基于信息一體化的智能化繼電保護(hù)探究

摘 要：針對目前變電站繼電保護(hù)存在的弊端，文章提出了基于信息一體化的智能化繼電保護(hù)方案：繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)和廣域繼電保護(hù)方案。對整定計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行詳細(xì)分析與闡述，對廣域繼電保護(hù)方案的設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)研究。

關(guān)鍵詞：信息一體化；智能化；繼電保護(hù)

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0095-02

變電站作為電力系統(tǒng)控制和傳輸電能的核心組成部分，直接影響著供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。由于工業(yè)社會逐步進(jìn)入微電子時(shí)代，電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)系統(tǒng)也逐步實(shí)現(xiàn)自動化、智能化，智能化的系統(tǒng)不僅操作簡單、擴(kuò)展性強(qiáng)，也極大的提高了供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信及控制理論等進(jìn)一步發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)逐步趨向于網(wǎng)絡(luò)化、智能化、保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信等各方面融合為一體的方向發(fā)展，從信息一體化角度考慮配置各種應(yīng)用是目前電力系統(tǒng)的核心技術(shù)。

1 目前繼電保護(hù)配置中存在的不足

在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)的主要作用是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)對故障進(jìn)行判斷和動作，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前，在智能變電站的繼電保護(hù)及安全自動裝置運(yùn)行中還存在一定的不足，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

1.1 繼電保護(hù)整定計(jì)算業(yè)務(wù)水平差異較大

由于變電站在不斷進(jìn)行升級、改造，規(guī)模日益增大，現(xiàn)用的單機(jī)版整定計(jì)算軟件不論是通用性還是可擴(kuò)展性都難以滿足繼電保護(hù)整定的需要。同時(shí)，在不同區(qū)域，繼電保護(hù)的定值管理系統(tǒng)也存在較大差異，這就導(dǎo)致不同地區(qū)管理模式、業(yè)務(wù)水平都存在較大差異，對定值模板進(jìn)行維護(hù)時(shí)，工作量較大，因此未能實(shí)現(xiàn)全流程統(tǒng)一控制。

1.2 上下級保護(hù)整定配合困難、難以提供后備保護(hù)

目前，繼電保護(hù)系統(tǒng)的主保護(hù)主要是基于方向比較或電流差動進(jìn)行保護(hù)，這種方式具有很好的選擇性和流動性，但是對于設(shè)備外部的故障卻難以提供后備保護(hù)。繼電保護(hù)執(zhí)行保護(hù)動作的基本依據(jù)是本地測量數(shù)據(jù)，因此這種系統(tǒng)只能對本地設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，若設(shè)備以外的部分出現(xiàn)故障，則難以執(zhí)行保護(hù)動作，同時(shí)如果運(yùn)行方式發(fā)生變化，繼電保護(hù)也很難對其作出反應(yīng)，不同保護(hù)裝置之間難以實(shí)現(xiàn)密切配合，同時(shí)若系統(tǒng)的運(yùn)行方式發(fā)生變化也難以進(jìn)行準(zhǔn)確反映。

2 基于信息一體化的智能化繼電保護(hù)應(yīng)用探究

2.1 基于信息一體化的繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想主要包括兩方面：

①基于信息一體化進(jìn)行建模。建模時(shí)以圖形為依托，自動生成設(shè)備模型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得整個系統(tǒng)中的圖形和數(shù)據(jù)庫之間存在對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分層、分區(qū)及可視化維護(hù)。

②實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)其他部分的數(shù)據(jù)交互和共享。基于此，系統(tǒng)邊界如圖1所示。根據(jù)圖1可知，將其進(jìn)行信息一體化后，能夠?qū)崿F(xiàn)整定計(jì)算和調(diào)度專業(yè)、方式專業(yè)之間的密切聯(lián)系。

2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各部分功能

基于信息一體化繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)中既有故障計(jì)算、整定計(jì)算、數(shù)據(jù)及設(shè)備管理模塊外，還有圖像建模與仿真校驗(yàn)等模塊。

數(shù)據(jù)層：采用此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個繼電保護(hù)信息一體化，即能夠?qū)⑺猩婕暗降男畔⒓械揭粡垐D上，同時(shí)能夠根據(jù)圖形生成相關(guān)的拓?fù)淠Ｐ汀Ｍ瑫r(shí)為了避免信息一體化時(shí)圖形規(guī)模巨大、維護(hù)不易等問題，選擇分層分區(qū)進(jìn)行處理，建立相應(yīng)的分級用戶權(quán)限體系。

故障計(jì)算：在對整個變電站系統(tǒng)進(jìn)行故障計(jì)算時(shí)，主要包括以下三部分：

①故障計(jì)算分析。此部分主要包括方式設(shè)置、故障設(shè)置、結(jié)果查詢及電氣量分析等。

②等值計(jì)算。此部分主要包括母線等值阻抗和多點(diǎn)等值。

③整定參數(shù)計(jì)算。此部分主要包括支路電流最值和分支系數(shù)。該系統(tǒng)為整個繼電保護(hù)的整定計(jì)算、事故分析及仿真提供了極大便利。

