浅探变电站数字化技术对继电保护的影响

游德智

摘要：介绍了变电站数字化技术对继电保护的影响。

关键词：变电站；数字化；继电保护

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）36-8828-02

1 概述

理想的数字化变电站是指变电站内一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通信，并具有全站统一的数据模型和数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。数字化变电站在物理结构上可分为智能化一次设备、网络化二次设备和统一的通信平台。IEC61850是迄今为止最为完善的变电站自动化的通信标准，也是第一个完整的以实现IED和操作性为目标的通信标准体系，它代表了变电站自动化的未来发展方向。[1]

2 数字化技术对继电保护

2.1 基于网络通信技术的信息处理

变电站数字化的各项信息采集、处理、传输和存储等功能的实现完全基于网络通信技术。整个变电站的二次系统由网关、交换机、接口装置等各层的IED设备及网络通信设备组成，可以实时监视各个环节的工作。变电站内智能设备实现了互操作性，使系统改造升级更加容易。

传统变电站使用的是IEC60870系列通信协议，该系列协议可以满足变电站传输保护和监视信息的需求，但是因为该协议是面向信号的协议，强调数据格式，对通用分类服务的语法和传输的过程没有详细说明，不同厂商的设备存在差异，不同设备之间的互操作性和兼容性较差，如图1所示。[2]

变电站数字化采用IEC61850标准，通过协议的应用，经由系统通信网络，在变电站各个位置分散安装的传感器，可以将信号直接传送至保护、控制系统，如图2所示。主保护、后备保护等保护和控制功能可以在多个IED 中灵活地分配，提高了配置的灵活性和互操作性，简化数据库维护，增加数据共享。数据模型通过面向对象的编程方法和代码重用技术可以重用。用户可以通过图形化的编程语言自由地组织保护方案。

变电站内网络化智能装置功能将重新整合，配置将更为优化合理。如目前微机保护装置中的录波功能主要用于记录和分析保护本身的动作行为，结构相对简单且采样率较低。如果要达到专用故障录波器的性能，还要解决装置间采样同步问题，而且可能会影响其主要功能即保护功能的发挥，代价会很大。IEC61850引入之后，统一了装置的硬件和软件平台，由于保护功能集成配置更加灵活，专用录波器将会所被取消。

2.2 采用电子式互感器的影响

采用电子式互感器为主的非常规互感器比传统互感器更为优越，对继电保护和变电站自动化系统产生的影响主要表现在如下方面：

1） 电子式互感器的特性为线性的，在短路时电子式电流互感器不会饱和。继电保护的选择性、灵敏度和快速性均得到了明显的提高，解决了线路纵差保护、主变差动保护和母差保护的电流互感器饱和暂态精度不高等难题。

2） 电子式互感器的使用简化了电力系统一、二次设备的配置，不再使用复杂的连接线。与一次系统有关的数据可以安全、可靠、实时地传输至二次设备侧的微机处理系统，能大量节省电缆和工程量。

3） 电子式互感器兼具大测量范围和高精确度的优点，保护功能和测量功能可以同时使用一个互感器。并且由于电子式互感器的频率带宽范围大，基于电流电压测量的新保护算法的研制更加容易。

4） 电子式互感器的使用将为保护的优化配置创造条件。例如母差保护可以不再采取集中式布置，而将各间隔单元分散布置，通过网络连接起来，各保护单元根据本回路的电流量和从网络获得的其他所有回路的电流量进行母差计算，并进行相应的动作，提高了系统的可靠性。

2.3 数字化开关设备的影响

开关设备和二次设备之间有开关位置信号、开关告警信号、开关控制信号等信息需要传输，开关设备的数字化对继电保护和测控装置的最大影响是二次智能装置跳合闸回路以及遥信回路的改变。[2]

在传统的变电站中，变电站内电缆沟、电缆层中有庞大的二次电缆群。这是由于二次智能装置必须通过硬接点方式完成跳合闸操作和遥信量采集，在电缆中这些信息以模拟信号的方式传送。在采用IEC61850标准后，变电站数字化在通信中采用过程层通信方法，开关设备内的遥信信号和控制命令将通过通信报文的方式来实现，取消了控制电缆。以网络的方式传送保护信息的优点在于：1、降低电缆成本；2、变模拟信号为数字信号能大大增加传输的带宽和信息量；3、方便地实现基于软件和网络的联锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系统的可靠性。

形成过程层通信之后，跳合闸报文将直接从微机保护装置和测控装置的通信控制器中发出，在二次智能装置跳合闸回路中可以取消保护的开入量插件，将所有功能压板改成软压板，装置跳合闸回路只在智能操作箱保留出口跳合闸压板。

3 结束语

数字化变电站将变革传统的变电站一、二次设备，它的特点是采用面向对象的数据统一建模、分布分层的结构体系、抽象通信服务接口和特殊通信服务映射技术，实现IED间的互操作，是一个面向未来的开放体系结构。

