電力系統(tǒng)中智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)分析

鄒怡 黃曉明

【摘要】隨著近年來(lái)電力系統(tǒng)快速發(fā)展，規(guī)模也變得越來(lái)越大。變電站在我國(guó)電力系統(tǒng)中占有較大的成分，確保變電站的安全和穩(wěn)定是對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保證。隨著現(xiàn)代化科技的不斷發(fā)展，加強(qiáng)智能變電站建設(shè)，發(fā)展繼電保護(hù)技術(shù)的自動(dòng)化方向，已經(jīng)是未來(lái)電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本文首先對(duì)智能變電站和繼電保護(hù)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上分析了智能變電站對(duì)繼電保護(hù)的影響，最后對(duì)智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)展開(kāi)了相應(yīng)的分析，以期促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)的穩(wěn)序發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);智能變電站;繼電保護(hù)技術(shù);

0.引言

當(dāng)前加強(qiáng)我國(guó)電力事業(yè)建設(shè)最重要的一個(gè)方面就是堅(jiān)持智能變電站的發(fā)展，智能變電站是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的重要組成[1]。面對(duì)當(dāng)前夏冬兩季的用電高峰期，如何確保電網(wǎng)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)變電站的可靠已成為研究的重點(diǎn)，相應(yīng)的發(fā)展變電站繼電保護(hù)技術(shù)也是未來(lái)電力系統(tǒng)的一大發(fā)展內(nèi)容[2]。本文首先對(duì)智能變電站和繼電保護(hù)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上分析了智能變電站對(duì)使用電子變壓器，電網(wǎng)公司，智能斷路器技術(shù)，智能斷路器技術(shù)，信息安全問(wèn)題，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息和保護(hù)原理的影響，最后對(duì)智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)展開(kāi)了相應(yīng)的分析，以期促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)的穩(wěn)序發(fā)展。

1.智能變電站技術(shù)

1.1智能變電站概述

智能變電站是一種信得過(guò)的先進(jìn)型的智能化設(shè)備，優(yōu)勢(shì)在于信息的標(biāo)準(zhǔn)化及共享，全站信息數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，并能自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量、控制、采集、保護(hù)和監(jiān)控等變電站的各種功能，如，并根據(jù)電網(wǎng)進(jìn)行智能控制、協(xié)同交互、在線分析。智能變電站作為我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)的重要內(nèi)容和發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一協(xié)議、信息聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備、自動(dòng)化運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)化等內(nèi)容[3]。智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)的運(yùn)用能有效的降低工程成本和日常的維護(hù)費(fèi)用，也有效地解決了傳統(tǒng)變電站電磁變壓器存在的問(wèn)題，電力技術(shù)也有了新的發(fā)展。

1.2智能變電站特點(diǎn)

智能變電站這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)源于智能電網(wǎng)的概念。它既是電網(wǎng)的基本節(jié)點(diǎn)，又是電網(wǎng)構(gòu)建的保障。智能變電站的構(gòu)成組件是可靠性高和集成度好的先進(jìn)的智能設(shè)備。智能變電站的信息傳輸是基于高速網(wǎng)絡(luò)通信在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行各種功能，如信息測(cè)量，測(cè)量、控制、采集、保護(hù)和監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還執(zhí)行各種控制操作，如智能調(diào)整，合作互動(dòng)，根據(jù)電網(wǎng)在線分析。智能變電站的特點(diǎn)一般包括數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化，全站采用統(tǒng)一的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息交換;二次設(shè)備組網(wǎng)，用光纖代替變電站原有的控制電纜，利用網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行傳播;一次設(shè)備初步智能化，增加了智能電子變壓器、合并單元等設(shè)備。

1.3智能變電站與常規(guī)變電站的比較

智能變電站是技術(shù)進(jìn)步的一種手段。傳統(tǒng)的變電站只進(jìn)行一次變電站工作，單個(gè)變電站的效率會(huì)明顯降低，精度不太高[4]。而智能變電站采用二次變電方式，在變電效率良好的情況下也能保證整個(gè)變電過(guò)程的安全，則能夠很好的解決此類問(wèn)題。

