智能变电站继电保护全过程管理探讨

郭玉亮

（云南电网有限责任公司普洱供电局，云南 普洱 665000）

0 前言

2021 年，智能电网建设被纳入“十四五”规划，提出应加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设，提高电力系统互补互济和智能调节能力。目前，全国各地都在积极响应“十四五”规划，加快地方智能电网建设与布局。事实表明，持续加快智能电网普及的关键环节就是智能变电站建设，智能变电站发挥着智能调节、分配电能的作用。通过运用先进的智能设备，形成自动化、智能化的电网控制系统，达到对地区电网用户的精准、高效服务，为保障好当地经济建设、民生等提供坚实条件。继电保护系统是智能变电站的重要组成，不仅确保全站电力系统管理的智能化、自动化、数字化，更实现电网安全化自动控制、电能分配自动化计算与智能调节，体现出低碳环保、高效安全管理、电能科学分配的特点。目前，随着全国各地智能变电站的投入落地，其继电保护系统成为行业内焦点，尤其是智能变电站的继电保护全过程管理，一直都是相关领域实践重难点。本文进一步对该板块探讨，提出智能变电站继电保护全过程管理理念，形成一些技术参考。

1 智能变电站的概述

智能变电站主要是在各种智能化、自动化的电网系统、电力设备支持下具备电能分配、调控、管理的场所。从智能变电站的特点来看，具备经济性、安全性、智慧化的特征。经济性特征主要得益于智能变电站相较于传统的变电站，具备了智能高压设备、电网管理信息化平台，智能高压设备可根据提前设置的指令，根据地区电网用户类型与实际需要，科学分配电能，保证电能分配的精准、有效，既避免电能浪费，也保障地方生产所需。安全性上，智能高压设备与继电保护系统连接，在统一的信息化平台操控下，可对变电站所有设备运转情况进行实时监测，监测到设备故障情形下，实现自动报警、设备切断与保护。智慧化特征主要体现于整个变电站电网管理的自动化上，其中包括继电保护系统的自动化、智能化管理。单从智能变电站的继电保护系统来讲，光缆支持下的智能化电力设备能够对电网信号、电压、电流等实施智能分析、控制，决策支持电能的安全管理。另外，过去用于实现保护逻辑的继电器硬件回路被微机保护装置中的软件所取代，变电站统一信息平台控制设备对整个变电站电力系统实施监测，一旦监测到设备故障、电网异常、电流异常、电压故障等，智能终端系统会自动控制断路器，对故障对象报警、切断，确保电网系统安全。

2 智能变电站继电保护系统

继电保护是对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。智能变电站中，完整的继电保护功能一般由继电保护装置、合并单元、智能终端三部分组成。

2.1 继电保护装置

继电保护装置是一种具备电气设备保护、电路保护、自动跳闸与报警的自动装置，其主要发挥着保护电网系统的作用。智能变电站的继电保护装置一般由过电流保护装置、电流速断保护装置、差动保护装置、单相接地保护装置及报警器等装置共同组成[1]。智能变电站的继电保护装置工作原理为：互动器模拟电压、电流，将模拟数据上传至合并单元系统中。继电保护装置能够自动对合并单元系统的设备运转情况、电压符合、电流量等实施动态检测，其发现设备故障、电压或电流不符合相关标准时，继电保护装置就会生效，发出报警的同时自动对电路、电压切断，转变供电线路，确保电力系统安全[2]。智能变电站继电保护装置的底层逻辑是测量部分、分析部分、执行部分，其中测量部分主要对接受度的电压、电流信息进行汇总与初步判断，将判断后的数据信息上传至分析装置中进行电压、电流量的深层次模拟与比对，并生成控制指令，为继电保护装置的起效输入指令依据。对继电保护的基本要求是良好的选择性、反应故障的快速性、灵敏性、可靠性及投资维护的经济性。继电保护装置之间的联系逻辑如图1 所示。

