數(shù)字化變電站繼電保護及自動化系統(tǒng)設計

申麗圓

（寧夏送變電工程有限公司，寧夏 銀川 750001）

在配電網(wǎng)絡中，變電站的主要作用就是能夠在用戶與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡之間建立起相應的聯(lián)系，在實際工作中，為了能夠?qū)﹄娔艿馁|(zhì)量展開實時的控制，首先就需要對變電站的情況進行實時的監(jiān)測，進而在最大程度上實現(xiàn)設備的最高運行效率?，F(xiàn)階段，我國的最為常見的幾種中低壓變電站主要包括：220 千伏、110 千伏、10 千伏。變電站的主要功能不僅能是為了保證電能的質(zhì)量，而且還具備很強的經(jīng)濟性，所以在相關領域中得到了大范圍的應用。

1 繼電保護的基本原理

在變電站中，繼電保護裝置的作用是不可小覷的，其主要功能是利用電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障前后的電氣物理量的實際變化情況，并依據(jù)相關的原理有效實現(xiàn)的。在電力系統(tǒng)的具體運行過程中，往往會在故障出現(xiàn)以后，其前后電氣物理量就會發(fā)生巨大的改變，最為突出的體現(xiàn)就是電流開始逐漸增大，電壓也會隨之降低、測量阻抗產(chǎn)生相應的波動以及電流與電壓之間的相位角出現(xiàn)很嚴重的差距。通過一系列相應的變化，繼電保護裝置也會隨之構成相應的繼電保護措施，例如母線繼電保護、變壓器繼電保護、發(fā)電機機電保護等等。

2 數(shù)字化變電站繼電保護

2.1 接線系統(tǒng)設計

為了能夠保證生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性，就必須要確保電力系統(tǒng)能夠始終保持正常運行的狀態(tài)，在對電纜進行整體不就的過程中也要遵循一定的規(guī)則，使其能夠更好地發(fā)揮出自身餓價值，實現(xiàn)對供電設備的保護。同時，還能夠有效達到生產(chǎn)的經(jīng)濟性以及科學性的目的。在整個供電系統(tǒng)中，主接線主要涵蓋了單母線、單母線分段以及橋型接法。在實際運用中，如果煤礦供電系統(tǒng)是35 千伏，就可以選擇相應的單母線連接手段。這樣的連接方式的特點在于：第一，利用斷路器將母線劃分成兩個部分。而且要保證兩部分的長度相同，之后將變電站的負荷也分成兩部分，與之前的兩段母線進行連接，這樣如果煤礦中的用電設備中出現(xiàn)隱患或者突發(fā)停電狀況時，相應的母線上的負荷就會轉(zhuǎn)移，進而在最大程度上減少其對煤礦的影響，確保重要負荷能夠有效發(fā)揮自身的作用，進行持續(xù)供電，進而使系統(tǒng)供電能夠更加安全；第二，在進行設備的檢修過程中，為了能夠使其操作性變得靈活，可以選擇將兩路負荷與相對應的母線進行連接；第三，該設備的整體結構相對來說比較簡單，而且性價比較高，在設備出現(xiàn)故障時也能夠在第一時間進行自動切換[1]。

2.2 提高系統(tǒng)冗余性

這也是能夠保證繼電系統(tǒng)安全性和可靠性的最有效措施，主要從以下幾個方面進行論述：可以有效通過以太網(wǎng)交換機的數(shù)據(jù)鏈的相關技術手段對變電站的具體運行狀態(tài)實施實時監(jiān)控；在三個基礎網(wǎng)絡的協(xié)同下，形成網(wǎng)絡構架的需求。在這個過程中，交換機成為促進總線結構數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ?，也能有效減少接線的作用，缺點就是其冗余度相對較差，所以當真正投入使用時，為了提升其敏感度可以將時間進行延長，促進冗余度的增強；外環(huán)結構上涉及到的構建也能更好地實現(xiàn)對冗余度的增強，一旦實現(xiàn)了與以太網(wǎng)的結合，就能夠成型相應的樹協(xié)議，這也是能夠增強冗余度的最有效的一種方式，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)在相應的時間和范圍內(nèi)對網(wǎng)絡重構的把控，但是要引起關注的是，外環(huán)結構在使用的過程中會消耗比較長的時間，任務完成的速度也會相對更慢，而且還既有可能影響到系統(tǒng)重構的效果；與之相比較，新型結構等待的時間則會更短一些，因此會在一些比較高的場合用到頻率比較多，而且不存在冗余度，但是其最大的弊端就在于一旦主交換機的過程中產(chǎn)生了問題，就會直接影響到信息的傳送，同時也會使可靠性大幅度降低，所以這種方式并不適合應用和推廣。要想從根本上保證變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性，就必須要加強對系統(tǒng)冗余度的提升。因此，在機電保護系統(tǒng)網(wǎng)絡構架的選擇過程中，就要充分結合系統(tǒng)運行的實際情況，并對不同架構的優(yōu)缺點進行對比、分析，進而選擇出最適合的架構。另外，鑒于環(huán)形結構本身就具備極強的可靠性，所以如果將其有效的應用到母線的保護裝置中，就能夠更好地實現(xiàn)對機電保護系統(tǒng)可靠性的增強。

2.3 電子交互感器

在與以往的互感器比較中發(fā)現(xiàn)，其在絕緣方面的設計來說相對比較簡單，而且其中也沒有涉及到任何油類的易燃物質(zhì)，這就會在很大程度上避免火災的發(fā)生，進而使得繼電保護系統(tǒng)整體的安全性都得到了全面的提升。除此之外，電子交互感應器通常是利用光纜與線纜進行連接，這也是與傳統(tǒng)線纜的最大區(qū)別，在進行這類電纜的更換過程中，也能夠很好地避免互感器在工作狀態(tài)下的電磁飽和現(xiàn)象，這對提升測量的精準度是非常有幫助的[2]。

