數(shù)字化變電站繼電保護技術探究

李凱樂

（貴州電網(wǎng)公司安順供電局，貴州 安順 561000）

1 數(shù)字化變電站介紹

數(shù)字化變電站是指基于IEC 61850標準建立全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，實現(xiàn)站內(nèi)一次設備智能化和二次設備網(wǎng)絡化，以全站為對象統(tǒng)一配置保護和自動化功能的變電站。兩次提到特點有:一次設備智能化；二次設備網(wǎng)絡化；測量系統(tǒng)數(shù)字化；信號傳輸均由計算機通信技術實現(xiàn)；二次接線大為減少；良好的互操作性；數(shù)據(jù)易于共享；自動化水平高。

兩次提到特點有也是六個方面：一是變電站傳輸和處理的信息全數(shù)字化。二是過程層設備智能化。三是統(tǒng)一的信息模型：數(shù)據(jù)模型、功能模型。四是統(tǒng)一的通信協(xié)議：數(shù)據(jù)無縫交換。五是高質(zhì)量信息：可靠性、完整性、實時性。六是各種設備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。

2 數(shù)字化變電站的意義

數(shù)字化變電站將會給我國變電站的運行和管理帶來深遠的影響，無論在技術方面還是經(jīng)濟方面，都具有重大的意義。

從技術方面來說，數(shù)字化變電站可以減少自動化設備數(shù)量，簡化二次接線，提高系統(tǒng)的可靠性，減少設備的檢修次數(shù)和檢修時間，提高設備的使用效率；方便設備的維護和更新，減少投運時間，提高工作效率。此外，還極大地方便了變電站的擴建及自動化系統(tǒng)的擴充。

從經(jīng)濟方面來說，可以減少占地面積，從而減少建設投資，減少變電站壽命周期內(nèi)的總體成本，包括初期建設成本和運行維護成本；實現(xiàn)信息在運行系統(tǒng)和其它支持系統(tǒng)之間的共享，減少重復建設和投資等。

3 數(shù)字化變電站繼電保護技術

3.1 數(shù)字化變電站繼電保護裝置

數(shù)字化繼電保護裝置原理是利用電子互感器采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在互感器內(nèi)通過光纖利用光數(shù)字信號將數(shù)據(jù)傳到低壓端，在MU(合并單元)處理后，得出符合標準的數(shù)字量輸出。數(shù)字化保護裝置由光接收、開入、中央處理、出口四個單元以及人機和通信接口等。

隨著繼電保護裝置的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)在快速、可靠、選擇和靈敏性上對繼電保護技術提出了新的要求。

3.2 數(shù)字化變電站提高了繼電保護的運行水平

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)微機保護在原理和技術上已相當成熟，處于國際領先水平。但是，仍然存在著一些問題：

（1）二次回路設計接線錯誤，電纜長，執(zhí)行反事故措施不到位，電纜老化后接地，造成保護誤動；（2）定值項多，控制字和跳閘矩陣設置錯誤；（3）變電站直流電源回路故障接地引發(fā)繼電保護誤跳閘；（4）由于有許多季節(jié)性負荷，備自投(備用電源自動投入)、低頻低壓減載壓板等核查、切換工作量大，易出錯；（5）CT特性惡化和特性不一致引起故障延遲切除和區(qū)外故障誤動；（6）保護通道問題；（7）下雨引起瓦斯繼電器接線盒進水，觸點接通；（8）一些配電系統(tǒng)無母線差動保護、備自投等，上一級保護難起后備作用，造成事故擴大，供電中斷等。

如果采用基于IEC 61850標準的數(shù)字化變電站技術，由于二次電纜少，在不增加硬件設備、不重復采集交流信息的前提下，將相應功能分散到各間隔保護單元中，實現(xiàn)了網(wǎng)絡化母線保護、網(wǎng)絡化備自投和網(wǎng)絡化低頻低壓減載功能，可以基本消除以上限制繼電保護運行水平繼續(xù)提高的瓶頸。同時，保護定值、控制字簡化，保護壓板、按鈕和把手大大減少，也可以顯著減少運行維護人員的“三誤”事故(誤碰、誤接線、誤整定引起的事故)。