图1 继电保护装置联系逻辑

2.2 合并单元

智能变电站的合并单元作为继电保护系统的重要组成，其核心是对二次转化器的电流/电压进行时间相关组合的物理单元。一方面，合并单元系统中包括信号合并装置、数据同步分析装置、电压切换与并列装置、数据扩张装置等等。不同的装置将整个电网信息数据集成化，在相应的设备支持下进行电压、电流负荷计算，以确保电能的高效分配[3]。另一方面，合并单元的上级为互感器，下级为保护/测控装置。互感器将模拟电压、电流的结果传输至合并单元的终端设备中，其设备对电压、电流进行读取、计算，当监测到电压、电流异常时，会直接启动保护/测控装置，对电网实施报警、紧急切断或自动控制分流。智能变电站的合并单元上下层联系机制如图2 所示。

图2 智能变电站的合并单元上下层联系框架

2.3 智能终端

智能终端是智能变电站的所有设备控制终端系统，其主要与一次设备采用的电缆连接，与保护、测控等二次设备采用的光纤连接，实现对一次设备的计算、分析、控制等功能。智能变电站中的智能终端系统接受互感器、合并单元系统、保护/测控装置发来的数据信息，智能终端设备对各种电压、电流、设备运转情况的数据信息进行自动化分析，分析后的结果提供给变电站的管理人员，为其提供决策辅助或依据。其在人为的操控指令下或提前输入的数据方案下，智能终端系统会将二次操作指令通过电路传回给保护/测控装置、合并单元系统等，实现对各种电路设备的智能化控制，达到整个变电站自动化、智能化运转目的[4]。

3 智能变电站继电保护全过程管理内容及其方法

智能变电站继电保护全过程管理的本质就是对整个继电保护系统的管理，其涵盖了继电保护装置本身的管理，以及合并单元系统、智能终端的管理，同时也涉及到软压板管理与继电保护系统的二次巡检、安全防护系统维护等工作，其管理原则遵循着全面性、系统化。

3.1 继电保护装置本体的管理

基于上文分析可知，继电保护装置一般由过电流保护装置、电流速断保护装置、差动保护装置、单相接地保护装置及报警器等装置共同组成。结合实际工作经验来看，对继电保护装置的管理，主要集中在各类装置质量管理、装置运行状态检测上，例如：其一，严格把控好继电保护装置的型号、安装方式。智能变电站安装电流保护装置、电流速断保护装置等设备时，对设备的厂家、产品批号、生产日期等进行详细检查，确保智能变电站安装的各类继电保护装置符合国家相关标准。安装方法上，应将继电保护装置安装在互感器、合并单元系统的下端，同时以串联方式呈现，以确保继电保护装置本体能够正常接受电网传输的电压、电流信号，能够根据电压、电流信息数据实现装置本体功能生效[5]。其二，严密观测继电保护装置的插件状况，为了确保智能变电站的智能终端运转需要，目前继电保护装置中增加了各种插件，其目的就是支持继电保护装置在智能终端系统影响下发挥出电压、电流的自动化检测与管理作用。结合实际工作情况来看，继电保护装置的各类插件容易因高温、材质本身问题而老化，进而出现设备故障风险。因此，管理人员应采用相应的设备仪器，定期对继电保护装置的各种插件实施常态化检测。在发现插件故障时，应及时切断变电站的电力系统，更换新的插件，防治插件进一步损坏。其三，严格执行《继电保护和安全自动装置管理规定》的相关要求，对继电保护装置进行常态化检修、保养，同时做好检修、保养记录，检修过程中对于发现的设备故障问题，应及时停止相应设备运转，同时切断关联的线路，尽快更换与维修设备，确保继电保护装置的正常运行[6]。

