智能變電站繼電保護的運行和維護技術(shù)研究

蘇文遠

摘 要：智能變電站是智能電網(wǎng)發(fā)展的主要節(jié)點，也是推動電網(wǎng)智能化的核心工作。本文結(jié)合智能變電站的主要結(jié)構(gòu)，分析了其繼電保護的技術(shù)要點，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合智能變電站工作的實踐經(jīng)驗，對智能變電站的繼電保的運行和維護技術(shù)展開研究。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護；運行；維護技術(shù)

引言：智能變電站技術(shù)是一門綜合性、涉及多領(lǐng)域的技術(shù)，也是對電網(wǎng)發(fā)展理念的全面革新，給變電站繼電保護的管理、運行和維護帶來了新的技術(shù)問題，在智能變電站的眾多二次設(shè)備中，以繼電保護設(shè)備對安全性、可靠性、速動性的要求最高，因此，重視智能變電站的運行和維護，對推動我國電網(wǎng)建設(shè)“大運行”有重要意義。

一、智能變電站繼電保護技術(shù)要點分析

（一）智能變電站的主要結(jié)構(gòu)。如下圖1為智能變電站的“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，智能變電站主要包括過程層、站控層、間隔層，以及站控層網(wǎng)、過程層網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如下：

圖1：智能變電站的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)

（1）過程層。如上圖所示，過程層主要包括開關(guān)設(shè)備、斷路器、EVT、ECT等智能一次設(shè)備和相關(guān)的模擬量采集設(shè)備、相關(guān)組件，智能變電站繼電保護從過程層獲取開關(guān)量、模擬量等基本狀態(tài)。（2）站控層。站控層是主要實現(xiàn)對變電站控制的管理層，它是變電站的控制中樞，執(zhí)行變電站內(nèi)時間控制、電力通信、系統(tǒng)對時、站域控制等功能，通過對全站保護和控制設(shè)備的狀態(tài)采集和信息交換，實現(xiàn)對采集到的模擬量、開關(guān)量的邏輯判斷，并根據(jù)邏輯判斷的結(jié)果，輸出跳閘或閉鎖功能。（3）間隔層。間隔層是過程層和站控層之間的過渡層，間隔層設(shè)備主要是各類繼電保護、安全自動裝置、系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備等，對間隔層中繼電保護裝置的研究，就是本文重點討論的對象。

（二）智能變電站繼電保護的技術(shù)優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的變電站系統(tǒng)相比，智能變電站的技術(shù)發(fā)展帶動了整個電力系統(tǒng)的進步，引起了系統(tǒng)從一次設(shè)備到二次設(shè)備的巨大變革，可以將其對繼電保護的影響總結(jié)為以下幾點：

（1）智能變電站的繼電保護在量值采集和邏輯判斷方面，都基于全光纖通訊，比傳統(tǒng)的變電站更加自動化和智能化，與之相適應(yīng)，電力系統(tǒng)繼電保護在測試方法、維護內(nèi)容、測試周期等方面都要進行更新，構(gòu)建智能變電站的新型運行和維護標準。（2）二次設(shè)備的模擬量、開關(guān)量采集更加網(wǎng)絡(luò)化和智能化，通過合并單元、智能終端等設(shè)備，可以實現(xiàn)對二次回路信息的全采集和全監(jiān)測，從而使得系統(tǒng)中提倡已久的狀態(tài)檢修成為可能。（3）智能變電站的重要特征之一，就是按照IEC61850標準實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的統(tǒng)一建模，將大量的二次接線轉(zhuǎn)化為對系統(tǒng)模型的建立和文件的配置工作。每個單獨的智能變電站都有唯一的SCD和CID文件與之相對應(yīng)，一旦變電站運行狀態(tài)出現(xiàn)變化，必需對相應(yīng)的文件進行修改。（4）繼電保護行業(yè)處于不斷的發(fā)展和技術(shù)革新中，智能變電站目前在我國還屬于新生事物，IEC61850技術(shù)也處在日漸完善的過程中，目前業(yè)界對