整定計(jì)算：該系統(tǒng)的整定計(jì)算主要包括以下兩方面：

①面向保護(hù)原理的整定。

②面向保護(hù)裝置的整定。

設(shè)備管理：在進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)的整定計(jì)算時(shí)，涉及到眾多方面的數(shù)據(jù)，主要包括輸入、中間和輸出數(shù)據(jù)。通過對其進(jìn)行有效管理，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)裝置型號庫的維護(hù)、定值單的管理、自動生成等。

2.2 基于信息一體化的廣域繼電保護(hù)方案

2.2.1 方案設(shè)計(jì)思想

基于信息一體化的廣域繼電保護(hù)方案的提出，主要是根據(jù)下述思想設(shè)計(jì)：

①繼電保護(hù)對電力系統(tǒng)故障信息的獲取從點(diǎn)逐步發(fā)展到線。隨著數(shù)據(jù)通信技術(shù)的深入發(fā)展，也給繼電保護(hù)的概念賦予了新的內(nèi)涵，除了要確保自身的保護(hù)性能外，還盡量實(shí)現(xiàn)與本區(qū)域內(nèi)其他部分的信息傳輸和共享，即廣域繼電保護(hù)方案。

②要實(shí)現(xiàn)一體化繼電保護(hù)，必須要對變電站內(nèi)監(jiān)視、控制及保護(hù)等進(jìn)行優(yōu)化組合和集成，以確保繼電保護(hù)信息集成化、一體化。通過一體化系統(tǒng)，能夠及時(shí)對各種信息進(jìn)行判斷和處理，在確保整個變電站安全運(yùn)行的同時(shí)，還提高變電站及整個電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化、智能化水平。

③信息一體化的廣域繼電保護(hù)要以變電站系統(tǒng)的多點(diǎn)的信息，對發(fā)生的故障能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、快速的切除，同時(shí)系統(tǒng)能夠自動分析故障對變電站系統(tǒng)造成的不利因素，同時(shí)采取相應(yīng)的控制措施。

④基于信息一體化繼電保護(hù)在不影響變電站內(nèi)保護(hù)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)⒖焖俦Ｗo(hù)和后備保護(hù)進(jìn)行分別集成，作為對后備保護(hù)系統(tǒng)的補(bǔ)償，能夠有效實(shí)現(xiàn)對區(qū)域電網(wǎng)的保護(hù)與控制一體化。

2.2.2 保護(hù)方案結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

基于信息一體化的廣域繼電保護(hù)方案如圖3所示。該信息一體化的廣域繼電保護(hù)方案中保護(hù)A和保護(hù)B是完全獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站內(nèi)各個電子設(shè)備的主保護(hù)。后備保護(hù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對變電站中變壓器、本站線路等各種電子設(shè)備的后備保護(hù)、對大差動電流保護(hù)的有效判斷、安全設(shè)備中的低頻、低壓及錄波、保護(hù)等，還可以將變電站內(nèi)的相關(guān)信息和保護(hù)主站之間的信息進(jìn)行交換和共享，為了確保整個保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，采用“三取二”的模式，確保對整個變電站電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)和控制。

上述繼電保護(hù)方案具有下述特點(diǎn)：

①該方案能夠有效解決傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)面向保護(hù)設(shè)備，元件之間的信息傳輸和共享問題。此方案能夠利用電壓、電流、開關(guān)量等方面的信息及多點(diǎn)信息識別不同模式的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對故障發(fā)生位置的快速、準(zhǔn)確定位，在很短時(shí)間內(nèi)能夠及時(shí)進(jìn)行選擇，最終實(shí)現(xiàn)對變電站多個電子設(shè)備的保護(hù)，提高整個變電站系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，基于信息一體化的保護(hù)方案，能夠使得整個保護(hù)性能實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，能夠?qū)φ麄€變電站網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。

②該方案實(shí)現(xiàn)了整個繼電保護(hù)系統(tǒng)一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。將整個信息一體化后，對于站內(nèi)各項(xiàng)功能，例如：監(jiān)控、測量、錄波等能夠?qū)崿F(xiàn)有效整合；對于所保護(hù)變電站內(nèi)的電氣量、開關(guān)量信息能夠傳輸給站內(nèi)保護(hù)，同時(shí)跳閘命令也能通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸?shù)綌嗦菲?，?shí)現(xiàn)對變電站的快速、有效保護(hù)。

③該方案能夠在局域的角度，通過通信網(wǎng)絡(luò)獲取其他部分的信息，通過有效利用信息冗余，在一定程度上極大的提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的選擇性、靈敏性和可靠性；還可以通過一體化信息實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行模式的自適應(yīng)能力，一旦出現(xiàn)故障，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行定位并迅速切除，特別是能夠減少變壓器低壓側(cè)由于出現(xiàn)故障而造成變壓器被燒毀狀況的出現(xiàn)。

3 結(jié) 語

智能變電站是整個電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其繼電保護(hù)性能的好壞對整個電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行具有十分重要的影響。為了盡量減少現(xiàn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)的弊端對整個電網(wǎng)的影響，提出了基于信息一體化的智能化繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)和保護(hù)方案，并對其設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)進(jìn)行了深入研究，確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

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