智能變電站是一種新技術(shù)的產(chǎn)物。其核心是屬于智能自動(dòng)控制。在保證設(shè)備基本運(yùn)行的同時(shí)，保護(hù)設(shè)備的安全。除了具備以往變電站所有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，智能變電站還能實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)的智能化以及二次系統(tǒng)的數(shù)字化。同時(shí)，它們還具有以往變電站所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，傳輸效率高，信息安全，操作方便。變電站通信協(xié)議統(tǒng)一。在變電站的傳輸過(guò)程中，通信部分是保證信號(hào)傳輸安全的關(guān)鍵。采用統(tǒng)一的傳輸協(xié)議，可以使數(shù)據(jù)傳輸更加安全，不受其他信號(hào)的干擾，可以使傳輸更加自動(dòng)化。

2.智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)

2.1智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)的基本概念

當(dāng)變電站的電力系統(tǒng)或者組件存在問(wèn)題、危及到整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，繼電保護(hù)技術(shù)就能夠派上用場(chǎng)，他會(huì)及時(shí)的發(fā)出警報(bào)信號(hào)，保障線路的安全，從而減小故障產(chǎn)生的影響和帶來(lái)的危害，進(jìn)而縮小問(wèn)題波及的范圍。變電站繼電保護(hù)可分為主變保護(hù)，線路保護(hù)和母聯(lián)保護(hù)三種。對(duì)其進(jìn)行細(xì)分，可將主變保護(hù)分為主保護(hù)和后備保護(hù)，主保護(hù)通常包括重瓦斯保護(hù)以及差動(dòng)保護(hù);線路保護(hù)，通常采用兩級(jí)或三級(jí)電流保護(hù)，其中一種是電流速斷保護(hù)，第二種是限時(shí)電流速斷保護(hù)，第三種是過(guò)流保護(hù);母線保護(hù)需要在電流受限時(shí)保護(hù)電流和過(guò)電流保護(hù)。及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠等是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的基本要求。隨著繼電保護(hù)技術(shù)的日益發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

2.2智能變電站繼電保護(hù)的組成

繼電保護(hù)的組成通常分為測(cè)量、邏輯和執(zhí)行部分。繼電保護(hù)的一個(gè)過(guò)程就是測(cè)量部分將測(cè)量的道德值與設(shè)定的每一個(gè)值都進(jìn)行逐一的對(duì)比，將比較結(jié)果輸出給邏輯部分;邏輯部分主要根據(jù)輸入的值進(jìn)行組合和排序，對(duì)輸入量的大小、順序和所屬性質(zhì)等內(nèi)容組合來(lái)判斷并決定是否執(zhí)行繼電保護(hù)操作;如果判斷的結(jié)果為需要執(zhí)行此操作，則向執(zhí)行部分發(fā)出信號(hào)，執(zhí)行部分立即或延遲發(fā)出報(bào)警信號(hào)或跳閘信號(hào)。

3.智能變電站對(duì)繼電保護(hù)的影響

智能變電站的推廣應(yīng)用將對(duì)變電站使用電子變壓器，電網(wǎng)公司，智能斷路器技術(shù)，智能斷路器技術(shù)，信息安全問(wèn)題，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息和保護(hù)原理等方面都產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。智能化變電站的推廣將創(chuàng)造新的市場(chǎng)需求。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)涉及的產(chǎn)品范圍很廣。一次設(shè)備和二次設(shè)備制造商都必須適應(yīng)新的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，抓住新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。綜合推廣數(shù)字化變電站技術(shù)必然導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重大變化。

