智能变电站对继电保护的影响

2016-08-10林庆秋

大科技 2016年30期

关键词：控层光缆互感器

林庆秋

（国网福建省电力有限公司宁德供电公司福建宁德352100）

智能变电站对继电保护的影响

林庆秋

（国网福建省电力有限公司宁德供电公司福建宁德352100）

智能变电站与传统变电站相比，在构成元件还是在系统结构上都有着很大的差异.智能变电站的应用将一次、二次设备完全隔离，使二次系统的安全性大大提高，减少了现场的维护量，使系统升级扩建更加方便，使现场的试验和调试更加便捷，同时还存在着一些问题，给变电站继电保护带来新的问题和挑战。

智能；网络；共享；信息

1 智能变电站的意义

智能化是智能变电站和常规变电站最显著的区别。所谓的智能化，通俗的讲就是人性化，就是变电站可以像人一样根据系统的变化自我调节。比如当系统的运行方式发生改变时，根据系统的电压、功率的变化，自动调节变压器的分接头，提高电网运行的可靠性、安全性。一次设备方面，智能变电站都是采用智能高压设备，智能高压设备都配有电子设备、传感器、执行器，能够进行自我监测和故障诊断，符合了状态检修的要求，节约了成本，提高了运行可靠性。在这里就不再详谈，本文主要谈谈智能变电站中二次系统的变化。智能变电站是在数字变电站的基础上经过多年的发展演变而来。光纤代替了电缆，通信网络取代了模拟量、开关量的输入输出回路，智能变电站的二次设备已经实现了网络化，形成了统一的信息平台，避免了规约转换，使得信息的共享和交互更顺畅。

2 智能变电站的基本结构

与常规变电站自动化系统相比，智能变电站无论在构成设备上还是在系统构架上都发生了翻天覆地的变化。设备上，智能变电站系统仍分为一次高压设备和二次低压设备两个部分。但高压设备智能化使其成为智能变电站区别于常规变电站的主要标志之一。电子式互感器、智能断路器及智能组件的应用，实现了一次设备和二次设备的融合。系统构架上，智能变电站分为过程层、间隔层和站控层三层。过程层包括智能高压设备，它由一次设备和智能组件构成。另外，合并单元、智能终端也属于过程层。间隔层由二次设备组成，包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置等。站控层是系统层，包括多个子系统，如自动化系统、监控系统、GPS对时系统、通信系统等。各层次内部以及各层之间都是采用光缆连接，设计安装调试都变得简单。数据通信上采用高速以太网进行通信，信息传输网络化，具有良好的交互性。典型的智能变电站结构如图1所示。

图1 智能变电站结构图

基本的工作原理如下：过程层合并单元MU负责釆集电流量、电压量信息，通过光缆把相关数据共享给间隔层保护装置、测控装置等设备。间隔层设备同时接入GOOSE网和站控层网络。通过GOOSE网采集开关、刀闸等信息并下达控制指令分合开关、刀闸；通过站控层网络将数据与站控层共享，接收上层站控网络的远动指令。站控层时钟同步采用GPS对时系统，就地监控系统通过站控层网络获取系统电流、电压、频率、刀闸开关位置等系统运行信息，分析并监控系统运行工况。通过远动工作站从站控层接收遥信、遥测数据上送调度自动化系统，接收遥控、遥调命令发送给间隔层。

3 智能变电站的优势

由于相关技术的应用，智能变电站在信息量的采集环节、变电站IED设备之间的信息交互模式都发生巨大的变化。二次设备网络化让智能变电站二次系统的可靠性、安全性得到提高，一次设备的智能化促进了检修方式从传统定期检修向状态检修的转变。

3.1 采用电子式互感器的技术优势

电子式互感器由一次侧的传感模块和二次侧的合并单元组成，与常规互感器相比，外观上体积更小、重量更轻。电子式互感器采用了数字量输出技术，一次系统的电流、电压、频率等电气量信息通过合并单元变为低电平的数字信号，经光缆直接传递给变电站二次系统的IED设备。光缆的应用淘汰了交流二次电缆，一次系统和二次系统不再有电气连接，实现了有效的电气隔离。二次系统的接地不需要与一次系统关联，只需要考虑本系统的等电位问题，因一次系统故障产生的电磁干扰对二次系统的安全性的影响得到了控制。由于电子式互感器无磁饱和且范围宽、可以开路，智能变电站杜绝了由于CT饱和、开路，PT短路谐振带来的保护误动、拒动等事故。

