分析智能變電站技術(shù)及其對繼電保護(hù)的影響

楊小敏 丁乾

【摘??要】通過構(gòu)建智能變電站，合理的使用智能變電站技術(shù)，可以有效的提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能效果，同時還可以較好的維護(hù)好系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)，使得電力系統(tǒng)的可靠性得到顯著性的提升。本文主要就智能變電站技術(shù)以及其對于繼電保護(hù)所造成的影響進(jìn)行分析，掌握好該項技術(shù)的使用要點，做好機(jī)電保護(hù)數(shù)據(jù)信息的維護(hù)工作，挖掘該技術(shù)的實際使用價值，完善系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)工作內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】智能變電站;繼電保護(hù);數(shù)據(jù)采集;系統(tǒng)調(diào)試

引言

當(dāng)前，我國信息化技術(shù)的發(fā)展速度極快，其技術(shù)的應(yīng)用范圍也在逐漸的擴(kuò)展，智能變電站技術(shù)是信息化技術(shù)發(fā)展的衍生物，該項技術(shù)和傳統(tǒng)的電力技術(shù)進(jìn)行比較，其技術(shù)的使用可以極大程度的提升總體電力系統(tǒng)管理工作開展的效率以及質(zhì)量，同時還會保障系統(tǒng)使用的安全狀態(tài)。機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)是變電站當(dāng)中的核心構(gòu)件，隨著變電站智能化水平的提高，機(jī)電保護(hù)的主變線路以及相對應(yīng)的保護(hù)配置方式都產(chǎn)生了很大的轉(zhuǎn)變，且繼電保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸也產(chǎn)生了變革，需要借助該項技術(shù)，提升繼電保護(hù)的可靠程度。

1智能變電站繼電保護(hù)架構(gòu)體系

智能變電站和傳統(tǒng)的變電站進(jìn)行對比，智能變電站繼電保護(hù)主要使用的是以過程層網(wǎng)絡(luò)為主的一類架構(gòu)，就IEC?61850為通信標(biāo)準(zhǔn)，其可以大致劃分成為以下幾個層面。

1.1智能變電站繼電保護(hù)“三層兩網(wǎng)”架構(gòu)

智能變電站就功能進(jìn)行邏輯上的劃分，可以將其分成三層，其分別是站控、間隔以及過程三層。站控層網(wǎng)絡(luò)主要是用來整定值的召喚處理，將一些文件及時的傳送。過程層網(wǎng)絡(luò)主要是收集整合跳閘等各類的信號數(shù)據(jù)，其層的可靠性以及實時性較為關(guān)鍵，其層是智能變電站繼電保護(hù)的關(guān)鍵性性能。

1.2IEC?61850標(biāo)準(zhǔn)體系

IEC?61850標(biāo)準(zhǔn)是目前我國智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)和通信所需要遵守的一類關(guān)鍵性原則。就模型層面上分析，傳統(tǒng)的機(jī)電保護(hù)裝置性能為基準(zhǔn)，劃分邏輯設(shè)備。一個實體設(shè)備可以涵蓋較多的邏輯設(shè)備，用基本功能單元去整合邏輯節(jié)點，在通信協(xié)議內(nèi)容上，要以通信的服務(wù)類別為基準(zhǔn)，正確的映射出特定化的通信協(xié)議，讓其傳輸層以及網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議可以達(dá)到實時性的標(biāo)準(zhǔn)。就數(shù)據(jù)層面積上分析，IEC?61850進(jìn)一步的把繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類化的處理，用其數(shù)據(jù)來覆蓋上現(xiàn)有的使用數(shù)據(jù)信息，讓其數(shù)據(jù)類型的方式變得更加的豐富。