参考文献：

[1] 高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006，30（23）：67-71.endprint

摘要：介绍了变电站数字化技术对继电保护的影响。

关键词：变电站；数字化；继电保护

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）36-8828-02

1 概述

理想的数字化变电站是指变电站内一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通信，并具有全站统一的数据模型和数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。数字化变电站在物理结构上可分为智能化一次设备、网络化二次设备和统一的通信平台。IEC61850是迄今为止最为完善的变电站自动化的通信标准，也是第一个完整的以实现IED和操作性为目标的通信标准体系，它代表了变电站自动化的未来发展方向。[1]

2 数字化技术对继电保护

2.1 基于网络通信技术的信息处理

变电站数字化的各项信息采集、处理、传输和存储等功能的实现完全基于网络通信技术。整个变电站的二次系统由网关、交换机、接口装置等各层的IED设备及网络通信设备组成，可以实时监视各个环节的工作。变电站内智能设备实现了互操作性，使系统改造升级更加容易。

传统变电站使用的是IEC60870系列通信协议，该系列协议可以满足变电站传输保护和监视信息的需求，但是因为该协议是面向信号的协议，强调数据格式，对通用分类服务的语法和传输的过程没有详细说明，不同厂商的设备存在差异，不同设备之间的互操作性和兼容性较差，如图1所示。[2]

变电站数字化采用IEC61850标准，通过协议的应用，经由系统通信网络，在变电站各个位置分散安装的传感器，可以将信号直接传送至保护、控制系统，如图2所示。主保护、后备保护等保护和控制功能可以在多个IED 中灵活地分配，提高了配置的灵活性和互操作性，简化数据库维护，增加数据共享。数据模型通过面向对象的编程方法和代码重用技术可以重用。用户可以通过图形化的编程语言自由地组织保护方案。

变电站内网络化智能装置功能将重新整合，配置将更为优化合理。如目前微机保护装置中的录波功能主要用于记录和分析保护本身的动作行为，结构相对简单且采样率较低。如果要达到专用故障录波器的性能，还要解决装置间采样同步问题，而且可能会影响其主要功能即保护功能的发挥，代价会很大。IEC61850引入之后，统一了装置的硬件和软件平台，由于保护功能集成配置更加灵活，专用录波器将会所被取消。

2.2 采用电子式互感器的影响

采用电子式互感器为主的非常规互感器比传统互感器更为优越，对继电保护和变电站自动化系统产生的影响主要表现在如下方面：

1） 电子式互感器的特性为线性的，在短路时电子式电流互感器不会饱和。继电保护的选择性、灵敏度和快速性均得到了明显的提高，解决了线路纵差保护、主变差动保护和母差保护的电流互感器饱和暂态精度不高等难题。

2） 电子式互感器的使用简化了电力系统一、二次设备的配置，不再使用复杂的连接线。与一次系统有关的数据可以安全、可靠、实时地传输至二次设备侧的微机处理系统，能大量节省电缆和工程量。

3） 电子式互感器兼具大测量范围和高精确度的优点，保护功能和测量功能可以同时使用一个互感器。并且由于电子式互感器的频率带宽范围大，基于电流电压测量的新保护算法的研制更加容易。

4） 电子式互感器的使用将为保护的优化配置创造条件。例如母差保护可以不再采取集中式布置，而将各间隔单元分散布置，通过网络连接起来，各保护单元根据本回路的电流量和从网络获得的其他所有回路的电流量进行母差计算，并进行相应的动作，提高了系统的可靠性。

2.3 数字化开关设备的影响

开关设备和二次设备之间有开关位置信号、开关告警信号、开关控制信号等信息需要传输，开关设备的数字化对继电保护和测控装置的最大影响是二次智能装置跳合闸回路以及遥信回路的改变。[2]

在传统的变电站中，变电站内电缆沟、电缆层中有庞大的二次电缆群。这是由于二次智能装置必须通过硬接点方式完成跳合闸操作和遥信量采集，在电缆中这些信息以模拟信号的方式传送。在采用IEC61850标准后，变电站数字化在通信中采用过程层通信方法，开关设备内的遥信信号和控制命令将通过通信报文的方式来实现，取消了控制电缆。以网络的方式传送保护信息的优点在于：1、降低电缆成本；2、变模拟信号为数字信号能大大增加传输的带宽和信息量；3、方便地实现基于软件和网络的联锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系统的可靠性。

形成过程层通信之后，跳合闸报文将直接从微机保护装置和测控装置的通信控制器中发出，在二次智能装置跳合闸回路中可以取消保护的开入量插件，将所有功能压板改成软压板，装置跳合闸回路只在智能操作箱保留出口跳合闸压板。

3 结束语

数字化变电站将变革传统的变电站一、二次设备，它的特点是采用面向对象的数据统一建模、分布分层的结构体系、抽象通信服务接口和特殊通信服务映射技术，实现IED间的互操作，是一个面向未来的开放体系结构。

参考文献：

[1] 高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006，30（23）：67-71.endprint

