探究智能變電站條件下的繼電保護與監(jiān)控系統(tǒng)

張驪豐

【摘 要】 繼電保護與監(jiān)控系統(tǒng)是目前智能變電站的重要組成部分，它們不但實現(xiàn)了對站內(nèi)設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控保護，也一定程度上減輕甚至避免了設備損壞對相鄰地區(qū)供電的影響。本文分別探究了在智能化變電站條件下監(jiān)控系統(tǒng)與繼電保護的技術(shù)構(gòu)成及相關(guān)功能應用，證明二者對于智能變電站常態(tài)化安全穩(wěn)定運行的重要性。

【關(guān)鍵詞】 智能變電站 繼電保護 監(jiān)控系統(tǒng) 功能實現(xiàn)

一般來說，智能化變電站主要由監(jiān)控系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、智能IED設備、交換機、時鐘系統(tǒng)、繼電保護以及智能單元所共同組成。整個變電站采用以太網(wǎng)與光纖通訊，特別是監(jiān)控系統(tǒng)作為整個變電站的上層監(jiān)測設備，為變電站的實時信息采集與傳送起到了巨大作用。

1 智能變電站條件下的監(jiān)控系統(tǒng)分析

1.1 對監(jiān)控系統(tǒng)的配置分析

智能變電站條件下的監(jiān)控系統(tǒng)屬于總系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡的上層監(jiān)測設備，與常規(guī)變電站的二次電纜實現(xiàn)設備間聯(lián)系不同，智能變電站利用光纖通信與站控層、過程層的智能化一次設備與間隔層實現(xiàn)二次設備間聯(lián)系，實現(xiàn)了對變電站實時信息的采集與上送功能，如圖1。

如圖1，智能變電站條件下監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠過程層的信息交換機構(gòu)來構(gòu)建局域網(wǎng)，并實現(xiàn)與站內(nèi)層IED設備的相互通訊連接，確保監(jiān)控系統(tǒng)功能的安全穩(wěn)定性。所以可將其視為是雙網(wǎng)配置體系。在這里，智能變電站所采用的一般為IEC-61850規(guī)約通訊結(jié)構(gòu)，又被稱為是MMS網(wǎng)絡，它是智能變電站技術(shù)的基礎，也是智能變電站建設的指導性文件。當IED實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的直接連通通訊功能時，就可以通過IP地址的固定性來構(gòu)建新的物理連接，并將IEDname作為通訊標簽使用。

在檢修時，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過裝置上送報文來引入品質(zhì)屬性，借助品質(zhì)審查來判斷信號質(zhì)量。一般智能變電站的裝置檢修報文都要上送至監(jiān)控系統(tǒng)，然后再配合后臺系統(tǒng)實現(xiàn)對報文屬性的全面解析，最后在告警窗口顯示報告內(nèi)容并將其標注為檢修狀態(tài)。如此一來變電站檢修人員就能明確在檢修狀態(tài)下對設備的實時監(jiān)控工作內(nèi)容，從而達到維護設備安全運行的目的。

目前智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)都會配置多臺服務器來操作多功能同步實現(xiàn)，它的具體設計思路就是在變電站設備系統(tǒng)中設置兩臺或兩臺以上的監(jiān)控器作為當?shù)乇O(jiān)控主備來運行，同時它們也兼職遠程瀏覽與告警直傳功能。除此之外為監(jiān)控系統(tǒng)配備工程師站與故障信息服務器，專門針對實時故障進行分析檢測，第一時間檢出并加以維修。另外在某些地區(qū)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)中也加設了智能開票與順序控制這些高級應用功能，確保了監(jiān)控系統(tǒng)功能的多方向延伸，更好服務于智能變電站日常生產(chǎn)。

雖然說目前智能變電站在監(jiān)控系統(tǒng)方面作出了大膽革新，但是它的設計思路依然還延續(xù)了一些傳統(tǒng)常規(guī)化變電站設計思路，例如依然保留了基于功能變更與配置的常規(guī)開入測控裝置等等。當然，目前的變電站站內(nèi)IED設備已經(jīng)開始使用閉鎖信號，主要通過高壓開關(guān)柜來實現(xiàn)電纜互聯(lián)以及相互監(jiān)控功能，這種基于傳統(tǒng)配合新技術(shù)的設計方案也是目前智能變電站在監(jiān)控系統(tǒng)設計過程中最為流行的方案[1]。

1.2 站控層通訊網(wǎng)絡

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)與智能IED同理都是依靠網(wǎng)線接入交換機來形成站控層通訊網(wǎng)絡的，它也被稱之為MMS網(wǎng)絡。當智能IED設備具備唯一IP地址以及IEDname時，它就可以與監(jiān)控系統(tǒng)建立連接，并同時初始化裝置模型。連接建立以后，先按照監(jiān)控數(shù)據(jù)報告上送形式來進行系統(tǒng)功能操作，直到裝置成功返回報文以后才算完成通訊初始化過程。

