試論數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)

周亞 魯曉威 陳騰飛 郭振華 王廣躍

（國(guó)網(wǎng)安徽電力公司滁州供電公司 安徽滁州 239000）

試論數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)

周亞 魯曉威 陳騰飛 郭振華 王廣躍

（國(guó)網(wǎng)安徽電力公司滁州供電公司 安徽滁州 239000）

相較于常規(guī)變電站，數(shù)字化變電站具有一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化和管理系統(tǒng)自動(dòng)化的特點(diǎn)，代表了未來(lái)變電站的發(fā)展方向。本文在對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，討論了繼電保護(hù)技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用，以及數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的方案，以期為促進(jìn)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展提供一些有益的參考。

數(shù)字化；變電站；繼電保護(hù)

1 前言

經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性日益增加，當(dāng)發(fā)生故障或者是異常狀況時(shí)，繼電保護(hù)能夠在最小的范圍和最短的時(shí)間內(nèi)，將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中進(jìn)行自動(dòng)切除，或者是向運(yùn)行值班人員發(fā)出警報(bào)，讓值班人員對(duì)異常工況進(jìn)行消除，從而確保設(shè)備的完整性和鄰近地區(qū)的供電安全。目前我國(guó)的數(shù)字化變電站正處于不斷發(fā)展和完善中，其數(shù)字化保護(hù)裝置與傳統(tǒng)保護(hù)裝置有著較大的區(qū)別，因此數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的應(yīng)用是一個(gè)值得深入研究和思考的課題。

2 繼電保護(hù)的概念與其原理

繼電保護(hù)的主要功能是電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)，繼電保護(hù)會(huì)在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)最小區(qū)域?qū)⑵洚惓ＴO(shè)備進(jìn)行切除，或者給工作人員發(fā)出警報(bào)，從而幫助工作人員可以找出故障的根源，讓損失降低在最小的范圍內(nèi)。繼電保護(hù)工作的基本原理是利用繼電保護(hù)裝置進(jìn)行工作，繼電保護(hù)裝置是保護(hù)其它保護(hù)元件，但是繼電保護(hù)裝置必須準(zhǔn)確判斷那些被保護(hù)的元件的狀態(tài)時(shí)正常還是異常，從而保護(hù)區(qū)內(nèi)外的故障。繼電保護(hù)裝置要完成這一功能必須依據(jù)電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況前后的電氣變化為基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)發(fā)生異常，相應(yīng)的電氣也會(huì)發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為電壓變低，電流增大，造成電壓和電流的相位角的變化。

3 繼電保護(hù)的現(xiàn)狀

隨著科技技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)也不斷發(fā)展進(jìn)步，并且覆蓋范圍也越來(lái)越大，僅僅依靠電力系統(tǒng)的各個(gè)元件的繼電保護(hù)設(shè)備裝置，是不能保護(hù)整個(gè)電力系統(tǒng)的，仍然會(huì)出現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)停電的現(xiàn)象，所以為了保障電力系統(tǒng)的安全，研究繼電保護(hù)技術(shù)勢(shì)在必行。所以為了把損失降到最低，繼電保護(hù)技術(shù)開始朝著自動(dòng)化、智能化、一體化、計(jì)算機(jī)化發(fā)展，從而保障電力系統(tǒng)的安全。

4 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的若干技術(shù)分析

繼電保護(hù)技術(shù)這幾年發(fā)展迅速，成果顯著，繼電保護(hù)的研究與發(fā)展方向是向著計(jì)算機(jī)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)通信一體化方向發(fā)展。數(shù)字化變電站繼電保護(hù)也越來(lái)越受到大家的關(guān)注，下面就主要的介紹一下數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容：

