浅析继电保护及自动化系统在国内外电网配置中的差异

李政 郑帅

摘要：我国社会经济的发展和制造力的提升，使国家继电保护及自动化系统占全球市场内占据了一定的地位，也打破了西门子和施耐德等品牌的长久市场垄断。“一带一路”的深入发展，我国电力企业带着中国标准与二次设备走出去，提升了继电保护装置和电力产品在各国家的品牌知名度。这一过程中，国内国外品牌的二次设备无论是保护原理还是组网方式都有较大的不同，为了让产品符合国际化需求，本文详细阐述了国内外继电保护产品的差异。

关键词：继电保护;自动化系统;配电网

1 继电保护配置原则

继电保护配置原则如下： （1） 可靠性原则。这是保障电网运行的基础，继电保护技术不仅是开启继电保护装置的操作技术，也需要一次设备与二次回路相配合，继电保护配置方案需要遵循灵敏性原则，该原则的实现需要以可靠性原则为前提。 （2） 独立分散与就地安装原则。继电保护装置在使用时需要面对不同网络接入端口，独立分散的安装保护装置，能够避免网络干扰现象，保障电网运行环境。 （3） 直接采样原则。保护应直接采样，通过直接跳闸的方法进行单隔间与多隔间装置的处理。 （4） 独立设置两路采样系统的原则。应用A/D系统将采样值输入继电保护装置，使二次回路配置得到简化，提升继电保护装置运行的可靠性。

2 继电保护及自动化系统在国内外电网配置中的差异分析

2.1 保护产品通讯协议的差异

当前电力主流市场中，以太网通讯方式最常见。微机保护产品就是以以太网与RS485/232串口为通讯接口，但是通讯规约基本为IEC103串口与以太网IEC61850。处理规约与组网方案中，国内外各品牌继电保护装置有着明显的差异性。西门子、施耐德等国外品牌的继电保护装置支持HSR与PRP冗余協议。HSR协议能够为继电保护提供两个相对独立的物理端口，端口可以首尾相连共同组成通讯环网，DANH节点发送报文的时候，会将报文复制两份，分别沿着环网的不同方向发送报文。一份报文会沿着不同路径传输，环网中如果有节点出现故障，报文能够从另一方向冗余传输。PRP协议应用了网络节点冗余方式，DANP上有着A网段与B网段网口，两个网口相对独立。A网段设备与交换机A相接，B网段与交换机B相接，交换机A与交换B可以组成双环网与双星型网。网络并行冗余状态下，如果网络发生故障，但另一套网络可以正常工作，设备的冗余端口也不会受到影响，这个时候电力系统不会发生延时，能够高效自愈。

国内的继电保护产品主要支持103串口与以太网IEC61850规约，国家电网以以太网103规约为标准。国产的继电保护产品无法在国内市场应用HSR协议，每台继电保护装置会有两个独立的IP地址，地址内容完全不同，组网方式也是环网或双星型网。为了使自身产品更好的走出去，部分企业为了加强与别国的贸易往来，也会让继电保护产品和自动化系统开始兼容HSR与PRP冗余协议。

2.2 传统RTU模式与远动模式的差异

传统RTU通讯模式是国外常用的，这种模式就是将继电保护装置的遥信量、遥控量、遥调量、遥测量采用硬接线的方法接入RTU系统，通过系统将信息送入调度端，接入调度规约为IEC-101/IEC-104。

与国外不同，国内采用测控与远动相结合的通讯模式，遥测、遥控、遥调与遥信量被测控采集，帮助远动装置将采集到的信息传递到调度系统，并成功接入调度规约。国内的电网通讯方式可以有效节约线缆，能够直接采用通讯规约方法传递信息。

2.3 继电保护与自动化系统组网结构的差异

分析继电保护与自动化系统在国内外的组网结构差异，国外主要是环网与星型网两种。非洲国家在中国继电保护装置配置影响下，人们使用星型组网结构，印度尼西亚使用施耐德品牌的继电保护装置，因此该国家电网组网结构主要是环网。正如前文所述，国内各地区变电站以星型网为电网组网结构，110kV以上变电站从继电保护装置的可靠性角度出发，会使用双星型组网结构，而110kV以下的变电站可以使用普通的单星型组网结构。

2.4 继电保护配置选型差异

作为电力系统的枢纽元件，母线保护尤为重要。母线故障与母线保护的错误动作会影响电力系统的平稳运行，应用微机式母差保护方式能够对目前起到保护效果。母差保护主要有两种，一种是集中式母差保护，另一种是分布式母差保护。相比之下分布式母差保护在继电保护装置中更有实用性效果，例如某个母差保护单元在发生跳闸故障时，只有一个回路误调，这种问题不会导致母线停电。分布式母差保护可以节省大量二次电缆，电流互感器到控制室之间无需长距离敷设电缆，且该保护方式也能适应当地变电站主接线运行变化与自动化系统工作方式的改变。但是分布式母差保护在使用中也会面临着成本较高的问题，且如果保护间隔没有分散布置，或者间隔数量不多，这种母差保护方式就会没有优势。

3 继电保护未来发展展望

科学技术的发展推动了我国智能电网的进步，建设具有自动化、信息化与互动化的智能电网正式我国电网发展的目标，特别是互联网技术使这项目标离电力企业越来越近。在未来，我国继电保护将会朝着数据信息采集的自动化、网络通信的标准化、数字化方向发展。

3.1 数据信息采集的自动化

变电站继电保护保护技术将以数据信息自动化采集为发展方向。继电保护装置中数据采集需要依赖互感器，以往的互感器在如今依然可以发挥巨大的作用，但随着继电保护及自动化系统的完善，传统的互感器已经无法满足信息自动化采集的时代需求，新的互感器取代了传统的互感器。当前市场上的电子互感器与光电效应互感器就是继电保护装置的主要产品，这为自动化采集的实现提供了帮助。

3.2 网络通信的标准化

网络通信的标准化能够推动继电保护技术的发展，这也将成为智能变电站关于继电保护装置的未来发展趋势。现阶段我国正朝着智能电网的方向转变，变电站中现存的继电保护装置都被改造过，因此网络通信的标准化程度还比较低，在网络干扰状态下，数据真实性无法保障，有效性得不到所有企业的认可，且无法满足继电保护及系统的可靠性要求。我国在建设智能电网进程中提出了通信标准体系，要求所有继电保护装置与电力系统产品都要标准与模型相统一，且所有电力产品都要实现互联开放，真正意义上走出去。

3.3 数字化发展

对于智能电网的未来发展，数字化就是最终目标。信息技术的发展令很多高新设备诞生，这些设备可以应用在智能变电站内，提高电网运行效率，数字化的实现也会令更多高新设备应运而生。更多新型智能电子设备、开关设备或者互感器设备，将在继电保护配置内实践，并有效推动我国变电站朝着数字化方向发展。

4 总结

总而言之，智能变电站建设中继电保护及自动化系统的应用十分重要，分析我国与其他国家存在的差异，以满足国际市场的需求为目的，实现我国继电保护装置的改造与更新，从而推动国内电力产业的繁荣。

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