试论数字化变电站继电保护技术

2016-07-13周亚鲁晓威陈腾飞郭振华王广跃

大科技 2016年8期

关键词：保护装置继电保护变电站

周亚鲁晓威陈腾飞郭振华王广跃

（国网安徽电力公司滁州供电公司安徽滁州 239000）

试论数字化变电站继电保护技术

周亚鲁晓威陈腾飞郭振华王广跃

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相较于常规变电站，数字化变电站具有一次设备智能化、二次设备网络化和管理系统自动化的特点，代表了未来变电站的发展方向。本文在对继电保护技术发展趋势进行分析的基础上，讨论了继电保护技术在数字化变电站中的应用，以及数字化变电站继电保护的方案，以期为促进数字化变电站继电保护技术的发展提供一些有益的参考。

数字化；变电站；继电保护

1 前言

经济和社会的快速发展，使得电力系统运行的复杂性日益增加，当发生故障或者是异常状况时，继电保护能够在最小的范围和最短的时间内，将故障设备从电力系统中进行自动切除，或者是向运行值班人员发出警报，让值班人员对异常工况进行消除，从而确保设备的完整性和邻近地区的供电安全。目前我国的数字化变电站正处于不断发展和完善中，其数字化保护装置与传统保护装置有着较大的区别，因此数字化变电站继电保护的应用是一个值得深入研究和思考的课题。

2 继电保护的概念与其原理

继电保护的主要功能是电力系统在运行过程中出现异常情况时，继电保护会在最短的时间内对最小区域将其异常设备进行切除，或者给工作人员发出警报，从而帮助工作人员可以找出故障的根源，让损失降低在最小的范围内。继电保护工作的基本原理是利用继电保护装置进行工作，继电保护装置是保护其它保护元件，但是继电保护装置必须准确判断那些被保护的元件的状态时正常还是异常，从而保护区内外的故障。继电保护装置要完成这一功能必须依据电力系统出现异常情况前后的电气变化为基础。在电力系统发生异常，相应的电气也会发生变化，主要表现为电压变低，电流增大，造成电压和电流的相位角的变化。

3 继电保护的现状

随着科技技术的发展，电力系统也不断发展进步，并且覆盖范围也越来越大，仅仅依靠电力系统的各个元件的继电保护设备装置，是不能保护整个电力系统的，仍然会出现整个电力系统停电的现象，所以为了保障电力系统的安全，研究继电保护技术势在必行。所以为了把损失降到最低，继电保护技术开始朝着自动化、智能化、一体化、计算机化发展，从而保障电力系统的安全。

4 数字化变电站继电保护技术的若干技术分析

继电保护技术这几年发展迅速，成果显著，继电保护的研究与发展方向是向着计算机化、智能化、网络化、自动化测量、保护、监控和数据通信一体化方向发展。数字化变电站继电保护也越来越受到大家的关注，下面就主要的介绍一下数字化变电站继电保护的相关内容：

4.1 数字化变电站结构组成

数字化变电站是指变电站内通过一次电气设备就实现数字化的通信，数字化一次设备和二次智能装置都是根据全站一致的标准平台来实施数据建模和通信的，并以此平台为基本实现彼此的互相操作性。采用全数字化的二次装置和数字化的一次电气设备及全站一致的标准平台是其特点。从结构上分析，可以把数字化变电站分为过程层、站控层以及间隔层。当前，根据该标准的实际应用情况来讲，变电站层的技术已经趋向于成熟，已经可以大规模的推广了。过程层和间隔层有关信号传递技术（GOOSE）在大量的实验中取得了一定的进步，已进入到实用阶段。但是该过程层中有关采样值的传递技术还在进行不断的探索，有关这方面，所设标准也在进行不断更新。对于一些低水平电压等级而言，已经实现了全站的全数字化，但是在一些比较高的电压等级变电站中，除了不包括采样值的传递外，余下其它的全站数字化也已经实现。将以上概念与实际变电站的系统应用相结合，由于在实际运用中，最重要的就是保证系统的可靠性，因此，继电保护系统就显得尤为重要。

