淺探變電站數(shù)字化技術(shù)對繼電保護(hù)的影響

游德智

摘要：介紹了變電站數(shù)字化技術(shù)對繼電保護(hù)的影響。

關(guān)鍵詞：變電站；數(shù)字化；繼電保護(hù)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）36-8828-02

1 概述

理想的數(shù)字化變電站是指變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。數(shù)字化變電站在物理結(jié)構(gòu)上可分為智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備和統(tǒng)一的通信平臺。IEC61850是迄今為止最為完善的變電站自動化的通信標(biāo)準(zhǔn)，也是第一個完整的以實(shí)現(xiàn)IED和操作性為目標(biāo)的通信標(biāo)準(zhǔn)體系，它代表了變電站自動化的未來發(fā)展方向。[1]

2 數(shù)字化技術(shù)對繼電保護(hù)

2.1 基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的信息處理

變電站數(shù)字化的各項信息采集、處理、傳輸和存儲等功能的實(shí)現(xiàn)完全基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。整個變電站的二次系統(tǒng)由網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、接口裝置等各層的IED設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，可以實(shí)時監(jiān)視各個環(huán)節(jié)的工作。變電站內(nèi)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互操作性，使系統(tǒng)改造升級更加容易。

傳統(tǒng)變電站使用的是IEC60870系列通信協(xié)議，該系列協(xié)議可以滿足變電站傳輸保護(hù)和監(jiān)視信息的需求，但是因為該協(xié)議是面向信號的協(xié)議，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)格式，對通用分類服務(wù)的語法和傳輸?shù)倪^程沒有詳細(xì)說明，不同廠商的設(shè)備存在差異，不同設(shè)備之間的互操作性和兼容性較差，如圖1所示。[2]

變電站數(shù)字化采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，通過協(xié)議的應(yīng)用，經(jīng)由系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，在變電站各個位置分散安裝的傳感器，可以將信號直接傳送至保護(hù)、控制系統(tǒng)，如圖2所示。主保護(hù)、后備保護(hù)等保護(hù)和控制功能可以在多個IED 中靈活地分配，提高了配置的靈活性和互操作性，簡化數(shù)據(jù)庫維護(hù)，增加數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)模型通過面向?qū)ο蟮木幊谭椒ê痛a重用技術(shù)可以重用。用戶可以通過圖形化的編程語言自由地組織保護(hù)方案。

變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化智能裝置功能將重新整合，配置將更為優(yōu)化合理。如目前微機(jī)保護(hù)裝置中的錄波功能主要用于記錄和分析保護(hù)本身的動作行為，結(jié)構(gòu)相對簡單且采樣率較低。如果要達(dá)到專用故障錄波器的性能，還要解決裝置間采樣同步問題，而且可能會影響其主要功能即保護(hù)功能的發(fā)揮，代價會很大。IEC61850引入之后，統(tǒng)一了裝置的硬件和軟件平臺，由于保護(hù)功能集成配置更加靈活，專用錄波器將會所被取消。

2.2 采用電子式互感器的影響

采用電子式互感器為主的非常規(guī)互感器比傳統(tǒng)互感器更為優(yōu)越，對繼電保護(hù)和變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在如下方面：

1） 電子式互感器的特性為線性的，在短路時電子式電流互感器不會飽和。繼電保護(hù)的選擇性、靈敏度和快速性均得到了明顯的提高，解決了線路縱差保護(hù)、主變差動保護(hù)和母差保護(hù)的電流互感器飽和暫態(tài)精度不高等難題。

2） 電子式互感器的使用簡化了電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備的配置，不再使用復(fù)雜的連接線。與一次系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)可以安全、可靠、實(shí)時地傳輸至二次設(shè)備側(cè)的微機(jī)處理系統(tǒng)，能大量節(jié)省電纜和工程量。

3） 電子式互感器兼具大測量范圍和高精確度的優(yōu)點(diǎn)，保護(hù)功能和測量功能可以同時使用一個互感器。并且由于電子式互感器的頻率帶寬范圍大，基于電流電壓測量的新保護(hù)算法的研制更加容易。

4） 電子式互感器的使用將為保護(hù)的優(yōu)化配置創(chuàng)造條件。例如母差保護(hù)可以不再采取集中式布置，而將各間隔單元分散布置，通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從網(wǎng)絡(luò)獲得的其他所有回路的電流量進(jìn)行母差計算，并進(jìn)行相應(yīng)的動作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.3 數(shù)字化開關(guān)設(shè)備的影響

