数字化变电站继电保护二次装置适应性研究

李诚

摘要：伴随着国民经济及计算机网络、自动化技术和微电子技术等的飞速发展，数字化变电站应运而生。数字化变电站在提升人们生产和生活质量方面发挥着越来越重要的作用。继电保护二次装置在数字化变电站中的应用以及表现出的一些适应性的问题也普遍受到人们的重视。

关键词：数字化变电站，继电保护，适应性

引言：变电站对整个电力电网系统的正常运行又发挥着巨大的作用。本文就数字化变电站的发展入手，简单介绍以IEC61850为依据的数字化变电站的主要技术特点，并对数字化变电站继电保护二次装置的适应性进行简单的探讨。目前我国的数字化变电站主要沿用传统的继电保护装置，其与数字化变电站的电子式互感器、过程层网络等一些较复杂的设备元件的适用性还有待提高。

一、国内外数字化变电站发展背景及我国国产数字化变电设备情况

自上世纪五十年代起，一些国家便开始对数字化变电站进行研究，直到上世纪末，建立在以太网基础上的用来连接ABB、ALSTOM和SIEMENS的IEC61850-8-1得以实现。随后，ABB 和 SIEMENS先后进行了间隔层设备的互操作试验和采样值传输互操作试验且都取得成功。国外成功开发了符合IEC61850标准的集保护装置、智能断路器、带数字接口的光CT等于一身的智能电子设备。而我国在第一代分层分布式变电站自动化系统产品的基础上推出了第二代产品，随着智能化开关、光电式电流电压互感器和变电站二次设备的大力发展，数字化变电站逐渐实现了智能电气设备间的信息共享性和互操作性。

我国国产的数字化变电站主设备主要由智能化互感器、开关等其他一次设备和具备过程层通信接口的二次设备构成。智能化互感器用来输出数字信号，其涵盖的电压范围为10kV～500kV，其中有些产品已与世界先进水平相当。而我国在智能开关设备等其他智能一次设备的研发发面还有很大欠缺，为此，我国采取了在一次设备端子箱安装智能终端的方法，用来收集设备状态信号和控制操作设备，通过光纤通信实现与二次设备间的信息交换。数字化变电站的二次设备能够通过通信系统实现与智能一次设备间的数字信息的交换。目前我们国家已经成功研发出具备过程层通信接口的数字化变电站全套二次设备。

二、数字化变电站继电保护装置的主要特点

1、与传统的变电站继电保护装置相比，数字化变电站继电保护装置不再由复杂的以微处理器为基础的数字电路组成，而是由光信号接收单元、CPU、开入单元、存储装置、通信接口、人机接口、出口单元等多个组成元件构成。传统的继电保护设备其外围接口分布在核心数字单位附近，数字化继电保护设备则通过电子互感器获得数字信号。数字化继电保护装置比传统继电保护装置可供选择的接口更多，功能也更全面。

2、不论传统的变电站继电保护装置，还是数字化变电站（如下图）继电保护装置，接口都是整个变电站继电保护装置顺利运行的重要环节。数字化继电保护装置的接口实现了数字化的信号传输，比起传统的继电保护装置，它使变电站的管理更为便捷。数字化变电站的采用的一次设备是电子互感器，它以光数学信号的形式，将采集的信息传递到低压端，然后经过MU系统的处理，得到符合标准的数字量，进而输出。数字化继电保护装置的MU系统能够在光纤信号传输过程中自行将高次谐波过滤掉，这样就不必再使用低通滤波器等模块，而是采用光收发模块来实现光电的转换。数字化继电保护装置的接口可以采用的形式具有很大的灵活性，这也为变电站的综合管理提供了便利。

三、数字化变电站继电保护的相关适应性的簡单分析

（一）数字化变电站采用的电子式互感器不同，则继电保护装置与其相互适应的情况也不同。电子式互感器从不同的角度有不同的划分。就目前而言，根据供能方式的不同，电子式互感器可分为有源式电子式互感器和无源式电子式互感器两种。根据其依据原理的不同，电子式互感器可分为基于Rogowski线圈原理的电子式互感器和基于光学原理的电子式互感器。就目前我国电子互感器的市场应用情况来看，根据不同的制作工艺和基于不同原理生产的电子式互感器多种多样，也因此使得其与继电保护装置的相互适应性有一些差异，主要表现在测量延时差异和量程差异上。

（二）在数字化变电站继电保护装置中，继电保护动作采用过程层组网的方式，同传统的变电站继电保护装置相比，其继电保护动作时间变长。在电力系统尤其是高压电网系统中，继电保护动作时间的长短直接影响保护装置运行的稳定性能。这是因为动作时间越长，制动面积就越大，系统运行的稳定性就会降低。而数字化继电保护装置或多或少存在电子式互感器延时、采样值延时、网络延时等现象，这也是造成继电保护时间延长的直接原因。在数字化变电站继电保护装置的实际应用中，应该力求减小电子式互感器的延时，减少相关环节用时，提高优化过程层结构的技术水平。

（三）在数字化变电站继电保护装置的应用中，常常会遇到电子式互感器传输数据出错的现象。这是因为电子式互感器的传输过程受到很多因素的影响，如机器故障、外界干扰等，都可能造成其传输的数据信号出现错误，从而影响数据的准确性，造成继电保护装置发生错误的判断和动作。在实际工作中，应该积极改进判断故障的试验和方法，加强对电子式互感器的测试力度，减少对继电保护装置的不利影响，避免其发生误动作。

（四）传统的变电站继电保护装置通过模数对数据进行处理，而数字化变电站继电保护装置采用的网络设备和电子式互感器会在数据传输和处理的过程中造成一定的延时，使传输数据的时间顺序受到一定的干扰，导致采样出现不同步的现象。在数字化变电站中，应该力求电子式互感器与继电保护装置的采样一致，减少传输过程中的延时差异，通过采取统一的外部时钟源及采取合并单元差值计算的方法，尽最大可能使数字化变电站的数据同步。

四、结语

随着数字化变电站的应用越来越广泛，数字化变电站的继电保护二次装置的适应性也越来越受到人们的重视。继电保护装置对电力系统的正常运行起着重要的作用。目前我国的数字化变电站还有很大一部分采用传统的继电保护装置，继电保护装置与电子式互感器、过程层网络的配套运行中还存在一些问题，应该重视对数字化变电站继电保护装置相关的适应性问题进行进一步的研究。

参考文献：

[1] 黄锦林，韦林，高嵩.数字化变电站继电保护技术研究.价值工程.2012，31：28.

[2] 李仲青，周泽昕，黄毅，周春霞，詹荣荣，李明，杜丁香，房亚囡. 继数字化变电站继电保护适应性研究.电网技术. 2001，35：211-215.

[3]孟恒信，梁旭等.数字化变电站继电保护闭环实时仿真系统研究.电网技术.2010，12：198-203.