智能变电站继电保护跳闸实现方式探讨

周宏宇 徐健

摘要：现代智能变电站运行过程中，为了确保系统安全性能，继电保护跳闸现象会常常发生，通过研究论证发现，继电保护跳闸方式含有两类，一类为保护网跳闸，一类为保护对点跳闸。对点跳闸方式在信号传输的过程中，不使用网络方式，因此较为可靠，但在熔点、光口上相对较多。保护网跳闸则要通过交换机的信号传输，但在光纤敷设量及光纤熔点上相对较少。对于使用何种方式进行变电站保护，现阶段还存在一定争议，本文系统地进行两种智能变电站的机电保护跳闸方式对比，阐述两类保护跳闸方式在各方面的性能表现，对实现方式进行科学研究，以期为变电站继电保护跳闸方式选择提供借鉴。

关键词：智能变电站;继电保护跳闸;实现方式

引言

随着科学技术的不断进步，电力行业也朝着信息化、智能化的方向发展。智能变电站是指使用环保、先进的集成智能设备，且站内达成信息共享标准化、通信平台网络化、信息数字化，能够自动完成信息的检测、计量及保护、控制、采集等功能，同时电网能够实时进行协同互动、在线决策分析、智能调节和自动化控制的变电站。继电保护装置在智能变电站中是一个重要的组成部分，在实现变电站保护效果的过程中，继电保护跳闸是主要的方式，但是对于在实际工作中选择运用什么样的实现方式还有待研究，相关工作人员需要从实际情况出发，考虑到跳闸方式的优点和缺点，从而科学的选择运用，从而确保实现良好的保护效果。

1 智能变电站继电保护网跳闸可靠性

智能变电站保护跳闸可靠性的影响因素，主要是交换机丢包，而造成交换机丢包因素则主要有 3 类，即电磁干扰问题、网络风暴问题、交换机处理能力没有达成要求。现代智能变电站的交换机均得到全球范围内的电力行业产品咨询及认证、测试群为机构的认可，并按照国际电工委员会的要求及标准，通过了电磁辐射、抗电磁干扰、静态振动等测试，能够使继电保护器在恶劣的环境下也能够保证不受电磁干扰的影响。网络风暴的发生主要有跳闸保护系统中的某个部分出现问题，导致交换机无法进行正常防护，出现跳闸报文多发的问题，但在此情况下，对点跳闸也无法正常运转;非法设备连接到信号传输网络中，并发送未知单播地址报文，此问题能够通过未知单播地址抑制功能，对其进行预防，一定程度上解决该问题;信号传输网络中发生大量异常的广播问题也会导致网络风暴问题出现，交换机中进行端口速率限制的设置，能够使得此类问题得到预防。现阶段，交换机使用的是转发及存储机制，同时选择双工的方式进行连接，所以数据流量增加的过程中，网络延时发生的概率也不会增加[1]。

2 智能变电站继电保护网跳闸延时分析

2.1保护网跳闸延时分析

保护网跳闸延时发生，主要有两个决定因素，报文发送及网络传输延时。报文发送延时主要为装置通信处理器报文处理延时。在通过智能变电站使用工程动模的方式进行测试后发现，装置各个端口处理延时为 25 μs，即第一个端口处理延时达到 25 μs，第二个则为 50 μs，以此进行类推。网络传输延时问题多是因为多处延时构成，主要包含如下因素，交换机存储转发出现延时的情况。现阶段，智能变电站所使用交换机都是转发存储原理，进行单台交换机延时的计算时，可以直接用帧长比于传输速度得到计算结果，假若使用光口为 100 Mb/s，最大帧长为 1522b，同行部帧头 8 b，交换及转发存储的延时则为 122 μs;如果是千兆端口存储，则转发延时则为 12 s。交换机的交换出现延迟，交换延迟为固定的值，主要受到交换机优先功能、芯片处理等功能速度影響，工业以太网交换机的延迟一般为 10 μs 以下。光缆传输发生延迟，主要由光缆长度影响，以光缆长度比与光缆光速，光缆光速即是光速的 2/3，就能得到延时值[2]。例如，1 km 的光缆，传输的延时大约在5 μs。交换机帧排队发生延时，帧冲突主要在广播以太网中出现，以太网交换机和队列结合，进行存储转发，能够使得共享性以太网帧冲突问题得到解决，帧排队延时问题则可以通过帧优先级设置解决。网络传输延时问题，主要是交换机线路传输延时、交换机延时、发送延迟、帧排队延迟之和。通过对多类网络传输方式进行检测，发现 GOOSE 的跳闸报文形成仍然能够达成相关要求及标准[3]。

2.2与对点跳闸延时比较

保护网跳闸方式虽然增设了交换机，但通过实际论证显示，保护网跳闸延时是优于对点跳闸的。在多光口数据传输的过程中，数据是共同由一个CPU进行处理分析，可以按照一定顺序对每个端口进行处理，这样就会造成光口报文处理的延时问题。在保护网跳闸的过程中，由于是通过网络传输实现的，无需进行接口设置，组网端口都是处于第一优先位置的，这样的跳闸保护速度就会更快。但对于对点跳闸来说，各个光口因为 CPU 需要按顺序进行处理，所以排列在尾段的光口延时相对更长。交换机延时相对较短，进行反应仅需要数十微秒的时间，因此保护网跳闸延时发生较之对点跳闸延时更为短;因为数据端口增加，装置的内部数据进行循环处理的时间上，较之单一端口的处理时间更长，所以保护网跳闸延时更短;通过多个厂商设备的研究发现，光口报文发出的时间差异均在 25 μs 左右，如果将相同的报文发送到 17 个光口，那么最先将报文发出的时间和最后发出报文时间，差值则为 400 μs左右[4]。

结语

在智能变电站的跳闸继电保护中，对点跳闸及保护网跳闸这两种跳闸方式各有特点，在应用的过程中也各具优势。总体来说，经过对比分析明确，以网络传输方式信息传输为基础的保护网跳闸方式优于以光纤直接进行信息传输的对点跳闸，同时在设备可靠性及设备制造、维护成本上，保护网跳闸均优于对点跳闸，智能变电站工作人员要做好这方面的深入研究。

参考文献：

[1]简学之.智能变电站继电保护设计审查方法研究[J].技术与市场，2018，25（11）：119-120.

[2]韩少卫，朱德亮.智能变电站继电保护装置程序化测试系统的研究[J].电子技术与软件工程，2018，131（9）：148.

[3]蒋红亮，吕飞鹏.基于图论的智能变电站站域后备保护跳闸策略[J].电气技术，2017，18（12）：24-29.

[4]林明楷.浅析新型智能变电站继电保护跳闸实现方式[J].河南建材，2019（02）：132-133.