除此之外，過程層也能實現(xiàn)通訊功能，與監(jiān)控系統(tǒng)形成聯(lián)動，并設計壓力異常監(jiān)視回路。這一回路功能有別于常規(guī)系統(tǒng)操作箱，這是因為它還增加了邏輯判據(jù)功、壓力異常閉鎖功能和重合閘放電功能等等，這些功能都配備了CPU判斷出口，并且在一定程度上簡化了操作回路，安全可靠性非常高。當智能IED設備過程層實施通訊功能時，每5s會發(fā)送一次鏈路報文，而接收方面則要判斷該信息內(nèi)容然后執(zhí)行相應操作。智能變電站在調(diào)試、監(jiān)控、維護過程中都需要根據(jù)光線鏈路狀態(tài)、接收側(cè)信息來判斷報文數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對通訊狀態(tài)的實施監(jiān)控目的，確保設備安全運行[2]。

2 智能變電站條件下的繼電保護分析

繼電保護是智能變電站安全、穩(wěn)定運行的重要屏障之一，它能夠明確區(qū)分出被保護元件的實時狀態(tài)，指出它可能存在的故障問題。而如果當電力系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障或異常時，繼電保護都能在最短時間和最小區(qū)域內(nèi)進行自動排障，或發(fā)出信號交由值班人員來解除異常工況根源問題，最大限度降低設備損壞程度以及對周邊地區(qū)的供電影響，以實現(xiàn)智能變電站可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的特點。

2.1 智能變電站條件下繼電保護的功能實現(xiàn)原理

智能變電站為了規(guī)范設計繼電保護功能，提高安全可靠性，一般都會采用雙套配置，即智能終端與合并單元。它們在功能實現(xiàn)方面主要針對一次設備保護來控制功能應用，并圍繞數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計運算來控制命令，提出優(yōu)先界別控制操作，最終匯總間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息來為過程層提供閉鎖功能，與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動[3]。

2.2 基于主變的繼電保護功能實現(xiàn)

在智能變電站中，主變差動保護是最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，其原理是反應被保護變壓器各端流入和流出電流的差，在保護區(qū)內(nèi)故障，差動回路中的電流值大于整定值，差動保護瞬時動作，而在保護區(qū)外故障，主變差動保護則不應動作。所以它需要同時獲得變壓器各側(cè)電流信息之后才能實施差動計算流程。以10kV變電站為例，如果它采用的是內(nèi)橋主接線方式，那么主變差動保護I測就應該至少包含兩大分支，第一大分支以高壓側(cè)開關(guān)電流為主，而第二大分支則主要以路橋開關(guān)電流為主。在這里，橋路開關(guān)電流所采用的是正極性接入，而主變方則以反極性接入，極性取反也是為了避免差動誤動問題的出現(xiàn)。

在變壓器的保護方面要按單重化進行配置，這里差動保護與后備保護要集成到一套設備上，將其作為一體化雙套配置，但也可以采取多臺分層集成來實現(xiàn)目的。差動保護通過10kV進線，而內(nèi)橋和主變各側(cè)則要構(gòu)成差動回路，實現(xiàn)主變高壓測多路電流（主要為3路），而主變本體中性點電流則采用后備保護模式，這也是繼電保護動作中最關(guān)鍵的一條，就是以直接光纖發(fā)送來操控設備各個智能終端從而完成對開關(guān)的切除動作。如果后備保護需要聯(lián)且10kV路橋開關(guān)，則要首先聯(lián)且10kV分段開關(guān)，其中聯(lián)且開關(guān)則主要通過GOOSE交換機網(wǎng)絡傳輸?shù)墓收闲畔⒅噶畹靡詫崿F(xiàn)動作。

如果在變壓器端實施電氣量保護，則要考慮變壓器的內(nèi)部的壓力突變及壓力釋放問題，看其主變電氣繼電保護是否符合正常反饋條件，并以此為依據(jù)來進行基于繼電保護的非電量保護裝置設計。當主變電氣量保護應用時應該采用雙重化設計，利用雙重化采樣回路與獨立啟動保護DSP，確保裝置動作的安全可靠性。同時，它也可以通過實時監(jiān)視過程層來實現(xiàn)即時通訊，確保繼電保護動作的可靠性與正確性。最后在后備繼電保護中還存在接地零序保護與不接地保護兩種，這兩種繼電保護主要通過跳閘矩陣來實現(xiàn)對每段保護的切除與開關(guān)，確保負荷電壓條件可以在同一側(cè)得以滿足。它的具體實現(xiàn)方法主要有兩種：第一通過繼電保護配置硬節(jié)點輸出來完成電纜各側(cè)的后備保護配合；第二通過具有GOOSE輸出節(jié)點網(wǎng)絡來實現(xiàn)繼電保護。

3 結(jié)語

本文主要以智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)與機電保護系統(tǒng)為例，探討了它們的技術(shù)理論設計與實踐應用操作，從而引出了過程層、站控層等等在圍繞監(jiān)控系統(tǒng)與機電保護時的應用過程。總體來說，目前像10kV這樣的高壓智能變電站在上述兩系統(tǒng)方面的設計思路都是以遠程監(jiān)控來決定系統(tǒng)配置狀態(tài)，而站控層網(wǎng)絡、過程層組網(wǎng)方式以及IED等接入方式則有效輔助了兩大系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)，為智能變電站的安全穩(wěn)定運行奠定了扎實基礎。

參考文獻：

[1]周建新，周昊程.智能變電站條件下的繼電保護與監(jiān)控系統(tǒng)[J].供用電，2014（4）：55-59.

[2]解曉東.智能變電站繼電保護配置分析[D].山東大學，2013.13-24.

[3]郭哲強.66kV智能變電站保護與監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實施[D].華北電力大學（保定），2014.42-52.