IEC61850的理解還存在差異，有些細節(jié)還存在一定爭議，這給智能變電站的運行和維護也帶來一定挑戰(zhàn)。

基于上文的分析，目前智能變電站試點工程雖然大幅度推廣和建設(shè)，但在相關(guān)標準的完善、對技術(shù)規(guī)范的理解等方面，智能變電站的更大規(guī)模推廣還面臨一些需要解決的問題，因此，以智能變電站繼電保護的運行和維護技術(shù)為切入點，對智能變電站的發(fā)展展開研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

二、智能變電站運行維護技術(shù)研究

筆者結(jié)合智能變電站的工作實踐，將智能變電站的運行和維護技術(shù)總結(jié)如下：

（一）正常運行時的系統(tǒng)維護。安全穩(wěn)定運行是智能變電站的目標，在未出現(xiàn)任何異常時，變電站的運行以日常檢修和維護為主，主要關(guān)注變電站內(nèi)新增加的設(shè)備的運行情況，加強對新增設(shè)備的巡視和維護，排除可能出現(xiàn)的故障隱患。

1.繼電保護裝置的維護。智能變電站的繼電保護與傳統(tǒng)保護在開入開出采集、通信、全站協(xié)議方面都具有很大的不同，基于這種結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方式的變化，在運行和維護時應(yīng)該注重以下幾個方面：

（1）為了預(yù)防異?，F(xiàn)象或故障可能帶來的設(shè)備信息丟失，

對智能變電站的保護和安全自動裝置應(yīng)該及時進行各種參數(shù)的備份，包括設(shè)備模型配置、參數(shù)設(shè)置等。對運行于室外的智能終端箱等設(shè)備，應(yīng)該按照相應(yīng)的溫度控制設(shè)備，避免高溫等惡劣環(huán)境可能帶來的設(shè)備損壞。（2）智能變電站中，大量的光纖接線代替了二次電纜，因此，光纖網(wǎng)絡(luò)的完好對變電站安全穩(wěn)定運行具有重要意義。在日常運行時，應(yīng)該定期檢查保護的交流采樣是否正確完好、光纖連接是否可靠接觸良好、站內(nèi)運行設(shè)備是否有告警信息等。對間隔層內(nèi)的跨間隔設(shè)備，如數(shù)據(jù)集中器等還應(yīng)該檢查中間環(huán)節(jié)是否正確。

2.網(wǎng)絡(luò)交換機和報文分析儀。智能變電站的運行中，主要涉及四種報文：MMS報文、GOOSE報文、對時NTP報文、PTP報文，智能變電站設(shè)備動作的正確與否，和網(wǎng)絡(luò)運行報文是否正常密切相關(guān)，基于智能變電站對網(wǎng)絡(luò)通信的依賴，對網(wǎng)絡(luò)交換機和報文分析儀的維護應(yīng)該高度重視。

（1）IEC61850 一致性測試，檢查交換機等相關(guān)設(shè)備是否符合IEC61850要求的一致性是否符合相關(guān)的技術(shù)要求，檢查交換機的型號、配置、參數(shù)是否與要求相符。（2）檢查網(wǎng)絡(luò)交換機的以太網(wǎng)端口設(shè)置、速率、鏡像功能是否正常。確保交換機內(nèi)部的生成樹協(xié)議、VLAN 設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)流量與設(shè)計要求一致，監(jiān)視交換機的冗余度和傳輸延時性能，確保交換機在各個方面的性能都能滿足系統(tǒng)要求。

報文分析儀主要功能是對通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)報文進行完全記錄，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時，能夠通過報文分析儀進行查詢，起到第三方報文記錄、報文監(jiān)視等作用，還可以監(jiān)視系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與運行狀態(tài)。在日常的維護中，應(yīng)該重點關(guān)注報文分析儀的記錄時間期限，其容量應(yīng)該至少能夠記錄一個星期以內(nèi)的全站報文，并具有完備的報文解析能力，能夠幫助變電站運行人員簡單、明了、直觀的獲取網(wǎng)絡(luò)報文信息，從而對系統(tǒng)運行情況進行準確判斷。

3 .智能化變電站監(jiān)控系統(tǒng)。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)在規(guī)約方面，采用了DL/T 860 通信標準，在系統(tǒng)配置方面，采用了全站統(tǒng)一的 SCD 配置文件，并導(dǎo)入各裝置的