1.3數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)倪\行機(jī)制

在傳統(tǒng)的變電站當(dāng)中，繼電保護(hù)裝置會安裝專門化的采樣以及命令信號的渠道，處理速率以及通道固定時共同組成傳輸延時。但是在智能變電站繼電保護(hù)當(dāng)中，其開關(guān)狀態(tài)量等都是以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀形式進(jìn)行傳輸?shù)?，會借助光纖等各類的介質(zhì)，執(zhí)行好通信的目的，避免其保護(hù)運行過于依賴過程層的網(wǎng)絡(luò)，較好的去約束繼電保護(hù)，調(diào)整好調(diào)度的各類策略，完善網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計工作內(nèi)容。

1.4模塊化的保護(hù)功能組織形態(tài)

智能變電站和傳統(tǒng)變電站的繼電保護(hù)組織形態(tài)有著極為明顯性的差異，在智能變電站當(dāng)中，其繼電保護(hù)的功能模塊化的組織形式會更加的靈活，其主要是以集中以及分散的保護(hù)形式為基準(zhǔn)，其對于設(shè)備以及裝置等的需求依賴性會比較差。該種靈活性的組態(tài)，會較好的存于保護(hù)裝置內(nèi)，讓其供給熱備使用。

1.5高精度全網(wǎng)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)同步對時系統(tǒng)

傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)采用IRIG-B碼或者光纖方式對時同步。而智能變電站網(wǎng)絡(luò)化運行模式下，IRIG-B碼或者光纖直連方式不能滿足繼電保護(hù)應(yīng)用需求，因為：（1）兩種傳統(tǒng)對時方式需要專門的傳輸通道，與智能變電站網(wǎng)絡(luò)化共享信息與資源的發(fā)展趨勢相悖;（2）IRIG-B碼對時同步是單向放射性對時系統(tǒng)，可靠性不足，易受鏈路狀態(tài)影響。智能變電站繼電保護(hù)需要高精度全網(wǎng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)對時方式，一方面既能充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)對時方式靈活的特點，另一方面又能利用通信網(wǎng)絡(luò)冗余高可靠性與實時監(jiān)測的優(yōu)勢。

2智能變電站技術(shù)對繼電保護(hù)的數(shù)據(jù)信息及保護(hù)原理的影響

站在繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息鏈條的視角，與傳統(tǒng)的變電站自動化技術(shù)相比，智能變電站技術(shù)給繼電保護(hù)帶來的影響主要體現(xiàn)在以下三個方面。（1）電子式互感器取代電磁式互感器，繼電保護(hù)的源數(shù)據(jù)性質(zhì)發(fā)生變化。一方面，傳統(tǒng)的針對電磁互感器傳變特性設(shè)計的一些算法及其整定原則需要重新評估和優(yōu)化;而電子式互感器采樣就地數(shù)字化可能造成的數(shù)據(jù)同步、延遲等新問題對繼電保護(hù)的影響也需要深入評估;另一方面，電子式互感器在線性度、頻帶寬度、響應(yīng)速度等方面的優(yōu)勢，可能產(chǎn)生繼電保護(hù)的新原理和新算法。（2）二次信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸取代二次電纜硬連接，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸方式發(fā)生變化。一方面，二次信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸為不同間隔設(shè)備的信息共享奠定了基礎(chǔ)，使得跨間隔保護(hù)的實現(xiàn)變得簡便、靈活，更使得保護(hù)功能的跨間隔甚至跨站集中實現(xiàn)成為可能，從而產(chǎn)生新的保護(hù)原理和新的實現(xiàn)方式;另一方面，由網(wǎng)絡(luò)化傳輸帶來的保護(hù)數(shù)據(jù)的實時性與可靠性備受關(guān)注，如何處理即使是極小概率的數(shù)據(jù)丟包、誤碼、延遲等問題給繼電保護(hù)的實現(xiàn)機(jī)制、原理與算法提出了新的課題。（3）基于IEC61850的二次信息統(tǒng)一建模，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的處理和利用方式發(fā)生變化。一方面，IEC61850的推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了不同設(shè)備之間的互聯(lián)、互通、互操作甚至是互換，為二次信息與IED設(shè)備及應(yīng)用的分離，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源唯一性奠定了基礎(chǔ);另一方面，海量數(shù)據(jù)的存儲與信息挖掘、保護(hù)功能的動態(tài)遷移和組態(tài)、（后備）保護(hù)配置和雙重化等都將帶來一系列新保護(hù)原理與保護(hù)組織形態(tài)。