開關(guān)設(shè)備和二次設(shè)備之間有開關(guān)位置信號、開關(guān)告警信號、開關(guān)控制信號等信息需要傳輸，開關(guān)設(shè)備的數(shù)字化對繼電保護(hù)和測控裝置的最大影響是二次智能裝置跳合閘回路以及遙信回路的改變。[2]

在傳統(tǒng)的變電站中，變電站內(nèi)電纜溝、電纜層中有龐大的二次電纜群。這是由于二次智能裝置必須通過硬接點(diǎn)方式完成跳合閘操作和遙信量采集，在電纜中這些信息以模擬信號的方式傳送。在采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)后，變電站數(shù)字化在通信中采用過程層通信方法，開關(guān)設(shè)備內(nèi)的遙信信號和控制命令將通過通信報文的方式來實(shí)現(xiàn)，取消了控制電纜。以網(wǎng)絡(luò)的方式傳送保護(hù)信息的優(yōu)點(diǎn)在于：1、降低電纜成本；2、變模擬信號為數(shù)字信號能大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘浚?、方便地實(shí)現(xiàn)基于軟件和網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)鎖，能顯著減少機(jī)構(gòu)輔助接點(diǎn)數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。

形成過程層通信之后，跳合閘報文將直接從微機(jī)保護(hù)裝置和測控裝置的通信控制器中發(fā)出，在二次智能裝置跳合閘回路中可以取消保護(hù)的開入量插件，將所有功能壓板改成軟壓板，裝置跳合閘回路只在智能操作箱保留出口跳合閘壓板。

3 結(jié)束語

數(shù)字化變電站將變革傳統(tǒng)的變電站一、二次設(shè)備，它的特點(diǎn)是采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)統(tǒng)一建模、分布分層的結(jié)構(gòu)體系、抽象通信服務(wù)接口和特殊通信服務(wù)映射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IED間的互操作，是一個面向未來的開放體系結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 高翔，張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（23）：67-71.endprint

摘要：介紹了變電站數(shù)字化技術(shù)對繼電保護(hù)的影響。

關(guān)鍵詞：變電站；數(shù)字化；繼電保護(hù)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）36-8828-02

1 概述

理想的數(shù)字化變電站是指變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。數(shù)字化變電站在物理結(jié)構(gòu)上可分為智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備和統(tǒng)一的通信平臺。IEC61850是迄今為止最為完善的變電站自動化的通信標(biāo)準(zhǔn)，也是第一個完整的以實(shí)現(xiàn)IED和操作性為目標(biāo)的通信標(biāo)準(zhǔn)體系，它代表了變電站自動化的未來發(fā)展方向。[1]

2 數(shù)字化技術(shù)對繼電保護(hù)

2.1 基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的信息處理

變電站數(shù)字化的各項信息采集、處理、傳輸和存儲等功能的實(shí)現(xiàn)完全基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。整個變電站的二次系統(tǒng)由網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、接口裝置等各層的IED設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，可以實(shí)時監(jiān)視各個環(huán)節(jié)的工作。變電站內(nèi)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互操作性，使系統(tǒng)改造升級更加容易。

傳統(tǒng)變電站使用的是IEC60870系列通信協(xié)議，該系列協(xié)議可以滿足變電站傳輸保護(hù)和監(jiān)視信息的需求，但是因為該協(xié)議是面向信號的協(xié)議，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)格式，對通用分類服務(wù)的語法和傳輸?shù)倪^程沒有詳細(xì)說明，不同廠商的設(shè)備存在差異，不同設(shè)備之間的互操作性和兼容性較差，如圖1所示。[2]

變電站數(shù)字化采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，通過協(xié)議的應(yīng)用，經(jīng)由系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，在變電站各個位置分散安裝的傳感器，可以將信號直接傳送至保護(hù)、控制系統(tǒng)，如圖2所示。主保護(hù)、后備保護(hù)等保護(hù)和控制功能可以在多個IED 中靈活地分配，提高了配置的靈活性和互操作性，簡化數(shù)據(jù)庫維護(hù)，增加數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)模型通過面向?qū)ο蟮木幊谭椒ê痛a重用技術(shù)可以重用。用戶可以通過圖形化的編程語言自由地組織保護(hù)方案。