3.2 智能断路器应用的技术优势

智能断路器的应用实现了断路器控制功能就地化。原来由电缆模拟信号量改由光缆来传送光电式数字量，不仅消除了二次系统与一次设备之间的电的联系，大大减少了高压对低压设备的电磁干扰。而且由于淘汰了很难在线监测的二次回路，简化了二次系统结构，有利于实现二次系统的状态检修。

3.3 运维、试验更加便捷

由于二次系统的智能化，能实现自我诊断、调控等工作，不需要人的参与，大大减轻了运维人员的工作压力。二次系统接线的简化，无需进行二次回路接线检查，减少了原来繁重的查线工作。整个二次光缆传输回路是完全绝缘的，不存在绝缘电阻问题，无需测试回路的绝缘电阻，不仅提高了系统的可靠性、安全性，也降低了维护的工作量和难度。轻便的数字继电保护测试仪代替了传统的笨重的测试仪，网络抓包工具代替了螺丝刀和万用表，使二次系统的试验变得更加便捷。

3.4 经济优势

智能变电站经济性和可靠性推动智能变电站技术研究、开发和应用。它的的经济效益主要体现在采用了集成智能设备减少变电站占地面积从而减少建设投资；光缆以及大量高集成度功耗低的电子元件的应用降低了能耗，减少了电磁污染；实现信息一体化，系统集成度高，减少了设备的重复投资，大大缩短现场调试时间。

4 智能变电站的继电保护面临的新问题

智能变电站中，由于大量智能化设备的应用，设备之间通过以太网连接，所有的信息基于IEC61850标准在各个设备间共享。智能变电站将会给变电站继电保护带来新的问题和挑战。

4.1 采样同步问题

由于智能变电站采用的电子式互感器直接输出数字量，保护测控装置直接接收釆样值无需模数转换，带来的好处就是是省略了隔离变压器和A/D转换环节。但新的问题随之出现那就是釆样的同步性。由于各间隔互感器采集处理相互独立，电气量的传变环节附加了延时，导致不同间隔的数据不具有同时性，如何保证本间隔设备及跨间隔设备之间的釆样数据同步成为一个关键。继电保护普遍采用点对点方式，采用固定的通道延时和线性插值算法来实现数据的同步，不依赖对时系统和网络，保证了可靠性。

4.2 网络跳闸问题

为了保证继电保护的快速性、可靠性，现有智能变电站普遍采用直跳方式。但直跳方式光缆过多，配置复杂等缺点。与之相比，网络跳闸方式具有接线简单的优势，简化了设计、安装、调试，运维更安全。一个关键点就是采用网络跳闸如何保证继电保护的快速性、可靠性。要解决这个问题就要考虑如何采取适当的方案和措施消除GOOSE网络系统的传输延时等问题对继电保护快速性的影响。

4.3 网络的信息安全问题

基于IEC61850的网络体系由于其开放性会存在信息安全问题。大量的计算机病毒侵入系统内部，攻击变电站通信网络，截获、篡改、伪造变电站网络中的报文信息，修改遥控、遥调、定值等命令，导致调度中心无法传达调度命令，造成安全运行事故。因此构建安全可靠的信息网络是很必要的。

4.4 运行维护及检修问题

智能变电站的构建需要多种过程层设备、工业级网络设备。这些新设备大大提高了变电站分析、解决问题的能力，使得维护与检修工作便利了许多。例如，智能变电站以光缆代替传统的电缆，光缆相比电缆具有完善的自检功能，运行维护方便：二次回路概念被网络和通信技术代替，进行系统调试时，相比传统保护装置，除进行常规保护功能校验外，还需要进行GOOSE回路联调、网络交换机调试、合并单元测试等项目。