220kV智能變電站的繼電保護及自動化系統設計

沈麗娟

[摘 ? ?要]隨著我國電力行業的不斷進步，智能變電站的發展越來越成熟。為了實現電力工程發展的優化，對變電站的繼電保護以及自動化系統設計進行不斷地研究與探討。主要介紹220 kV智能變電站的相關情況，以具體某工程作為主要分析對象，先對220 kV智能變電站進行簡要概述，然后分別就變電站的繼電保護以及自動化系統設計進行重點分析，提出相關的建議。

[關鍵詞]220 kV;智能變電站;繼電保護;自動化系統;設計

[中圖分類號]TM63;TM77 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]With the continuous progress of China's power industry， the development of intelligent substation is more and more mature. In order to optimize the development of power engineering， the relay protection and automation system design of substation are studied and discussed. This paper mainly introduces the relevant situation of 220 kV intelligent substation， taking a specific project as the main analysis object， first gives a brief overview of 220 kV intelligent substation. Then the relay protection and automation system design of the substation are analyzed， and the relevant practical development suggestions are put forward.

[Keywords]220 kV; intelligent substation; relay protection; automation system; design

電力工程在不斷發展過程中，由于社會先進技術的影響，工程的發展越來越重視技術設備的使用率。技術使用率的提高，很大程度上可以提高電力工程的效率，使得電力行業更加現代化。在科技的推動下，電力系統需要進行與社會發展相一致的智能創新，從而推動電力行業的智能發展。智能變電站的重要發展，也促使了很多電力企業對于該發展的相關內容進行研究與探討，以求得到一種合理且有效的發展模式與工程設計，促進變電站的智能化。本文對智能變電站創新發展的相關探討中，主要是以某一地區的變電站智能化為例，指出220 kV智能變電站的發展情況。該變電站的改進分析過程，同樣可以適用于其他的智能變電站，因此其方法具有普遍性。

1 220 kV智能變電站的概述

智能化的變電站，需要有較好的繼電保護以及自動化系統設計，才能保障變電站的發電安全以及智能化的實現。智能變電站的發展不斷應用于很多電力企業，作為重要的變電站改進措施，智能化發展為變電站提供了二次發展的機會，促進變電站工程效率的提高，實現更好的自動化發展。變電站智能化具有很重要的發展意義，電力工程的發展中先進技術使用率提高，除了可以促進工程效率以外，還可以更好地適應社會科技對行業發展的要求。工程發展方向與社會大環境發展趨勢一致，有利于行業的可持續發展。

智能變電站的發展具有一定的普遍性，因此本文對于電力工程的敘述，主要以某地區的智能變電站為主要介紹對象，從而引出各智能變電站的發展方式。智能變電站主要有220 kV和66 kV兩個電壓等級，某地區的220 kV智能變電站原有3臺容量為180 MVA的主變，如今的改進需要增加到4臺，并且規定每一臺的容量至少為240 MVA。該地區的發展主要是進行220 kV智能變電站的改進與完善，提高其智能化程度，更好地實現自動化管理與運作。在該地區進行智能變電站完善的過程中，對變電站的工程情況進行合理分析及規劃，提前對變電站的改進提出相應的措施，進行合理設計。其中關系到很多技術設備的應用，包括自動化機器設備、計算機通信技術與網絡等。該地區的變電站完善中，主要是關注前期的設計、中期的監測以及后期的信息傳輸，與原電力工程發展不同的是，在每個階段都需要關注技術的投入，建立強有力的自動化系統對各方面進行自動檢測與管控。這種分階段共同發展的模式，可以在各方面對變電站的智能化進行完善，以達到高效的繼電保護以及自動化系統設計。可以說，某地區的智能化變電站相關情況與改進行為，對于其他變電站的智能化而言，存在著一定的適用性。示意圖見圖1。

2 變電站的繼電保護

在變電站的智能化發展中，不可忽視的方面就是變電站的繼電保護，變電站的安全問題一直都是非常值得關注的問題，安全性能關系著變電站的發展持續性和穩定性。在繼電保護措施中，應該利用技術設備進行保護設施的建立，在變電站中設置開關控制系統或是變壓系統進行及時的安全保護。技術設備通過監測設備的實時電壓，以及外界的環境參數，進行自動化的設備開關控制。當出現超出可承受范圍內的電壓或是外界環境參數異常時，變電站的安全系統需要及時反應，進行及時斷電以及變電站運行維護。在220 kV的智能變電站的保護體系中，可以進行自動化的開關調控的使用，在這過程中再加上具備監控功能以及調試功能的自動化設備。由于現代化設備的先進性，以及安全保護系統的優劣比較，可以采用微機保護這一安全措施進行有效的變電站繼電保護。技術的加持，使得變電站繼電保護可以選擇價格較低、性能較為可靠的智能保護模式進行。

3 變電站的自動化系統設計

變電站的自動化系統設計，可以采用兩層設備一層網絡的形式，與以往的三層設備兩層網絡不一樣。兩層設備一層網絡的形式更加簡化，效率也更高，更符合智能變電站的發展。其中兩層設備一層網絡包括三個方面的內容。①智能化的一次設備，接口裝置都為光纖以太網接口，使用先進的光電技術，對設備的使用進行改進。原先的信號處理方式以及控制電纜得到相應改進，變為使用光電技術以及光纖。②網絡化的二次設備，這種設備采用高效運行的信息管理技術，對于傳統的裝置進行改良，熟練運用信息傳輸技能進行設備完善。③數字化的技術支持，對變電站運用到的計量技術，不同于以往以模擬量的形式進行，而且運用數字化的先進計量技術，進行相應地數字處理。這種形式的發展很好地對變電站網絡以及設備進行整合優化，對變電站的安全以及效率都有較大影響。在變電站的自動化設計中，有兩種不同形式的方法：①站內的監控采用以遠動為數據采集基礎的形式，相應的設備則是以電網調度的自動化為基礎進行實施，將變電站的保護作用獨立出來。②采用站內監控以微機保護的形式進行數據采集和控制，將保護工作與控制工作結合在一起，沒有將保護措施獨立出來。