3.1使用電子式互感器的影響

智能變電站采用電子式互感器技術(shù)進(jìn)行電量采集，對(duì)于二次系統(tǒng)最明顯的變化就是系統(tǒng)的電流、電壓、功率、頻率等電量信息變得很低的數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)光纜實(shí)現(xiàn)直接向變電站二次系統(tǒng)IED設(shè)備的直接傳輸。一次和二次系統(tǒng)之間能實(shí)現(xiàn)較好的電氣隔絕，一次系統(tǒng)故障對(duì)二次系統(tǒng)產(chǎn)生的影響將降到最低，得到有效的控制，不需要在變電站二次系統(tǒng)中引入交流二次電纜，這也就解決了傳統(tǒng)變電站中由于交流電纜而引起的導(dǎo)電電磁干擾現(xiàn)象，極大的提升了二次系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，還能大大減少二次布線錯(cuò)誤引起的保護(hù)誤操作、拒接、絕緣降低等事故。該電子變壓器動(dòng)態(tài)范圍大，對(duì)各種應(yīng)用適應(yīng)性強(qiáng)。合并單元可以將信號(hào)輸出到不同的設(shè)備。只要合并單元的輸出接口數(shù)量足夠，就能滿足使用容量限制的需求，保證信息收集的唯一性。

3.2智能斷路器技術(shù)應(yīng)用的影響

在變電站采用智能斷路器技術(shù)或智能控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)原位斷路器控制功能，用光纜傳輸來(lái)代替原來(lái)復(fù)雜電纜連接的跳合閘回路，不僅消除了二次系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)站的聯(lián)系，減少了電磁干擾和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量，有利于維護(hù)的進(jìn)行。同時(shí)，還有效的提高了一次設(shè)備的運(yùn)行時(shí)限，減少維修操作的難度對(duì)電網(wǎng)安全的影響。

3.3基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的信息處理的影響

智能變電站實(shí)現(xiàn)各種信息處理功能都是基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，IED設(shè)備在工藝層、bay層、站控層，以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等構(gòu)成了整個(gè)電路的二次系統(tǒng)，能夠?qū)ζ涓鱾€(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，變電站內(nèi)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通功能，也進(jìn)一步加強(qiáng)了系統(tǒng)之間的聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)即插即用。

3.4信息安全問(wèn)題突出

信息的安全性在采用對(duì)等通信模式后顯得十分重要。變電站實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息交互機(jī)制體現(xiàn)在局部特征上的安全還是能得到較好保障。在變電站采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式進(jìn)行信息交換后，局域網(wǎng)內(nèi)能實(shí)現(xiàn)所有的IED設(shè)備進(jìn)行信息的傳遞和交換[5]。因此，一旦簡(jiǎn)易爆炸裝置受到惡意攻擊，如果沒(méi)有有效的信息安全保護(hù)，可能會(huì)危及到整個(gè)變電站系統(tǒng)的安全，影響設(shè)備的合理運(yùn)行。由于變電站IED設(shè)備之間采取的對(duì)等通信模式，使用軟件就能實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的隔離措施，系統(tǒng)控制、跳閘、聯(lián)鎖等功能的運(yùn)行全部都是依靠變電站集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。因此加強(qiáng)變電站信息安全建設(shè)就顯得尤為重要，且在對(duì)等通信模式下更加重要，體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題上。

3.5對(duì)電網(wǎng)公司的影響

變電站應(yīng)用涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和行業(yè)，如自動(dòng)化系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、高壓開(kāi)關(guān)、變壓器、GPS，測(cè)試驗(yàn)證等，全面提升不僅電力自動(dòng)化相關(guān)制造商的努力，還要設(shè)備能支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行管理模式也需要相應(yīng)的提高。成熟的技術(shù)和觀念的改變是需要時(shí)間的。這意味著進(jìn)一步實(shí)施和推廣智能變電站需要進(jìn)一步努力。智能變電站的應(yīng)用將是一個(gè)分階段進(jìn)行的過(guò)程。不斷擴(kuò)大電網(wǎng)的規(guī)模和容量，電壓水平的持續(xù)改進(jìn)，加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)操作的分離，電網(wǎng)公司已經(jīng)從僅僅關(guān)注安全生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)向全面的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的綜合管理;從變電站建設(shè)的、無(wú)人值守、集中控制、專業(yè)管理一體化、變電站資產(chǎn)全壽命周期管理理論的實(shí)際應(yīng)用都體現(xiàn)了這一內(nèi)在變化。綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是電網(wǎng)公司不斷進(jìn)行變電站技術(shù)投資的內(nèi)在動(dòng)力。只有提高自動(dòng)化水平，才能最終達(dá)到提高綜合效益水平的目的。

