智能變電站繼電保護系統及其應用探討

高鵬

摘要：隨著我國經濟社會的快速發展與進步，我國的智能變電站在國內電網中已經開始大規模的建設和投運，繼電保護系統的調試及運行也成為智能變電站運行水平不斷提高的重要組成部分。

關鍵詞：智能變電站;繼電保護;應用

引言

作為我國智能電網的核心部分，智能變電站直接決定著智能電網的運行效果和經濟效益，是影響用電質量的關鍵。傳統智能電網建設過程中只是對智能變電站技術進行運用，并未做好繼電保護裝置的設置，造成智能變電站安全性、可靠性大打折扣，在一定程度上限制了智能變電站的發展。如何做好繼電保護系統的設置，形成科學的智能變電站繼電保護調試體系已經成為新時期智能電網建設的重中之重。

1智能變電站的特點

1.1呈現分布化的系統分層

智能變電器內部系統的分層呈分布化，在使用CPU的模式下，可以確保各設備之間可以進行單獨的信息處理工作，而不會發生系統內部的相互干擾，并且都在中央處理器的統一調度下進行，實現了信號之間的相對獨立和內在聯系。

1.2將收集的信號數字化

智能變電站采用了光電互感設備，實現了將收集的電信號轉化為數字信號。數字化信號不僅便于我們觀察，而且可以提高計算的精度，確保信息的集成化過程更加合理。

2影響智能變電站繼電保護的關鍵因素

2.1智能一次設備的出現

當前一次設備的智能化主要通過“電子式互感器+合并單元”（或“常規互感器+合并單元”）實現采樣系統的信息化，通過“一次設備本體+傳感器+智能終端+在線監測單元”來實現一次設備的智能化。

2.2智能變電站自動化系統總體架構

自動化系統總體架構設計影響著保護裝置的接口要求、設備配置、實現方式、維護方式及運行可靠性。

2.3IEC61850通信技術體系

IEC61850共包含14個標準，其主要是對變電站的通信進行信息分層、面向對象建模、使用統一的描述語言和抽象服務接口。我國目前采用《DLT860變電站通信網絡和系統》行業標準，該標準對變電站功能架構、通信體系及繼電保護系統產生重大影響。

3智能變電站繼電保護系統組成及功能

根據IEC61850系列標準分層的變電站結構，智能變電站體系分為三層兩網（邏輯上三網、物理上兩網），即站控層、間隔層、過程層;站控層網絡、過程網網絡。過程網網絡主要傳輸的是SV和GOOSE報文，站控層網絡主要傳輸的是MMS報文。GOOSE網、SV網、MMS網一般情況下相對獨立，GOOSE網與SV網可合并。

3.1過程層網絡

過程層網絡是連接過程層的智能化與一次設備和保護、測控、狀態監視等間隔層二次設備的通信網絡。主要傳輸兩類信息：SV采樣報文和GOOSE報文。前者實現了電流、電壓交流采樣值的上傳，后者實現了開關量的上傳及分合閘等控制量的下行。

該網絡的通信是實時的、高可靠性的、數據共享的，它的可靠性對于智能化變電站的安全運行起著至關重要的作用。

3.2間隔層設備

間隔層包括繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波器、網絡報文分析儀等二次設備。

3.2.1繼電保護裝置

繼電保護裝置對實時可靠性要求高。保護通過SV報文接收電流、電壓信號，應直接采樣：保護通過GOOSE報文實現裝置之間狀態和跳合閘命令信息傳遞，對于單間隔的保護應直接跳閘，涉及多間隔的保護宜直接跳閘，對于啟失靈、閉重信號等間隔層設備間信號可采用GOOSE網絡傳輸。

保護裝置通過MMS報文與站控站層設備直接通信，保護裝置的功能投退和出口連接片均采用軟連接片，軟連接片支持遙控。

應該注意的是智能終端檢修壓板投入，則智能終端上傳的所有信息均帶Test的品質位。那么線路故障時，保護裝置發送動作信息給智能終端，智能終端雖然接收到保護動作信息，但不做處理，相當于傳統變電站的開關拒動。

在智能變電站中，保護裝置中的間隔SV投入軟壓板非常關鍵，相當于間隔接入保護的“總開關”，當這塊軟壓板投入時，相當于“總開關”是運行的，保護裝置接收該間隔的SV采集量，并納入計算;當這塊軟壓板退出時，相當于“總開關”是退出的，保護裝置不接收該間隔的SV采集量，不納入計算。因此，在間隔運行時，保護裝置中的該軟壓板必須在運行。

3.2.2故障錄波及網絡報文分析記錄裝置

網絡報文記錄分析裝置和故障錄波器具備變電站網絡通信狀態的在線監視和狀態評估功能，主要通過對全站各種網絡報文進行實時監視、捕捉、存儲、分析和統計來實現，其對報文的捕捉應安全、透明，不得對原有的網絡通信產生任何影響。故障錄波器監視及捕捉SV、GOOSE網絡報文，網絡報文記錄分析裝置可以監視SV、GOOSE和MMS報文。

故障錄波文件應由一體化監控系統II區綜合應用服務器采集、處理，并通過II區數據網關機向調度端上送故障錄波文件。過渡階段同時允許站內故障錄波器與調度端故錄主站通信。

4智能變電站繼電保護的應用

A智能變電站在運行過程中主要通過常規“互感器+單元”合并方式實現智能變電控制。上述設置過程中主要采用直采直跳保護方式完成220kV和110kV母線的保護，并通過GOOSE信號直接跳閘完成光纖通信，其模擬電量主要從SV組網信號采集。

對A智能變電站運行狀況進行調試可以發現：在220kV保護裝置升級后部分壓板無法正常運行，在一定程度上影響了繼電保護效果;110kV保護裝置升級后繼電保護裝置PT動作異常且壓板無法投退，嚴重影響了智能變電站的運行安全。依照智能變電站繼電保護調試處理方案對其進行處理后，上述問題均得到解決，設備調試效果顯著。

在GOOSE信號調試過程中人員通過傳統繼電保護測試儀對電纜信號進行檢測，分析光纖信號是否能夠正常發送且被保護設備接收，完成繼電保護通信。調試過程中發現由于合并單元設置出現問題，其光線信號強度不夠。對其進行處理時在合并單元中加入信號放大器，光線信號強度增強后能夠被保護設備正常接收，調試順利完成。而在通道信號調試過程中SV信號和GOOSE信號均通過數字繼電保護測試儀實現，調試中發現兩者信號均能夠正常發送和接收且信號內部不存干擾和異常，整體通信狀況良好。

而在GOOSE接線調試過程中主要對其線纜狀況進行調試，分析數據打包和傳遞狀況。調試過程中發現智能變電站繼電保護裝置只能夠對部分信號進行記當。為解決該問題，調試中人員對繼電保護裝置中的接收設備進行調整，增加相應的通信信號，并設置工作日志窗口對通信狀況進行檢測，繼電保護裝置順利運行。

結語

根據我國能源分布與負荷消費地域分布特點，智能電網建設是適應我國當前和未來社會發展所采取的電網發展方式，對各類能源，尤其是大規模風電和太陽能發電的計入和送出適應性強，能夠實現能源資源的大范圍、高效率配置。國家對智能電網的建設相當重視，已列入國家發展規劃，前景十分廣闊。

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