3.1 實現設備層內部的信息溝通

在設備某些程序的運行設計中，采用直接采樣的方式，不經過系統層以及其他層面。這樣的直接采樣形式，不會涉及到其他層面的信息流動以及傳輸問題，直接把信息傳輸到終端設備進行溝通處理。顯然，這種更加直接的模式可以有效提高信息傳遞的效率，使信息不需要經過過多的中間階段再傳輸到智能終端，簡化了很多的中間步驟，實現設備層內部溝通后，就將信息直接匯入終端。這種方式的好處在于如果中間層面，如系統層發生故障或是出現阻礙，信息在設備層內部依舊能不受影響地自由流動，不妨礙信息的溝通交換。同時，信息傳輸由于不再需要經過系統層等層面，因此層面的故障現象并不能阻礙信息的傳輸。

3.2 實現設備層之間的信息溝通

設備層之間的信息溝通，就涉及到了跳閘的方式研究，對于信息如何能順利從一個設備層傳輸至另一個設備層進行合理規劃，實現隔間隙的信息流動。在220 kV以及66 kV母線中采用直接采樣的方式，首先實現設備層內的信息溝通，然后采取直接跳閘的形式進行跨信息層的溝通交流。直接跳閘的模式可以有效地降低外界因素對設備層的干擾，促使信息的有效傳輸。直接傳輸的方式不受其他層面的影響，僅僅依賴于跳閘模式問題，為實現設備間的信息溝通，需要采取高效的跳閘方式，降低信息傳輸以及管理的成本。在數據信息的傳輸過程中，可以引入GMRP組播技術，對數據信息進行分類和引導，保證各類信息流動到相應的間隙，不會流動到其他的間隔。

3.3 實現設備層與系統層的信息溝通

在一些信息的傳遞中，會通過系統主機直接傳輸至系統層內部網絡，由于系統層內部以及傳輸過程的復雜性，該信息量較大，傳輸的信息也較多。由于信息繁雜，因此需要使用相應技術，促使系統通過光纖以太網技術相連，實現彼此之間的信息傳遞。這種形式可以避免出現大量信息在系統層內部傳輸，超出系統層內部的數據運輸負荷，不利于系統層的高效運作。在設備層與系統層之間的信息傳輸中，也可以利用GMPR技術進行精準信息傳遞，防止出現因為遺漏或是信息傳輸錯誤等情況。

3.4 實現系統層內部的信息溝通

與信息層內的信息相比，系統層內部的信息溝通過程中，信息量較小，而且對于信息的實時精準性要求相對不是太高，信息傳遞準確即可，速度要求較低。系統層內部的信息溝通與信息層內部相似，內部的信息溝通可以不經過其他層面且不受其他層面的干擾，使信息在系統內充分流動。

除了信息溝通的便利性，自動化系統設計還可以強化其監測和管控系統，對于整體的220 kV智能發電站進行數據檢測，同時對工程進行相應地監管，實時更新相關的數據記錄，對工程出現的問題進行及時分析與解決。引入遠程調控的形式，對變電站的控制開關以及指令進行相應操作，不同于人工操作存在的漏洞與疏忽，自動化的技術檢測可更準確地對工程進行合理控制與優化。

4 結束語

電力行業的發展與變電站的發展息息相關，而傳統的變電站發展模式已經不再適用于現代化程度較高的現實社會，因此變電站的發展創新存在著必要性。為實現技術設備達到社會發展要求，各電力企業對自身變電站的智能化方面進行深入研究，主要就繼電保護以及自動化系統設計進行深度思考與探討。220 kV智能變電站的繼電保護及自動化系統設計逐漸成為電力行業發展的重點，其智能化發展很好地適應了現代社會技術化、自動化的趨勢。當然，變電站的智能化方向具有一定的互通性，所以主要通過某一地區的變電站智能優化，來引出普遍變電站所面對的情況以及可以采取的智能優化措施，實現更好地繼電保護及自動化系統設計。其他電力企業可以根據自身實際，結合該地區變電站的優化建議進行相應地規劃完善，實現自身的持續和穩定發展。

參考文獻

[1] 張才明，宋登科，翟慧娟.智能變電站建設中的技術分析與探討[J].城市建設理論研究（電子版），2014（34）：2465-2466.

[2] 張紅，王雷，岳巒嵩，等.某220 kV變電站智能化改造施工過渡方案[J].農村電氣化，2019（2）：16-18.

[3] 張軻，姜嬡，張鴻飛. 220 kV變電運維工作的安全風險分析與管理實踐[J].百科論壇電子雜志，2019（11）：368-369.

[4] 杜文俊，李文慧，丁一.基于CPS框架的低壓熔斷器生產線集散控制系統設計[J].自動化與儀器儀表，2020（12）：95-98，103.

[5] 朱明嘉，侯元文.基于層次分析法的智能變電站自動化系統網絡結構的選擇[J].電世界，2016，57（4）：9-13.