探讨智能变电站继电保护的优化改进

李冰

【摘 要】智能变电站采用智能设备、数字化信息传输和网络信息共享，变电站自动完成数据信息采集、测量、分析、计量、检测、控制与保护等功能，并全天候自动分析、调节、控制和管理变电站，实现变电站的自动化、智能化运行。智能变电站改变了传统变电站的运行方式，对继电保护装置提出了更高的要求。本文主要分析了智能变电站继电保护系统存在的问题，并根据存在的问题进一步优化智能变电站的继电保护系统。

【关键词】智能变电站；继电保护；运行方式

引言：

电力系统运行过程中出现故障，智能变电站的继电保护装置立即启动，向控制中心发出警报，并自动切断断路器开关，防止电力故障进一步扩大，继电保护装置主要起到保护电力系统作用。然而继电保护装置在运行过程中，受到自然因素或者人为因素的影响，继电保护装置可能在变电站没有出现异常的时候，出现误动现象，影响到变电站正常运行。因此，需要进一步优化智能变电站的继电保护装置，高继电保护装置的可靠性、灵敏性、选择性和速动性。

1.智能变电站构成

智能变电站由智能高压设备和信息平台构成，智能高压设备包括智能变压器、智能高压开关、电子互感器、电压互感器等智能设备，通信系统连接智能高压设备和控制系统，让智能高压设备与控制系统的信息互通，从而实时了解变压器运行参数，如果电力系统的电压、功率发生变化，则系统自动发出警报，并自动进行调节电力电压，确保电力系统运行的稳定性、经济性和可靠性。信息平台主要是实现智能变电站数据信息实时共享，利用信息平臺，对变电站的电力系统进行实时监测，如果变电站的低压负荷增加，则智能变电站会增加低压负荷的发电量，满足电能供应需求[1]。反之，如果低压电力负荷减少，则智能变电站则降低低压电力的输送量，实现电网供需平衡，打破过去电力供应不均衡等问题，达到节能环保的目的。

2.智能变电站继电保护系统存在的问题

智能变电站最终的目标是实现变电站的人性化管理，这对变电站的管理运行提出了新的要求。第一，智能变电站具有自动化、互动性、智能化等特点，变电站的二次操作方式和检修方式无法适应智能变电站的管理。智能变电站二次回路的智能终端设备和合并单元利用网络光纤进行通讯，但是二次回路没有完全隔离断开，所以无法对变电站进行扩建、检修。第二，智能变电站保护装置电流和电压采用SV接口、开关输入和输入则采用GOOSE接口，智能变电站通信接口数量增加，光纤接口容易发热，导致温度过高，这给继电保护装置的安装带来一定的困难，目前智能变电站的智能终端设备、合并单元、二次设备以及继电保护装置一般就地安装在断路器附近的智能控制柜，智能控制柜没有安装显示屏，无法了解智能控制柜的实际运行情况[2]。

3.智能变电站继电保护的优化改进

智能变电站网络架构由站控层、间隔层和过程层构成，与传统的变电站相比，智能变电站改变过去依靠电力电缆进行数据传输和交换，而是通过网络信息系统完成数据传输和交换工作，智能变电站继电保护装置在配置原则、配电技术、功能划分方面的差异比较大。因此，必须确保优化后的继电保护装置系统的安全性、稳定性、可靠性、适应性和扩展性，构建由就地保护层、站域保护层和广域保护层构成的层次化继电保护系统。就地保护层主要保护单个电力设备，根据单个电力设备产生的数据信息进行分析判断，一旦出现故障，立即对故障设备进行隔离；站域保护层对整个智能变电站进行保护，对变电站的数据信息进行分析判断，从而采取相应的控制措施和保护措施；广域保护层主要负责区域电网的保护，根据多个变电站产生的数据信息，对数据进行分析、处理和判断，如果发现问题，则采取相应的保护措施。只有就地保护层、站域保护层和广域保护层三层相互配合，才能共同完成智能变电站继电保护工作[3]。