3智能變電站技術(shù)對繼電保護(hù)實現(xiàn)機(jī)制與架構(gòu)體系的影響

站在繼電保護(hù)實現(xiàn)機(jī)制、架構(gòu)體系的視角，與傳統(tǒng)的變電站自動化技術(shù)相比，智能變電站技術(shù)給繼電保護(hù)帶來的影響主要體現(xiàn)在以下個方面。

3.1網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交換突破了傳統(tǒng)繼電保護(hù)采樣—計算—出口一體化的模式

保護(hù)對象、數(shù)據(jù)信息與保護(hù)裝置不再綁定，使得基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)動態(tài)實時存儲與調(diào)用、面向不同保護(hù)功能應(yīng)用乃至不同二次系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理成為可能，將大大降低保護(hù)裝置等IED設(shè)備與過程層網(wǎng)絡(luò)交互的要求和規(guī)約復(fù)雜性，也為保護(hù)功能的遷移、組態(tài)及跨站的廣域保護(hù)實現(xiàn)提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息交換平臺。

3.2網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交換以及交換機(jī)的智能化突破了二次回路不可測控的瓶頸

過程層網(wǎng)絡(luò)是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)新引入的概念，是智能變電站特有的網(wǎng)絡(luò)，突破了傳統(tǒng)二次電纜回路不可測不可控，對繼電保護(hù)可靠性影響大的瓶頸。通過對交換機(jī)的智能化、IED化，使過程層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換可測、可預(yù)警、可控，使得繼電保護(hù)能夠?qū)崟r掌握二次網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)可靠性狀態(tài)，并采取相應(yīng)的應(yīng)對策略，將大大提升智能變電站繼電保護(hù)的可靠性水平。

3.3對等信息交互模式突破了繼電保護(hù)運行管理以保護(hù)裝置為中心的模式

傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在實現(xiàn)基本保護(hù)功能的同時，還承擔(dān)了諸如定值管理等運行管理功能，目前繼電保護(hù)管理信息系統(tǒng)要獲得保護(hù)對象的信息需要通過相應(yīng)的保護(hù)裝置，不可避免地形成了一系列的信息孤島。而智能變電站技術(shù)提供了P2P的信息對等交互模式，保護(hù)對象的信息不再必須與保護(hù)裝置綁定，通過建立變電站統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心等新架構(gòu)可以實現(xiàn)更大程度更高層次的信息共享。

3.4過程層統(tǒng)一突破了不同二次系統(tǒng)專業(yè)壁壘

傳統(tǒng)變電站自動化各二次系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)冗余，各子系統(tǒng)的功能重復(fù)配置，裝置間缺乏整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，系統(tǒng)擴(kuò)展復(fù)雜等問題，形成了各二次系統(tǒng)之間的專業(yè)壁壘。而智能變電站技術(shù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集保證了數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一，為二次系統(tǒng)不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)集成打破二次專業(yè)壁壘提供了可能，進(jìn)而建立以繼電保護(hù)為核心的二次專業(yè)新機(jī)制與架構(gòu)體系恰逢時機(jī)。