4.1 數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)組成

數(shù)字化變電站是指變電站內(nèi)通過(guò)一次電氣設(shè)備就實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的通信，數(shù)字化一次設(shè)備和二次智能裝置都是根據(jù)全站一致的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)來(lái)實(shí)施數(shù)據(jù)建模和通信的，并以此平臺(tái)為基本實(shí)現(xiàn)彼此的互相操作性。采用全數(shù)字化的二次裝置和數(shù)字化的一次電氣設(shè)備及全站一致的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)是其特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上分析，可以把數(shù)字化變電站分為過(guò)程層、站控層以及間隔層。當(dāng)前，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)講，變電站層的技術(shù)已經(jīng)趨向于成熟，已經(jīng)可以大規(guī)模的推廣了。過(guò)程層和間隔層有關(guān)信號(hào)傳遞技術(shù)（GOOSE）在大量的實(shí)驗(yàn)中取得了一定的進(jìn)步，已進(jìn)入到實(shí)用階段。但是該過(guò)程層中有關(guān)采樣值的傳遞技術(shù)還在進(jìn)行不斷的探索，有關(guān)這方面，所設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也在進(jìn)行不斷更新。對(duì)于一些低水平電壓等級(jí)而言，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全站的全數(shù)字化，但是在一些比較高的電壓等級(jí)變電站中，除了不包括采樣值的傳遞外，余下其它的全站數(shù)字化也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。將以上概念與實(shí)際變電站的系統(tǒng)應(yīng)用相結(jié)合，由于在實(shí)際運(yùn)用中，最重要的就是保證系統(tǒng)的可靠性，因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)就顯得尤為重要。

4.2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)

4.2.1 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置

數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的原理是通過(guò)電子的互感器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)在互感器中以光數(shù)字信號(hào)將數(shù)據(jù)傳到低壓端，通過(guò)合并單元的處理，從而得到合乎標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量輸出。對(duì)于數(shù)字保護(hù)裝置是由光接收、中央處理、開入、出口四個(gè)單元、通信接口以及人機(jī)等結(jié)構(gòu)組成。

4.2.2 數(shù)字化變電站提高了繼電保護(hù)的運(yùn)行水平

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展電力系統(tǒng)在微機(jī)領(lǐng)域取得了相當(dāng)大的成果，微機(jī)保護(hù)的技術(shù)也逐漸成熟，但還存在著諸多的問(wèn)題。比如，定值項(xiàng)太多，控制字以及跳閘矩陣設(shè)置錯(cuò)誤；二次回路設(shè)計(jì)接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致電纜較長(zhǎng)，對(duì)于抵抗事故的能力較弱；變電站直流電源回路故障接地導(dǎo)致繼電保護(hù)錯(cuò)誤的跳閘；有些時(shí)候由于受到季節(jié)性的影響，導(dǎo)致備用電源自動(dòng)投入、低頻低壓減載壓板等切換以及核查工作量大易出錯(cuò)等等。對(duì)于采用數(shù)字化變電站技術(shù)，就會(huì)減少二次電纜，在不重復(fù)采集交流信息以及不增加硬件的前提下，就可以將相應(yīng)的功能分散到各保護(hù)單元中，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化母線保護(hù)、低頻低壓減載以及備自投的功能，可以有效的提高繼電保護(hù)的運(yùn)行水平。而且對(duì)于定值保護(hù)、保護(hù)壓板、按鈕以及把手會(huì)大大的降低數(shù)目，減少維護(hù)人員的誤碰、誤接以及誤整定。而且采用數(shù)字化繼電保護(hù)，由于直接采用數(shù)字量，真實(shí)地反映了系統(tǒng)一次電氣量的信息，使得集成度更高，抗干擾能力大大加強(qiáng)，裝置的運(yùn)行更加的穩(wěn)定。

4.2.3 數(shù)字化變電站對(duì)于繼電保護(hù)技術(shù)有更高的要求

當(dāng)前，對(duì)于繼電保護(hù)是充分的利用先進(jìn)的半導(dǎo)體處理器技術(shù)，同時(shí)采用大規(guī)模的集成電路以及成熟的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波以及抗干擾等技術(shù)，使得系統(tǒng)各方面的性能有了更高的提升。對(duì)于數(shù)字化變電站需要更高的性能，更高的可靠性?？煽啃圆粌H是系統(tǒng)軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及調(diào)試，還體現(xiàn)在數(shù)字元件的特性不易受到溫度、電源波動(dòng)等影響，而且還應(yīng)該具有較強(qiáng)的自檢以及巡檢的能力；更高的系統(tǒng)軟件的擴(kuò)展能力。這是因?yàn)橄到y(tǒng)的可擴(kuò)展性是目前很多嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品方案選型考慮的一個(gè)重點(diǎn)；更高的繼電保護(hù)性能。也就是說(shuō)能夠快速的對(duì)電力狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，能夠有很強(qiáng)的儲(chǔ)存力，先進(jìn)的自動(dòng)控制、算法以及技術(shù)等等。