3.6對(duì)繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息和保護(hù)原理的影響

電子變壓器代替電磁變壓器，引起了繼電保護(hù)數(shù)據(jù)源的一定變化。使用電子變壓器后，需要重新規(guī)劃電磁變壓器設(shè)定的算法和原理。此外，電子變壓器可能會(huì)造成數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)同步，繼電保護(hù)的延時(shí)問(wèn)題，對(duì)繼電保護(hù)的運(yùn)行效果有很大的影響。在數(shù)據(jù)處理上，智能變電站根據(jù)ICE61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二次系統(tǒng)進(jìn)行改造，使繼電保護(hù)的數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)措施發(fā)生變化。ICE61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，設(shè)備之間的聯(lián)系和信息交換更加頻繁，并創(chuàng)造了一種新型的更加可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理方式實(shí)現(xiàn)從而形成了一種新的保護(hù)規(guī)范。此外，數(shù)據(jù)傳輸模式上也發(fā)生了較大的變化，從原來(lái)的電纜傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線傳輸模式，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，讓繼電保護(hù)更加靈活，同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)信息傳輸。

4.電力系統(tǒng)中智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)分析

4.1線路繼電保護(hù)技術(shù)

實(shí)施線路繼電保護(hù)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)了解變電站狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)可以立即檢測(cè)并給出預(yù)警，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，保持線路和系統(tǒng)的安全。此外，還可以在線路上安裝檢測(cè)裝置，檢測(cè)智能變電站的運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送回控制監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)變電站采取相應(yīng)的針對(duì)性措施，例如是否發(fā)出繼電保護(hù)等。

4.2變壓器繼電保護(hù)

變壓器能起到很好的保護(hù)元件的功能，采用變壓器繼電保護(hù)，在后備部分的安裝中，集中安裝方式是最合適的。選擇這種安裝方式，能對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)最大程度上的保護(hù)，并確保其非電量保護(hù)這一核心模塊的安全。但該方式要求接電纜和繼電保護(hù)裝置。如果變壓器受到不利因素的影響，非電量保護(hù)模塊將自動(dòng)切換到跳閘狀態(tài)，有效控制可能由于不利因素的干擾而引起的問(wèn)題，及時(shí)緩解線路故障，，并確保變壓器和線路的安全穩(wěn)定。

4.3過(guò)流功率限制保護(hù)

變電站在運(yùn)行時(shí)由于電力過(guò)載常常容易造成電力系統(tǒng)的斷開(kāi)。這種過(guò)載電流會(huì)引起外部故障和跳閘。因此，有必要對(duì)電力系統(tǒng)智能變電站的線路進(jìn)行過(guò)流限電保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷電流現(xiàn)象時(shí)，向控制中心及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并申請(qǐng)進(jìn)行有效的保護(hù)，從而有效的提高繼電保護(hù)的穩(wěn)定性和可靠性。

5.總結(jié)

智能變電站是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容和核心步驟，隨著變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站繼電保護(hù)技術(shù)也相應(yīng)的提出了更高水平的要求，這就要求我們不僅要考慮智能變電站的技術(shù)可行性和可靠性，同時(shí)還要將其對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)的影響考慮在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)兩者之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、和諧的發(fā)展。因此，對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)展開(kāi)研究是十分重要，只有牢牢把握繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展方向，才能確保其未來(lái)在智能變電站領(lǐng)域的應(yīng)用是科學(xué)、合理、前瞻的。

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