護使用數據，并提供了擴展數據類的方法。

1.2基于數據幀傳輸的運行機制

傳統變電站繼電保護裝置有專門采樣和命令信號通道，傳輸延時由裝置處理速率與通道固定時延構成，相對固定。而智能變電站繼電保護的采樣值傳輸、開關狀態量獲取、跳閘指令下達等通過以太網數據幀形式，以交換機及光纖為介質，由過程層網絡執行通信。因此，智能變電站繼電保護運行高度依賴過程層網絡，網絡性能構成對繼電保護“四性”的約束，過程層網絡規劃設計及調度策略尤其重要。

1.3模塊化的保護功能組織形態

區別于傳統變電站以裝置為中心的繼電保護組織形態，由于過程層網絡實現跨間隔跨專業信息共享，智能變電站繼電保護以保護功能模塊化為理念的靈活組態形式，“集中”或者“分散”的保護實現形式不依賴于裝置而是取決于保護需求與網絡性能。繼電保護模塊化靈活組態意味著保護功能可以存在于具備條件的保護裝置中，互為熱備用。

1.4高精度全網統一的網絡同步對時系統

傳統變電站繼電保護采用IRIG-B碼或者光纖方式對時同步。而智能變電站網絡化運行模式下，IRIG-B碼或者光纖直連方式不能滿足繼電保護應用需求，因為兩種傳統對時方式需要專門的傳輸通道，與智能變電站網絡共享信息與資源的發展趨勢相悖;IRIG-B碼對時同步是單向放射性對時系統，可靠性不足，易受鏈路狀態影響。智能變電站繼電保護需要高精度全網統一網絡對時方式，一方面能充分發揮網絡對時方式靈活的特點，另一方面又能利用冗余通信網絡高可靠性與實時監測的優勢。

2、智能變電站技術及繼電保護技術

2.1智能變電站概述

一般來說，我們所說的智能變電站技術是指：一種利用數字化和自動化技術確保變電站信息實現高效采集與傳輸的技術，作為我國電網建設發展的重要方向，智能變電站技術促進了協議統一化、信息網絡化、設備智能化、運行自動化以及網絡化的有效實現。通過運用智能變電站技術，工程造價得以有效降低，傳統變電站電磁互感器相關問題也得到了有效解決，電力技術實現了新的發展。相關研究表明，智能變電站包含了三個層面：過程層、間隔層以及站控層，只有將這三個層面建立起相應的數據連接通道，才可以實現數據的同步，而確保數據穩定的關鍵在于變電站中的過程層。

2.2智能變電站繼電保護技術

智能變電站繼電保護中的數據采集、傳輸和處理工作主要是依靠繼電保護技術中的軟硬件條件。數字核心部件是智能變電站繼電保護技術的關鍵，數字核心部件相當于一臺小型計算機，其能夠有效的對多個變電站繼電保護控件進行高效的控制與處理;此外，模擬量輸入接口控件也是繼電保護裝置的一個重要部件，它實現了以信息采集為重要條件的計算機與外部控件的相互連接。

3、智能變電站繼電保護設計優化

3.1安全性的優化

智能變電站的繼電保護是在IEC61850的標準下運行的，其統一性既是優點，同時也是缺點。標準統一也就意味這是處在完全透明的電網環境中，這也就表明在整個繼電保護系統運行中將會面臨來自網絡上的惡意攻擊，對整個變電站的信息安全造成威脅。鑒于IEC61850的表針體系中沒有明顯的界定安全，往往需要使用者在進行操作中時要做好分析系統安全，以實現變電站繼電保護的優化。

3.2可靠性的優化

現階段我國智能變電站已經實現了數字化的建設，在繼電保護中會涉及到很多的電子設備，隨著不斷加入的電子設備，在確保變電站穩定運行的基礎上又提出了新的要求。在選擇電子設備的同時，要根據實際情況的需要來進行合理的設計，最大程度上降低外界環境的影響，針對電子設備容易受到外界的干擾的特性來看，需要采用性能比較穩定的光纜，并且要及時對系統進行故障的檢修，及時保護不合理的運行部分。

3.3實時性優化

智能變電站繼電保護的重要特點就是具有一定的實時性，但是在設計保護結構的時候，設計工作通常會受合并器鏈路傳播時延、交換機交換時延等因素的限制，從而影響變電站數字化互感器的傳輸效果，導致傳輸誤差超出允許范圍。根據經驗總結及其實際運行情況來看，造成數字式互感器采樣值傳輸抖動的原因有很多，其中影響比較大的是合并器和交換機的轉發，因此要進行相應的優化。當合并器完成采集器傳輸數據信息之后，合并器會有一個排隊處理過程，而且接受采集器通信階段也會出現等待時間，同時受系統交換機性能的影響，實際運行中會出現不同程度的延時，因此需要采取相應的措施進行優化。

3.4同步性優化

智能變電站繼電保護在正常運行過程中，會有各種各樣的問題出現，其中數據同步問題是十分常見的問題之一。同步性問題也就是合并單元進行數據采樣信號的輸出時附帶相應的時間信息，該同步傳輸能夠有效縮減電氣量相位與幅值間誤差，因此數據的同步性具有非常重要的意義。所以必須要優化繼電保護設備進，確保數據的同步性，使其可以在相同時間點內獲得相應的數據信息，避免因為同步信號丟失而造成的的數據誤差。對數據放入進行同步優化設計時，需要考慮到過流和過壓保護問題，雖然所使用的保護原理簡單，但保護動作行為對輸入信號幅值正確性提出了一定的要求，相比之下對同步信號要求也比較小，如此一來即便保護動作發生時丟失了同步信號，對保護動作也不會產生很大的影響。

結束語

繼電保護的主要目的在于維持所有電力設備的健康、正常運行，在研究繼電保護技術時，需要全面分析變電站特點，合理定位設計優化細則，站在不同角度分析，選擇針對性策略，進而全面降低多方面因素的影響并且選擇正確合理的措施進行優化，降低各種不利因素對保護系統運行狀態的影響，確保所有的保護動作處于正常狀態。

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（作者單位：廣東電網有限責任公司汕頭供電局）