智能变电站技术及其对继电保护的影响

2016-08-08熊沙瑶

大科技 2016年3期

关键词：继电保护调试变电站

熊沙瑶

（国网湖南省电力公司株洲供电分公司湖南株洲 412000）

智能变电站技术及其对继电保护的影响

熊沙瑶

（国网湖南省电力公司株洲供电分公司湖南株洲 412000）

继电保护技术在智能变电站的建设与发展中占据很大比重，在推进变电站智能化的同时，应通过继电保护技术提供安全保障，降低智能变电站的事故发生率，本文以智能变电站为研究对象，具体分析了继电保护技术的应用。

智能变电站；继电保护；影响

引言

继电保护对于电力系统来说，是其维持正常运行状态的重要基础和保障。近年来，智能变电站技术在继电保护系统中的应用，全面提高了继电保护系统的安全性和可靠性，为提高电力企业的综合实际打下了坚实的基础。

1 智能变电站技术概述

智能变电站属于一种新型的低碳环保智能装置，是一种多功能的变电站，可以实现信息的自动化采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能和电网的自动化控制、在线分析决策、协同互动和智能调节等高级功能，在运行过程中需要采用先进、低碳环保、可靠、集成的智能设备，要求变电站实现信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化等特征。智能变电站相对于传统变电站，具有低碳环保、可靠性高和交互性好的优点。

2 智能变电站与继电保护

2.1 智能变电站继电保护结构

2.1.1 “三层两网”构架

与传统变电站继电保护不同，智能变电站主要是利用过程网络为中心，将IEC61850作为通信标准，则按照功能分析构架可以分为三层，即站控层、间隔层以及过程层，并且没两层之间会构成站控层网络与过程层网络（见图1）。

图1 智能变电站的架构体系

智能变电站继电保护结构，其中的过程层通常包含有一次设备，以及相关的智能组件等，例如隔离开关、变压器、互感器、高压断路器等，该层的主要作用是采集数据、检测各种设备运行状态，并控制命令执行等；间隔层则主要包括各种监控设备、继电保护设备等，其主要作用在于实现各间隔设备的监视、控制和保护；站控层主要构成有数据前置机、人机交互设备、工作站及服务器等，该层的作用是传输整定值召唤与修改，传送并录波文件，有效实现对变电站的集中控制。

2.1.2 数据帧传输机制

传统的变电站继电保护，往往会设置专门负责采样、命令的信号通道，由通道固定延时以及装置处理速率构成传输延时，保护效果相对固定。而智能变电站的继电保护，主要是利用以太网数据帧的形式来传输采样值、获取开关状态量以及下达跳闸值指令等，整个过程以交换机以及光纤作为介质，并由过程层网络来完成通信。由此可以确定，智能变电站继电保护对工程层网络有着较高的依赖性。

2.1.3 IEC61850标准体系

IEC61850标准体系是智能变电站继电保护网络、通信设计过程中，都必须遵循的原则，在设计继电保护系统构架时，往往一个实体设备中会包含多个逻辑设备，并且由基本单元来实现逻辑节点的划分，如跳闸回路、保护算法以及采样值处理等节点。对于通信协议，主要就是通信服务类型以及性能要求等来映射特定通信协议，例如SV/GOOSE通信，为保证实时性，传输层与网络层协议映射为空。

2.2 智能变电站继电保护流程

以数字信号为主的信息在通入保护装置后，是需要相应的数字模拟装置来进行周校的，为此，可利用数字化变电站调试的方法进行。

二次系统集成商处担负着出厂验收的相关工作，出厂验收的主要目的是为了对二次系统硬件、性能及可靠性进行相关检查，对于出厂验收的物品需要达到以下三方面的要求：①二次系统早已在工厂环境下完成了软件的研发及系统的集成，因此该工作是系统集成商进行的；②系统集成商具备完善的验收环境及验收设施，同时具有完整的验收技术资质及详细材料；③设备供应商完成了出厂全部试验，已达到有关合同及技术方面的准求。

现场二次设备屏柜的安装及二次电缆熔接完成以后，需开展现场装置性能的相关调试。采用专门的仪器在规定范围内开展二次设备的性能测试是开展现场装置调试工作的主要内容。

现场装置性能调试完以后需要对现场系统性能进行有关调试，其中主要包括了系统联调及整组传动。除此之外，站级监控系统与远动通信系统调试工作也是在此过程中加以完成的。

3 智能变电站技术及其对继电保护的影响

3.1 信息数据和保护原理的影响

从变电站继电保护的信息数据来看，智能变电站技术对其带来的影响主要包括以下方面：

（1）电子感应器代替了传统的电磁感应器，使继电保护元数据发生了很大的改变，主要是传统电磁感应器的算法和既定原则都需要进行优化和重新拟定；与传统电磁感应器相比，电子感应器具有响应速度和在线性度以及频宽带度等方面的优势，势必会促进继电保护生成新的算法与原理。此外，电子感应器还带来了数据延时与同步的问题，也给继电保护带来了一定程度上的影响，因此，要对其进行深入分析研究。