4智能變電站技術(shù)對繼電保護(hù)的設(shè)計、調(diào)試與運維的影響

站在智能變電站的設(shè)計、調(diào)試、運維的全生命周期鏈條的視角，與傳統(tǒng)的變電站自動化技術(shù)相比，智能變電站技術(shù)給繼電保護(hù)帶來的影響主要體現(xiàn)在以下四個方面。（1）智能變電站的繼電保護(hù)構(gòu)成形態(tài)和運行模式發(fā)生了很大變化，繼電保護(hù)的測試方法、項目、周期等繼電保護(hù)運維技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的研究與編制嚴(yán)重滯后。（2）二次信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸使得繼電保護(hù)二次回路可以監(jiān)測，使得繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修成為可能。（3）基于IEC61850的統(tǒng)一建模，使得變電站所有設(shè)備的建模一體化（集中體現(xiàn)為變電站的SCD文件和IED設(shè)備的CID文件），當(dāng)面臨變電站擴(kuò)建、設(shè)備變更等需求時，如何動態(tài)修改配置SCD文件及CID文件是目前所有已投運的智能變電站遇到的難題。（4）目前IEC61850及智能變電站技術(shù)仍然處于發(fā)展變化階段，由于對IEC61850的理解差異性以及擴(kuò)展定義的不規(guī)范性，給智能變電站設(shè)計、調(diào)試與運維帶來挑戰(zhàn)，而繼電保護(hù)專業(yè)正是其中的重點和難點。目前大多數(shù)的智能變電站試點都需要業(yè)主、設(shè)計院、集成商、設(shè)備廠家、調(diào)試單位反復(fù)協(xié)調(diào)，不斷修改方案。而變電站投入運行后，運行單位往往難以擺脫對調(diào)試單位和廠家的依賴，給電力系統(tǒng)的安全運行帶來隱患。這種“試點工程”的建設(shè)和運行模式，也成為制約智能變電站的大面積推廣的瓶頸。以智能變電站技術(shù)為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)系統(tǒng)，信息化標(biāo)準(zhǔn)ICT61850為主。ICT61850標(biāo)準(zhǔn)下，IED設(shè)備的二次信息分離，將能夠有效實現(xiàn)，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃詫⒚黠@提升。智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對繼電保護(hù)的影響，同樣體現(xiàn)在調(diào)試及維護(hù)方面。智能變電站，打破了傳統(tǒng)變電站保護(hù)裝置在采樣、計算等方面存在的桎梏。當(dāng)變電站某設(shè)備及元件故障發(fā)生后，故障信號可被立即采集并經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，而系統(tǒng)同樣會立即利用相關(guān)算法，實現(xiàn)對故障的分析及預(yù)警。在該技術(shù)的支持下，電力領(lǐng)域無需綁定保護(hù)裝置，即可使信息共享得以實現(xiàn)，一定程度上提高了設(shè)備的調(diào)試及維護(hù)效率?？梢?，智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對繼電保護(hù)系統(tǒng)運行故障發(fā)生率的降低，具有重要價值。為評估智能變電站技術(shù)下繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能，判斷該技術(shù)的應(yīng)用，是否能夠真正達(dá)到提高繼電保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性的目的。本課題以220kV變電站為例，將IEC51850中的邏輯節(jié)點，應(yīng)用到了仿真過程中。在建立仿真模型后，通過對仿真結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)，在智能變電站技術(shù)的支持下，繼電保護(hù)效率明顯提升、系統(tǒng)故障預(yù)警的及時性明顯改善。表明，智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對繼電保護(hù)系統(tǒng)性能的改善，具有確切的積極意義。

結(jié)語

智能變電站是目前我國智能電網(wǎng)構(gòu)建的主要途徑，更是電網(wǎng)構(gòu)建的重要組成部分，就當(dāng)前我國時代發(fā)展背景進(jìn)行探究，需要深入的開展智能變電站技術(shù)的使用原理，以及其對于繼電保護(hù)組織的模式體系等，找出其所存在的各類要素難點問題，一一的處理其內(nèi)的各類難點問題，讓電網(wǎng)可以始終維持一種良好且穩(wěn)定的安全運行狀態(tài)，達(dá)到繼電保護(hù)專業(yè)要求目的，設(shè)定好該專業(yè)技術(shù)發(fā)展方向，調(diào)整好繼電保護(hù)系統(tǒng)的組織形態(tài)以及實際的運行模式，打造出新型的電力自動化產(chǎn)品。

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（作者單位：1??國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司;2??南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司）