而對于裝置缺陷，由于直接采用數(shù)字量，能真實反映系統(tǒng)一次電氣量信息，裝置可采用更先進的原理算法，其集成度可以更高，抗干擾能力大大增強，再加上在線監(jiān)測、在線檢修自動化，裝置運行也將更加穩(wěn)定。

3.3 數(shù)字化變電站對繼電保護技術提出了新的挑戰(zhàn)

目前，繼電保護裝置的微機化趨勢充分利用了先進的半導體處理器技術：高速的運算能力、完善的存貯能力和各種優(yōu)化算法，同時采用大規(guī)模集成電路和成熟的數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波和抗干擾等技術，因而系統(tǒng)響應速度、可靠性方面均有顯著的提升。然而，數(shù)字化變電站的不斷發(fā)展，對繼電保護技術提出了新的挑戰(zhàn)：

更高的繼電保護性能。具體到電力繼電保護設備來說，包括：電力狀態(tài)參數(shù)的快速準確監(jiān)測；系統(tǒng)很強的存儲力，能更好地實現(xiàn)故障分量保護；先進、優(yōu)化的自動控制、算法和技術，如自適應、狀態(tài)預測、模糊控制及人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡等，確保更高的運行準確率；在滿足當前繼電保護功能和性能需求的條件下，以更低的整體系統(tǒng)成本(包括軟硬件成本和開發(fā)成本)實現(xiàn)。

更好的系統(tǒng)軟硬件的擴展能力。產(chǎn)品方案的可擴展性是當前很多嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品方案選型的一個重要考慮點，對于繼電保護系統(tǒng)來說尤其如此。

更高的可靠性?？煽啃猿讼到y(tǒng)軟件設計的優(yōu)化和調(diào)試外，體現(xiàn)在數(shù)字元件的特性不易受溫度變化(寬的工作溫度范圍)、電源波動、使用年限的影響，不易受元件更換的影響；且自檢和巡檢能力強，可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

3.4 數(shù)字化變電站中新興繼保技術的應用分析

3.4.1 智能化繼電保護測試儀。隨著推廣與應用IEC 61850標準，智能化變電站的投入運行變得越來越普遍化，數(shù)字化測試設備在電力用戶和制造廠中的需求呈上升趨勢。DRT-802測試儀(許繼研制)支持GOOSE收發(fā)、IEC 61850-9-1/9-2、開入開出及輸出小信號模擬量，實現(xiàn)了數(shù)字化變電站對任意電壓等級的繼電保護裝置測試。

3.4.2 全數(shù)字化變電站的動態(tài)仿真系統(tǒng)。具有數(shù)字化、信息化、自動化、互動化特點的數(shù)字化變電站，是建設智能電網(wǎng)的重要部分。國內(nèi)目前不同模式的數(shù)字化變電站，因無法有效檢測繼電保護二次設備的性能，全數(shù)字化變電站的設備檢查和監(jiān)測功能無法實現(xiàn)。

全數(shù)字化變電站的動態(tài)仿真系統(tǒng)，研究數(shù)字化變電站的通訊組網(wǎng)途徑與電子互感器的工作原理，開發(fā)出了全數(shù)字化變電站的動態(tài)仿真系統(tǒng)硬件，實現(xiàn)故障錄波器與仿真系統(tǒng)軟件開發(fā)人性化界面操作，檢測了線路、變壓器及母線保護的性能技術。仿真模擬全數(shù)字化變電站的操作演習、運行方式及事故狀態(tài)得以實現(xiàn)，為繼電保護設備、自動綜合測控系統(tǒng)、故障錄波設備、智能儀表等二次設備輸出了仿真模擬的信號源；實現(xiàn)電網(wǎng)測控系統(tǒng)動態(tài)閉環(huán)測試，對提高電網(wǎng)穩(wěn)定安全的運行，降低電網(wǎng)事故具有重大意義。

結語

數(shù)字化變電站快速建設對繼電保護技術提出了更高的要求，這給繼電保護的工作帶來新的挑戰(zhàn)。因此，建立一支強有力的繼電保護隊伍，提高保護人員技術水平和工作技能，結合轄區(qū)供用電實際情況，不斷創(chuàng)新繼保技術，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定是我們的責任。

[1]高壓電網(wǎng)繼電保護原理與技術[J].電力系統(tǒng)自動化，2005-05-30.

[2]蔣寶中，馬峰，蔣寧進.高低壓柜繼電保護[J].綜合自動化裝置，2011-03-09.