3 自動化系統(tǒng)設計

3.1 變電站系統(tǒng)結構

當前，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)結構中，通常是由站控層、間隔層以及過程層共同組成。其中，處在變電站自動化最關鍵位置的就是站控層，其主要功能是可以及時向操作單位進行指令的傳達，并且能夠有效實現(xiàn)對配電網(wǎng)工作狀態(tài)下的實時監(jiān)控。在這個過程中，監(jiān)控主機主要通過與各個網(wǎng)絡節(jié)點進行連接；在變電站中，處于間隔層的區(qū)域，中低壓線路負荷決定著整個生產(chǎn)過程的安全性，因此要對整體的單元設備實時具體的監(jiān)控管理，并收集設備在工作狀態(tài)下的各項相關的數(shù)據(jù)信息，并對其進行控制。在過程中，通過相關型號單元的處理，進而實現(xiàn)對電流和電壓等的感應控制，同時再通過IEC16850 協(xié)議，將一些準確的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)進行傳輸，利用ML2400 網(wǎng)絡交換機實現(xiàn)對網(wǎng)絡的聯(lián)通。最后通過這是三個層面網(wǎng)絡結構的協(xié)同配合與優(yōu)化，達到變電站的自動化水平。

3.2 狀態(tài)監(jiān)測技術

狀態(tài)監(jiān)測技術在數(shù)字化變電站設計中的具體運用，可以有效將傳統(tǒng)中的定期檢修慢慢過渡到維修檢修，并將以往的定期檢修的相關流程和標準進行完善和創(chuàng)新，這樣既能夠提升工作效率，又能夠?qū)崿F(xiàn)對人力資源和物力資源的有效節(jié)約。通過狀態(tài)監(jiān)測技術對運行設備展開實時監(jiān)測，可以在很大程度上縮短故障維修過程中所耗費的時間，確保設備能夠在最短的時間內(nèi)快速恢復正常的使用狀態(tài)，此外，狀態(tài)監(jiān)測技術的應用，也可以有效檢測到設備異常以及事故等的初期征兆，為設備的正常、平穩(wěn)運行提供了強有力的支持和保障。現(xiàn)階段，在我國變電站的很多設備上，都在大范圍的運用狀態(tài)檢測技術，該技術在未來的發(fā)展中也必將得到更大程度的推廣。

3.3 數(shù)字網(wǎng)絡選型功能

在變電站自動化系統(tǒng)中，如果要將其自動化的優(yōu)勢充分體現(xiàn)出來，就必須要在構建功能模塊的過程中適當?shù)娜谌胍恍?shù)據(jù)庫的相關技術，對變電站設備、系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行有效的存儲、記錄，并且要對這些數(shù)據(jù)進行分析整合。當前階段，在我國的大部分變電站中，數(shù)據(jù)庫技術的應用不是很常見，主要原因就是在系統(tǒng)運行的過程中，必須要通過工作人員的手動輸入才能實現(xiàn)對維修數(shù)據(jù)的比對等，當系統(tǒng)中的感應器可以對相關的參數(shù)進行分類識別時，其就能夠通過與數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)的對比，判斷這些參數(shù)值是否超出了數(shù)據(jù)值的額定范圍，并能夠?qū)崿F(xiàn)對設備、系統(tǒng)等的故障進行判斷、分析，然后找出故障產(chǎn)生的主要原因。在變電站設備的實際運行工作中，如果產(chǎn)生了電磁波，并對設備的運行造成了一定的干擾，就需要通過數(shù)字化功能，將數(shù)字信號傳輸至控制系統(tǒng)中，并通過系統(tǒng)所具備的自動處理功能，針對設備中發(fā)出的控制指令進行合理的控制和調(diào)整。在這個完整的過程中，要做好合理的網(wǎng)絡選型，并明確以上功能都是可以挺過網(wǎng)絡選型的功能實現(xiàn)的，合理的網(wǎng)絡選型一方面能夠提升信號的整體傳輸速度，另一方面還能夠有效保證設備、系統(tǒng)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。為了能夠?qū)υ摷夹g進行合理的優(yōu)化，在變電站自動化系統(tǒng)數(shù)字化的實際應用中，設計人員在設計極端就要重策略的科學性，在進行系統(tǒng)設計時，要嚴格把控通行插件的質(zhì)量，提升系統(tǒng)的兼容性，使其更好地實現(xiàn)在與網(wǎng)絡選型技術的融合下，對自動化系統(tǒng)的控制功能進行升級和優(yōu)化。

3.4 數(shù)據(jù)通信功能

數(shù)據(jù)的通信功能中，最為常見的兩種方式一種是現(xiàn)場級通信，另一種是遠方通信。鑒于數(shù)字化變電場與普通的環(huán)境之間存在著一定的差異，在站內(nèi)的電磁環(huán)境更是相對復雜，所以很容易會對通信設備或者計算機造成影響。因此要科學的選擇通信設備，并及時采取相應的防范手段，以此來實現(xiàn)通信的正常運行，防止傳輸錯誤的發(fā)生。

4 結語

當前，在智能電網(wǎng)的建設中，數(shù)字化變電站是其中最受關注的一部分，繼電保護技術對智能變電站來說是極為重要的一項技術，并且能夠從根本上保證變電站的安全、穩(wěn)定運行。在經(jīng)濟社會背景下，相關的技術人員也要重視數(shù)字化變電站繼電保護的重要性，并針對一些常見的問題，采取科學的手段及時進行解決，保證數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行。