4.2 数字化变电站继电保护技术

4.2.1 数字化变电站继电保护装置

数字化继电保护装置的原理是通过电子的互感器来进行数据的采集，数据在互感器中以光数字信号将数据传到低压端，通过合并单元的处理，从而得到合乎标准的数字量输出。对于数字保护装置是由光接收、中央处理、开入、出口四个单元、通信接口以及人机等结构组成。

4.2.2 数字化变电站提高了继电保护的运行水平

经过多年的发展电力系统在微机领域取得了相当大的成果，微机保护的技术也逐渐成熟，但还存在着诸多的问题。比如，定值项太多，控制字以及跳闸矩阵设置错误；二次回路设计接线错误，导致电缆较长，对于抵抗事故的能力较弱；变电站直流电源回路故障接地导致继电保护错误的跳闸；有些时候由于受到季节性的影响，导致备用电源自动投入、低频低压减载压板等切换以及核查工作量大易出错等等。对于采用数字化变电站技术，就会减少二次电缆，在不重复采集交流信息以及不增加硬件的前提下，就可以将相应的功能分散到各保护单元中，实现网络化母线保护、低频低压减载以及备自投的功能，可以有效的提高继电保护的运行水平。而且对于定值保护、保护压板、按钮以及把手会大大的降低数目，减少维护人员的误碰、误接以及误整定。而且采用数字化继电保护，由于直接采用数字量，真实地反映了系统一次电气量的信息，使得集成度更高，抗干扰能力大大加强，装置的运行更加的稳定。

4.2.3 数字化变电站对于继电保护技术有更高的要求

当前，对于继电保护是充分的利用先进的半导体处理器技术，同时采用大规模的集成电路以及成熟的数据采集、数字滤波以及抗干扰等技术，使得系统各方面的性能有了更高的提升。对于数字化变电站需要更高的性能，更高的可靠性。可靠性不仅是系统软件的优化设计以及调试，还体现在数字元件的特性不易受到温度、电源波动等影响，而且还应该具有较强的自检以及巡检的能力；更高的系统软件的扩展能力。这是因为系统的可扩展性是目前很多嵌入式系统产品方案选型考虑的一个重点；更高的继电保护性能。也就是说能够快速的对电力状态参数进行检测，能够有很强的储存力，先进的自动控制、算法以及技术等等。

4.2.4 提高数字化变电站继电保护保护装置的测试分析技术

对于数字化变电站来说，对于其的测试手段是它应用与发展的重要基础。但是，这几年各个电力公司都比较重视开发，却忽略了测试的重要性。现在，各变电站选用的自动化设备比较繁多，型号比较杂以及规约不统一等，给测试带来了相当大的难度。随着变电站的完全数字化，基于IEC－61850通信规范的数字化变电站的继电保护装置测试发展的趋势为：测试的系统必须要符合IEC-61850的标准支持网络通讯；测试功能一定要强大，不仅能够满足各种常规的继电保护装置的测试功能外，还应该有其他的特殊功能；还要便于系统的升级维护，对于硬件平台要选用通用型，测试功能的扩展能够通过软件的升级来实现；数字化的继电保护装置拥有对外通信、保护、信息输入、打印、显示、记录等功能，在对该装置实施全面测试的时候，对于上述功能的核查也是特别重要的，应该成为其功能测试内比较重要的一部分。对于现阶段的装置测试的研究，有部分测试设备还不能满足对于该保护装置进行测试的需求，还要进一步的加强对于保护装置测试技术的研究，而能够进行数字化闭环测试的测试装置。该装置的原理如下：数字化测试系统与被测的保护装置都要接入到变电站的局域网中，根据IEC-61850的标准经由局域网向该保护装置发射数字信号，保护装置依据该信号做出一系列反应，同时向局域网发射事件信息。测试装置收到事件的信息之后再实施下一步操作，整个的测试系统都是通过数字化元件来构成的。