智能變電站繼電保護調試技術的研究

張秉楠，雍明月，李林廣，高 尚

(北京電力工程有限公司，北京 100071)

0 引 言

智能變電站是科技成熟發展的必然產物，智能變電站在技術集成方面顯著優于傳統變電站，智能變電站以智能設備為載體、以計算機技術、信息技術、人工智能技術為武裝，向智慧變電站領域邁進，加速了電力設備運行信息的集中處理與使用、令變電站信息資源共享成為可能[1]。IEC61850標準、GOOSE、智能電子設施、智能終端設施、合并單元、配置文件等是智能變電站的主要構成，提升了變電站系統的繁瑣程度[2]。所以，智能變電站繼電保護可以信息共享為契機，利用變電站的內部系統設備、配置文件即可完成繼電保護的調試工作，本文設計了智能變電站繼電保護調試系統，充分發揮智能變電站智能設備與信息一體化功能實現繼電保護調試，優化變電站運行的安全系數。

1 智能變電站繼電保護調試特點與要點分析

智能變電站智慧之處在于綜合運用計算機技術、互聯網技術、高水平信息技術、人工智能算法構建了自動化的電力智能設備，電力運行的數據“孤島”問題迎刃而解，智能變電站營造了電力單元數據交互、共享的良好氛圍[3]。簡單講，智能變電站相比傳統變電站實現了數據信息的自動采集與處理。繼電保護裝置是快速檢測電力設備故障、非正常運行的重要組成，一旦檢測到電氣設備故障自動切斷其與變電站的聯系，解除故障部位對變電站穩定運行的潛在干擾。智能變電站繼電保護調試要結合變電站架構的特點進行操作，智能變電站的體系架構如圖1所示。

①遠動主機、保護工程師、運行工程師是站控層的關鍵構成，主要負責電力系統的運行與維護工作，實現手段主要為遠程控制、實時調度的方式。站控層軟件具有設置服務器代碼內虛擬化裝置的作用，實現一般格式通訊向IEC61850標準格式的轉換[4]。

②母線、變壓器、線路的保護裝置均設置在間隔層中，同時集成了測控裝置，以上硬件設施將二次設備以數字化形式表達，是智能變電站分析的關鍵數字信息來源；間隔層能夠定義邏輯節點，高效處理和分析電力運行數據。

③變電站的智能終端、互感器、斷路器等電氣設備、傳感設備均集成在過程層中，一次設備數字化與智能處理功能也是通過此層次實現。

根據智能變電站的體系架構總結智能變電站繼電保護存在以下特點：

(1)信息智能采集。智能變電站自帶斷路器、智能開關、智能變壓器等智能化一次設備，配合傳感器、智能終端設備的使用，可自動采集處理繼電保護信息。

(2)繼電保護自動控制。繼電保護裝置通過與其他設備的信息交互，利用大數據算法挖掘繼電保護狀態，實現繼電保護裝置故障的自我檢測與分析。

(3)執行IEC 61850標準。智能變電站的三層架構體系基于IEC 61850標準構建而成，智能變電站之所以能夠采用統一標準實現信息交互，得益于 IEC 61850 標準的應用，打開了系統建模標準化的良好局面。一次智能系統二次系統升級的應用較為普遍，比如將保護測試一體化設備集成到變電站中，將增添大量的高水平電力信息管理功能[5]。

綜上所述，智能變電站繼電保護調試過程中要充分利用智能變電站的信息一體化功能、巧妙利用自我診斷功能、考慮變電站的IEC 61850標準，牢記以上要點設計高效的繼電保護裝置調試系統。

2 智能變電站繼電保護調試系統設計

2.1 調試系統的模塊設計

基于智能變電站自身的信息一體化特性，變電站的繼電保護調試系統的模塊布局如圖2所示。智能變電站一次設備綜合發揮傳感器與智能終端的功能，實時采集電力運行信息；智能變電站智能控制功能的添加實現各電子設備間的信息交互，為繼電保護裝置自我診斷提供條件。在智能變電站功能基礎上，ADPSS仿真模塊對變電站的一次系統狀態進行仿真模擬，模擬結果以變電站配置文件(SCD)形式表達，最后由變電站仿真分析模塊對調試結果進行檢驗與智能分析。

(1)ADPSS仿真模塊。變電站一次系統的電磁暫態仿真由ADPSS仿真模塊完成，繼電保護裝置調試過程中，被測量模塊的電流電壓信息基于定值仿真步長法求取，仿真得到的電氣量數據以數字化接口為載體轉換為IEC 61850標準報文，傳輸至被測量模塊，以SCD文件形式進行可視化展示。

(2)SCD文件可視化模塊。智能變電站的二次系統集成了SCD文件功能，其突出作用是對變電站一次設備模型與電氣拓撲結構關系進行精準表征。SCD文件可視化模塊具有文件管理功能[6]，SCD文件、智能站的運行設備文件是該模塊實現可視化管理的基礎，可視化功能表現如下：評估繼電保護調試方案、調試結果對比、調試過程與結果存儲、生成檢修報告等等。SCD文件可視化模塊操作過程如圖3所示。

(3)智能變電站仿真分析模塊。仿真分析模塊根據可視化信息對繼電保護調試的結果進行檢測，與SCD文件可視化模塊信息交互分析繼電保護的調試結果，仿真分析模塊可利用波形圖的形式顯示調試結果，提高了繼電保護調試的可視化水準。

2.2 調試系統程序設計

智能變電站繼電保護調試程序安排如圖4所示，技術人員要做好圖中的準備工作才能正式開始繼電保護調試工作。首先是繼電保護測試接線，設備單體調試與整間隔分系統調試的接線方法存在差異，接線成功才能確保信號正常傳輸。其次是光纖調試，光纖使用不宜過度彎曲，降低光纖損壞率；調試過程中使用的和備用的光纖需要做好光衰耗測試與記錄，原因是變電站運營后發生SV信號與GOOSE信號中斷，可以光纖使用情況為依據高效查找故障原因；此外，光纖有序編號方便后期維護工作的開展[7]。接下來是網絡狀態監測系統調試，網絡調試一般使用網絡報文記錄分析儀完成，分析儀全面采集變電站網絡報文，在此基礎上實施多元分析獲取二次系統網絡、GOOSE網絡的故障情況。最后是虛端子連接調試，虛端子是指SV信號、GOOSE 信號邏輯連接點，SV信號、GOOSE 信號在變電站起到變量傳輸作用。網絡虛端子連接調試是保障智能變電站信息正常傳輸的基本條件[8]。

3 結束語

智能變電站是未來電力領域發展的主要趨勢與方向，智能變電站繼電保護是迅速阻斷電力故障、恢復電力運行的關鍵技術，尋找一種高效、可靠的智能變電站繼電保護調試方法較為迫切。縱觀全文，本文設計的智能變電站繼電保護調試系統充分運用了變電站運行數據，實現了全站聯合調試；相比人工調試技術而言，此系統繼電保護調試效率更高、調試步驟更為精簡、人力資源消耗更為節約， 提高了智能變電站穩定運行的幾率，充分彰顯了電力系統運行的社會效益與經濟效益。