3.1就地间隔保护层优化

就地间隔保护层采取电缆采样、电缆跳闸的方式，并结合GOOSE网络可以实现全站性防误闭锁功能。继电保护装置利用通信电缆采集变电站运行数据信息，不需要外部时钟进行保护，从而确保了就地间隔保护层的安全性和可靠性。GOOSE网络利用IEC61850通信标志实现数据信息共享，从而实现全站连闭锁、因此，无论站控层、过程层、间隔层的网络出现故障，都不会影响到就地间隔层保护功能，实现间隔层自处理功能。由于智能电网采用集成技术，综合各类技术实现电网的统一调度和管理。智能变电站作为智能电网的一部分，采用集成技术的适合，不能降低继电保护装置的可靠性。如果同一被保护对象的不同保护的输入/输出量、模拟量完全相同时，则需要集成到同一个装置内。比如过电压保护装置可以继承线路保护开关中，母线连接充电保护装置集成到站域保护层，就地保护装置集成到主变保护系统[4]。如果母线保护装置为跨同电压等级多间隔保护装置，在就地间隔保护的适合，母线保护装置必须适应就地间隔保护层的布置，采用分布式母线布置方式。

3.2站域保护层优化

站域保护层需要利用全站的数据信息，根据全站数据信息，可以实时对站内的电力设备、信息系统进行保护，从而改变传统后备保护装置只能获取单间隔电气量和开关信息，后备保护装置灵敏度比较差，动作比较延后的问题。站域层通过在线监测技术，对电力设备进行监测，发现问题以后，可以自动投切高压开关设备，防止故障范围进一步扩大。

3.3广域保护层优化

广域保护层主要解决区域电网运行过程存在的后备保护装置灵敏性比较差，继电保护装置的保护动作延后等问题，利用广域保护层可以简化后备保护装置的数量，缩短后备保护装置的动作时间。其次，由于继电保护装置保护动作往往是利用在线监测系统测量的数据信息，如果电网运行的数据超过事先设置的定值，那么继电保护装置采取动作。由于继电保护装置的定值是离线整定的，无法适应复杂多变的智能电网。智能变电站继电保护系统主要功能是及时切断故障线路，防止电力故障波及其他线路，所以继电保护装置独立运行，没有综合考虑到继电保护装置对整个电网的影响，由此可能引发连续跳闸现象[5]。因此，区域电网继电保护装置在获取区域电网信息以后，需要对变电站的变压器和线路II段和III段进行保护，确保区域电网继电保护系统具有自动投切和控制功能。区域电网继电保护装置还需要与电网调度系统的EMS和WAMS实现交互功能，从而获取全网拓扑结构和电力设备保护定值信息，进一步优化区域电网继电保护装置的性能。比如通过采集一次电气设备的在线监测信息，如果变压器内部监测信息发出警报，继电保护系统可以适当降低差动保护定值。

结束语：

智能变电站是智能电网的一部分，继电保护系统关系到电网运行的安全性。智能电网对继电保护系统提出了新的要求，通过优化继电保护系统的站域保护层、就地间隔保护层和广域保护层，构建多层次的继电保护系统，才能满足智能变电站的运行管理要求。

参考文献：

[1]徐平根.浅谈智能变电站继电保护的优化改进[J].中国战略新兴产业，2019，（14）：160-160.

[2]万基磊，魏锥，石星昊.智能变电站继电保护的优化改进探讨[J].机电信息，2019，（17）：112-113.

[3]魏建峰，王雪亮.智能变电站继电保护的优化改进探讨[J].科技风，2019，（9）：188-188.

[4]郭昕明.智能变电站继电保护的优化改进[J].数字化用户，2019，25（8）：58-60.

[5]刘政.智能变电站继电保护的优化改进[J].消费导刊，2018，（34）：246-246.

（作者单位：南京国联电力工程设计有限公司）