CID 文件，在這些方面的變化是對智能化變電站監(jiān)控系統(tǒng)的維護重點。

（1）應(yīng)重點檢查全站的 SCD 配置文件集成是否正確、各個設(shè)備的MMS數(shù)據(jù)集配置是否符合要求、站控層的GOOSE閉鎖邏輯是否正確等，并在此基礎(chǔ)上一一驗證。同時還應(yīng)關(guān)注各個設(shè)備的版本變化，加強對版本的管理。（2）在對程序化操作功能的檢查方面，應(yīng)要求智能變電站所有設(shè)備都滿足單間隔、多間隔、保護功能投退等程序化操作的要求。（3）重視對智能變電站站控層功能的驗證，對軟壓板控制、定值區(qū)切換控制及定值召喚等功能進行一一驗證，并要求站控層的后臺能夠?qū)崟r更新定值區(qū)與軟壓板的狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足無人站值班功能。

（二）異常情況下的系統(tǒng)維護。與正常運行情況相比，對異常情況的系統(tǒng)維護應(yīng)該區(qū)別對待，如果是與常規(guī)站類似的異常情況，可以依照傳統(tǒng)的處理方式，如果是智能站內(nèi)的新設(shè)備和新情況，則應(yīng)該結(jié)合新標準重點分析和處理。

（1）間隔合并單元故障。合并單元故障是目前智能變電站內(nèi)最高發(fā)的故障，應(yīng)該重點關(guān)注并進行原因分析。對于雙套配置的間隔，當(dāng)合并單元故障時，應(yīng)立即退出本間隔與故障合并單元對應(yīng)的保護出口壓板，并退出與故障合并單元相應(yīng)的母線保護裝置；如果是單套配置的間隔，應(yīng)立即申請相應(yīng)的間隔單元開關(guān)退出運行。（2）智能終端故障。智能終端主要負責(zé)對開關(guān)設(shè)備的跳合閘，因此，一旦智能終端出現(xiàn)故障，可能會影響到變電站內(nèi)設(shè)備的跳合閘，所以，必需立即退出該智能終端出口壓板，防止因故障出現(xiàn)而導(dǎo)致的智能終端誤跳閘。（3）交換機故障。應(yīng)根據(jù)GOOSE網(wǎng)絡(luò)圖、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖等資料，詳細分析故障交換機可能造成的網(wǎng)絡(luò)影響，如果過程層GOOSE網(wǎng)間隔交換機故障，影響本間隔交換機構(gòu)成的GOOSE鏈路，應(yīng)視為失去本交換機所連接的保護。（4）過程層GOOSE網(wǎng)公用交換機故障，可能影響母線保護、變壓器保護、過負荷聯(lián)切等公用設(shè)備，所以，應(yīng)根據(jù)交換枧所處網(wǎng)絡(luò)位置以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定其影響范圍后，再酌情做出處理。

除了對異常設(shè)備及受影響設(shè)備采取運行處理措施外，還應(yīng)該針對各種設(shè)備的異?，F(xiàn)象，全面分析異常信號和正常信息，結(jié)合故障的實際情況進行診斷，以便迅速恢復(fù)異常設(shè)備，保障智能變電站的安全穩(wěn)定運行。

結(jié)語：目前，智能變電站在我國發(fā)展迅速，已經(jīng)具有大量的試點工程，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)該積極研究智能變電站繼電保護的運行和維護技術(shù)，在智能站的繼電保護方面多積累了經(jīng)驗。智能化變電站運行和維護人員應(yīng)該積極提升自身專業(yè)素養(yǎng)，學(xué)習(xí)電網(wǎng)運行新技術(shù)和新方法，從而全面提升智能變電站的繼電保護運行和管理水平。

參考文獻：

[1] 蔡澤祥，王海柱.智能變電站技術(shù)及其對繼電保護的影響[J].機電工程技術(shù)，2012（5）.

[2] 夏勇軍，蔡勇，陳宏，等.110kV智能變電站繼電保護若干問題研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，26（1）.

[3] 趙曼勇，周紅陽，陳朝暉，等.基于IEC 61850標準的廣域一體化保護方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（6）：58-60.

[4] 王賓，董新洲，許飛，等.智能配電變電站集成保護控制信息共享分析[J].中國電機工程學(xué)報，2011（31）：1-6.