3.2 SCD配置文件的管理

从SCD 配置文件信息产生源头来讲，它是互感器设备模拟电压、电流后，将生成的模拟量或数字报文上传至合并单元系统的结果，其生成的数据信息直接为继电保护装置提供了信息源，便于智能终端对继电保护装置的运行状态进行自动化控制。因此，对SCD 配置文件的管理，也是对互感器、合并单元系统、智能终端数据的集中化管控[7]。目前，我国电力行业，主要将SCD 文件的把控分为两部分，一部分是文件本身正确性把控，另一部分是文件执行结果正确性把控。其中，文件本身正确性把控，可采取试验验证和离线可视化审查的方式实现，比如：在智能终端调出互感器生成的历史数据，并对历史模拟量与数字报文进行分析。然后对现阶段下的SCD 配置文件信息进行汇总，将两者进行比对，若出现SCD 配置文件数据偏离模拟量或数字报文信息参数的情况，预示着SCD配置文件出现信息差异，需要对SCD 文件版本信息进行修改，使其符合原有参数要求。文件执行结果正确性把控上，其目前只能通过试验验证，没有有效的离线审查手段。实验验证方法包括四个基本步骤，一是过程层关键信息提取；二是虚拟二次回路变动二级校核；三是虚拟二次回路可视化检查；四是建立 SCD 文件修改的监督批准机制。通过对文件执行结果的正确性实验验证，发现SCD 配置文件信息的正确率，确保其符合相应的数据参数[8]。

3.3 软压板的管理

软压板主要是继电保护装置的某个投退功能的保护、控制系统，通常以生成的既定控制代码呈现。智能变电站继电保护系统中，软压板处于合并单元组。管理人员对合并单元组的管理重心就是对软压板的功能维护，以确保软压板能够支撑整个电力系统运转。其管理方法集中在三个方面：一是通过软压板对整个继电保护装置运行所产生的数据信息进行常态化处理与记录。其中，当软压板连接的继电保护装置终端显示Ⅲ类状态信号时，管理人员需对变电站的电压、电流负荷进行检查，确定电压、电流负荷在既定的标准值内，一旦偏离标准值，则需要根据地区电网用户情况，进行电能重新分配，以避免某个合并单元的电压、电流负荷过大，引起整个变电站供电设备的异常甚至安全风险隐患。当软压板连接的继电保护装置终端提示“母差保护开入变位”信号时，管理人员应检查供电设备，同时对异常供电设备实施维修。二是开展专项安全检查，对软压板运行状态进行实时检测、保养、维护，建议变电站的相关管理人员，每个月应至少对软压板的既定保护值与运转状况检查1～2 次，对软压板的既定保护值检查上，主要根据原有的保护参数，检查软压板的运行参数是否发生改变，确保软压板的既定参数符合整个继电保护装置的控制指标范畴。在发现软压板定值和状态偏离原始设定范围时，应对其参数重新调整。三是通过监控系统加强对软压板低层逻辑的监控，比如：借助变电站统一信息平台，对软压板的底层逻辑进行建立，使软压板的运行状态能够在信息平台端呈现出来。管理人员通过信息平台，定期对软压板的运行状态进行观察、分析，若软压板的运行出现故障时，信息系统平台会发出报警或提示功能，管理人员根据软压板的数据结构改变或故障情况，实施软压板故障解决与系统维护。

4 结束语

总而言之，继电保护系统在智能变电站中起着电网安全保护作用。从智能变电站的继电保护系统组成来讲，继电保护装置、合并单元系统及智能终端是继电保护的重要组成，尤其是继电保护装置在整个继电保护系统中发挥着主体性作用，其不仅承担着接受电路信号、分析电压或电流数据的作用，还发挥着电压与电流检测、报警、自动控制的作用。基于智能变电站继电保护系统组成，对继电保护全过程管理就需要瞄准至继电保护装置的本体管理上，同时注重SCD 配置文件的管理、软压板管理等等，通过采取相关的管理标准，启动管理计划，确保继电保护系统安全运行，有效监测、控制、保护智能变电站，为地方电网用户提供用电安全。