4.2.4 提高數(shù)字化變電站繼電保護(hù)保護(hù)裝置的測(cè)試分析技術(shù)

對(duì)于數(shù)字化變電站來(lái)說(shuō)，對(duì)于其的測(cè)試手段是它應(yīng)用與發(fā)展的重要基礎(chǔ)。但是，這幾年各個(gè)電力公司都比較重視開發(fā)，卻忽略了測(cè)試的重要性?，F(xiàn)在，各變電站選用的自動(dòng)化設(shè)備比較繁多，型號(hào)比較雜以及規(guī)約不統(tǒng)一等，給測(cè)試帶來(lái)了相當(dāng)大的難度。隨著變電站的完全數(shù)字化，基于IEC－61850通信規(guī)范的數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)裝置測(cè)試發(fā)展的趨勢(shì)為：測(cè)試的系統(tǒng)必須要符合IEC-61850的標(biāo)準(zhǔn)支持網(wǎng)絡(luò)通訊；測(cè)試功能一定要強(qiáng)大，不僅能夠滿足各種常規(guī)的繼電保護(hù)裝置的測(cè)試功能外，還應(yīng)該有其他的特殊功能；還要便于系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)，對(duì)于硬件平臺(tái)要選用通用型，測(cè)試功能的擴(kuò)展能夠通過(guò)軟件的升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)；數(shù)字化的繼電保護(hù)裝置擁有對(duì)外通信、保護(hù)、信息輸入、打印、顯示、記錄等功能，在對(duì)該裝置實(shí)施全面測(cè)試的時(shí)候，對(duì)于上述功能的核查也是特別重要的，應(yīng)該成為其功能測(cè)試內(nèi)比較重要的一部分。對(duì)于現(xiàn)階段的裝置測(cè)試的研究，有部分測(cè)試設(shè)備還不能滿足對(duì)于該保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試的需求，還要進(jìn)一步的加強(qiáng)對(duì)于保護(hù)裝置測(cè)試技術(shù)的研究，而能夠進(jìn)行數(shù)字化閉環(huán)測(cè)試的測(cè)試裝置。該裝置的原理如下：數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)的保護(hù)裝置都要接入到變電站的局域網(wǎng)中，根據(jù)IEC-61850的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)由局域網(wǎng)向該保護(hù)裝置發(fā)射數(shù)字信號(hào)，保護(hù)裝置依據(jù)該信號(hào)做出一系列反應(yīng)，同時(shí)向局域網(wǎng)發(fā)射事件信息。測(cè)試裝置收到事件的信息之后再實(shí)施下一步操作，整個(gè)的測(cè)試系統(tǒng)都是通過(guò)數(shù)字化元件來(lái)構(gòu)成的。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)保障電力系統(tǒng)的安全起著決定性的作用，繼電保護(hù)技術(shù)可以自動(dòng)切除異常區(qū)域，降低電力系統(tǒng)的損失，所以本文主要分析數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，希望為電力系統(tǒng)的安全發(fā)展做出貢獻(xiàn)，也希望可以為電力工作人員提供參考的資料。

[1]徐 晟.提高繼電保護(hù)可靠性措施的探討[J].廣東科技，2012（02）.

[2]呂夢(mèng)麗.智能變電站繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)分析與仿真研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2015.

[3]周建武.電力系統(tǒng)變電站繼電保護(hù)研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（18）.

收謝日期：2016-2-20

TM76

A

1004-7344（2016）08-0086-02