（2）当前统一执行的是ICE61850标准，还应当针对二次信息进行统一建模，从而改善继电保护数据处理与应用，不同设备之间实现了交互式运行，大量数据信息实现了传输、存储、挖掘，上述变革均给继电保护带来了新的保护原理和保护组态。

（3）智能变电站技术改变了继电保护传输方式，从传统的二次电缆连接传输变成以交换机和光纤为介质的信息网络传输，提升了跨间隔保护的灵活性和便捷性，促进继电保护新实现方法的产生。同时，网络传输带有一定几率的数据延迟、乱码、丢失等问题，这些都将成为继电保护原理与算法研究的新课题。

3.2 对继电保护实现机制、调试及维护方面的影响

就继电保护实现机制方面，智能变电站技术有效突破了原有的采样、计算和出口一体化形式，数据信息、保护对象与装置之间不再是绑定关系，实现数据动态能实时调用和存储，使得不同系统数据统一管理与不同功能应用成为可能，为功能组态、迁移与广域保护提供了数据信息交换平台；此外，还有效改善了二次回路不可测控问题，能够实时掌握网络数据可靠性，提高继电保护可靠水平，避免了原有继电保护容易出现信息孤岛的问题。应用智能变电站对等交互技术模式，就不需要与保护装置进行绑定，也可以有效实现数据信息共享。

就调试、维护的角度，继电保护运行模式、保护形态都产生了较大的变化，其测试方法与周期维护标准方面存在一定的滞后性，其继电保护的二次回路监测，使得保护设备状态检修成为可能，推动了变电站建模一体化，一旦变电站实施扩建或者变更时，对配置文件给予动态修改成为智能变电站所遇新问题，并且智能变电站的设计、维护及调试等，需要设计院、业主、设备商及调试单位等，进行反复协调与方案修改，当单位投入运行后，难以摆脱厂家及调试单位等依赖性，为电网运行带来了安全上的隐患，限制了智能变电站广泛应用。

3.3 智能变电站技术对继电保护架构体系的影响

智能变电站技术架构体系中，过程层网络是结合ICE61850标准设计的新的网络，改变了传统变电站二次回路不可测控的瓶颈，使继电保护的可靠性大大增强。同时，智能变电站改变了传统变电站各二级系统间数据采集环节冗余的缺陷，采用统一数据的采集方法，即保证了数据元的统一，也将二次专业壁垒打破，实现了以继电保护为核心的二次专业结构体系与新机制。

智能变电站是智能电网的主要组成部分、核心环节，因此，需要对智能变电站技术条件下的继电保护进行新组织模式和架构体系的探索与研究，促进继电保护的稳定性发展，确保继电保护技术朝着科学性、正确性方向发展。

4 智能变电站继电保护调试法

4.1 继电保护系统的总体调试方法

智能变电站安全稳定运行，需要由继电保护系统来保障，因此必须做好继电保护系统总体调试工作。长期以来，我国的智能变电站继电保护系统检测工作中，通常是以电缆为媒介，对智能操作箱、测试仪器的输出输入方式等进行侧试，以更好地为智能保护提供有用信息。

但在此过程中，由于是在闭环测试条件下来接收智能操作箱的信息，继电保护系统的总体调度需要与合并单元之间进行有效的配合，而且需要由互感器进行搭配来进行调试。

4.2 大电流故障保护调试法

对于智能变电站继电保护系统的调试，即可采用大电流故障保护调试法。智能变电站大电流发生器产生的一次电流，将会供给于标准互感器和电子式互感器。而且，在对机电大电流故障保护的过程中，还要充分掌握合并单元的数据，因此要做好数据的采集工作，整个过程的实施流程为收集、采样，分析等。此外，合并单元在应用的过程中，能够实现无死区的全方面检测工作，确保智能变电站继电保护运行的可靠性和安全性。在实施大电流故障调试方案中，主要对大电流中存在的合并单元双AD差异、短路故障、组网接口、合并单元失步、合并单元故障等方面进行全面的调试，将电力故障对智能变电站运行的影响降至最低，从而有效的提高了电力系统的运行效率。

4.3 安全隔离措施的调试方法

智能变电站通过可靠的信号网络通信才能保证智能变电站各项数据采集信息的准确性，因此，在对智能变电站继电保护的调试中，安全隔离措施的调试是非常关键的。

（1）在对安全隔离措施调试的过程中，需要调试工作人员及时介入到变电站的运行现场，根据智能变电站的实际故障情况采取有效的调试工作。为避免调试事故，需要适当的增设安全隔离措施，保证智能变电站继电保护系统运行的可靠性，以及周边人人群以及调试工作人员的人身安全。

（2）要针对变电站具体的运行情况，采取合理的安全措施。安全隔离措施，主要分为插拔光纤、投退软压板等两种。另外，对母线的安全隔离措施调试，可以通过控制母差装置来出具合并单元，并对其进行数据采样，在对单元数据以及母线差动电流进行计算时，需要将母差动保护装置的合并单元存在的不对应数据进行合理的处理。在此过程中，要保证母线差动保护装置仍然进行数据传输，避免对智能变电站继电保护系统的运行造成影响，从而完成对智能变电站继电保护安全隔离措施的调试工作。