摘要：介绍了变电站数字化技术对继电保护的影响。

关键词：变电站；数字化；继电保护

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）36-8828-02

1 概述

理想的数字化变电站是指变电站内一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通信，并具有全站统一的数据模型和数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。数字化变电站在物理结构上可分为智能化一次设备、网络化二次设备和统一的通信平台。IEC61850是迄今为止最为完善的变电站自动化的通信标准，也是第一个完整的以实现IED和操作性为目标的通信标准体系，它代表了变电站自动化的未来发展方向。[1]

2 数字化技术对继电保护

2.1 基于网络通信技术的信息处理

变电站数字化的各项信息采集、处理、传输和存储等功能的实现完全基于网络通信技术。整个变电站的二次系统由网关、交换机、接口装置等各层的IED设备及网络通信设备组成，可以实时监视各个环节的工作。变电站内智能设备实现了互操作性，使系统改造升级更加容易。

传统变电站使用的是IEC60870系列通信协议，该系列协议可以满足变电站传输保护和监视信息的需求，但是因为该协议是面向信号的协议，强调数据格式，对通用分类服务的语法和传输的过程没有详细说明，不同厂商的设备存在差异，不同设备之间的互操作性和兼容性较差，如图1所示。[2]

变电站数字化采用IEC61850标准，通过协议的应用，经由系统通信网络，在变电站各个位置分散安装的传感器，可以将信号直接传送至保护、控制系统，如图2所示。主保护、后备保护等保护和控制功能可以在多个IED 中灵活地分配，提高了配置的灵活性和互操作性，简化数据库维护，增加数据共享。数据模型通过面向对象的编程方法和代码重用技术可以重用。用户可以通过图形化的编程语言自由地组织保护方案。

变电站内网络化智能装置功能将重新整合，配置将更为优化合理。如目前微机保护装置中的录波功能主要用于记录和分析保护本身的动作行为，结构相对简单且采样率较低。如果要达到专用故障录波器的性能，还要解决装置间采样同步问题，而且可能会影响其主要功能即保护功能的发挥，代价会很大。IEC61850引入之后，统一了装置的硬件和软件平台，由于保护功能集成配置更加灵活，专用录波器将会所被取消。

2.2 采用电子式互感器的影响

采用电子式互感器为主的非常规互感器比传统互感器更为优越，对继电保护和变电站自动化系统产生的影响主要表现在如下方面：

1） 电子式互感器的特性为线性的，在短路时电子式电流互感器不会饱和。继电保护的选择性、灵敏度和快速性均得到了明显的提高，解决了线路纵差保护、主变差动保护和母差保护的电流互感器饱和暂态精度不高等难题。

2） 电子式互感器的使用简化了电力系统一、二次设备的配置，不再使用复杂的连接线。与一次系统有关的数据可以安全、可靠、实时地传输至二次设备侧的微机处理系统，能大量节省电缆和工程量。

3） 电子式互感器兼具大测量范围和高精确度的优点，保护功能和测量功能可以同时使用一个互感器。并且由于电子式互感器的频率带宽范围大，基于电流电压测量的新保护算法的研制更加容易。

4） 电子式互感器的使用将为保护的优化配置创造条件。例如母差保护可以不再采取集中式布置，而将各间隔单元分散布置，通过网络连接起来，各保护单元根据本回路的电流量和从网络获得的其他所有回路的电流量进行母差计算，并进行相应的动作，提高了系统的可靠性。

2.3 数字化开关设备的影响

开关设备和二次设备之间有开关位置信号、开关告警信号、开关控制信号等信息需要传输，开关设备的数字化对继电保护和测控装置的最大影响是二次智能装置跳合闸回路以及遥信回路的改变。[2]

在传统的变电站中，变电站内电缆沟、电缆层中有庞大的二次电缆群。这是由于二次智能装置必须通过硬接点方式完成跳合闸操作和遥信量采集，在电缆中这些信息以模拟信号的方式传送。在采用IEC61850标准后，变电站数字化在通信中采用过程层通信方法，开关设备内的遥信信号和控制命令将通过通信报文的方式来实现，取消了控制电缆。以网络的方式传送保护信息的优点在于：1、降低电缆成本；2、变模拟信号为数字信号能大大增加传输的带宽和信息量；3、方便地实现基于软件和网络的联锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系统的可靠性。

形成过程层通信之后，跳合闸报文将直接从微机保护装置和测控装置的通信控制器中发出，在二次智能装置跳合闸回路中可以取消保护的开入量插件，将所有功能压板改成软压板，装置跳合闸回路只在智能操作箱保留出口跳合闸压板。

3 结束语

数字化变电站将变革传统的变电站一、二次设备，它的特点是采用面向对象的数据统一建模、分布分层的结构体系、抽象通信服务接口和特殊通信服务映射技术，实现IED间的互操作，是一个面向未来的开放体系结构。

参考文献：

[1] 高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006，30（23）：67-71.endprint