變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化智能裝置功能將重新整合，配置將更為優(yōu)化合理。如目前微機(jī)保護(hù)裝置中的錄波功能主要用于記錄和分析保護(hù)本身的動作行為，結(jié)構(gòu)相對簡單且采樣率較低。如果要達(dá)到專用故障錄波器的性能，還要解決裝置間采樣同步問題，而且可能會影響其主要功能即保護(hù)功能的發(fā)揮，代價會很大。IEC61850引入之后，統(tǒng)一了裝置的硬件和軟件平臺，由于保護(hù)功能集成配置更加靈活，專用錄波器將會所被取消。

2.2 采用電子式互感器的影響

采用電子式互感器為主的非常規(guī)互感器比傳統(tǒng)互感器更為優(yōu)越，對繼電保護(hù)和變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在如下方面：

1） 電子式互感器的特性為線性的，在短路時電子式電流互感器不會飽和。繼電保護(hù)的選擇性、靈敏度和快速性均得到了明顯的提高，解決了線路縱差保護(hù)、主變差動保護(hù)和母差保護(hù)的電流互感器飽和暫態(tài)精度不高等難題。

2） 電子式互感器的使用簡化了電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備的配置，不再使用復(fù)雜的連接線。與一次系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)可以安全、可靠、實(shí)時地傳輸至二次設(shè)備側(cè)的微機(jī)處理系統(tǒng)，能大量節(jié)省電纜和工程量。

3） 電子式互感器兼具大測量范圍和高精確度的優(yōu)點(diǎn)，保護(hù)功能和測量功能可以同時使用一個互感器。并且由于電子式互感器的頻率帶寬范圍大，基于電流電壓測量的新保護(hù)算法的研制更加容易。

4） 電子式互感器的使用將為保護(hù)的優(yōu)化配置創(chuàng)造條件。例如母差保護(hù)可以不再采取集中式布置，而將各間隔單元分散布置，通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從網(wǎng)絡(luò)獲得的其他所有回路的電流量進(jìn)行母差計算，并進(jìn)行相應(yīng)的動作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.3 數(shù)字化開關(guān)設(shè)備的影響

開關(guān)設(shè)備和二次設(shè)備之間有開關(guān)位置信號、開關(guān)告警信號、開關(guān)控制信號等信息需要傳輸，開關(guān)設(shè)備的數(shù)字化對繼電保護(hù)和測控裝置的最大影響是二次智能裝置跳合閘回路以及遙信回路的改變。[2]

在傳統(tǒng)的變電站中，變電站內(nèi)電纜溝、電纜層中有龐大的二次電纜群。這是由于二次智能裝置必須通過硬接點(diǎn)方式完成跳合閘操作和遙信量采集，在電纜中這些信息以模擬信號的方式傳送。在采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)后，變電站數(shù)字化在通信中采用過程層通信方法，開關(guān)設(shè)備內(nèi)的遙信信號和控制命令將通過通信報文的方式來實(shí)現(xiàn)，取消了控制電纜。以網(wǎng)絡(luò)的方式傳送保護(hù)信息的優(yōu)點(diǎn)在于：1、降低電纜成本；2、變模擬信號為數(shù)字信號能大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘浚?、方便地實(shí)現(xiàn)基于軟件和網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)鎖，能顯著減少機(jī)構(gòu)輔助接點(diǎn)數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。

形成過程層通信之后，跳合閘報文將直接從微機(jī)保護(hù)裝置和測控裝置的通信控制器中發(fā)出，在二次智能裝置跳合閘回路中可以取消保護(hù)的開入量插件，將所有功能壓板改成軟壓板，裝置跳合閘回路只在智能操作箱保留出口跳合閘壓板。

3 結(jié)束語

數(shù)字化變電站將變革傳統(tǒng)的變電站一、二次設(shè)備，它的特點(diǎn)是采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)統(tǒng)一建模、分布分層的結(jié)構(gòu)體系、抽象通信服務(wù)接口和特殊通信服務(wù)映射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IED間的互操作，是一個面向未來的開放體系結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 高翔，張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（23）：67-71.endprint

摘要：介紹了變電站數(shù)字化技術(shù)對繼電保護(hù)的影響。

關(guān)鍵詞：變電站；數(shù)字化；繼電保護(hù)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）36-8828-02

1 概述

理想的數(shù)字化變電站是指變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。數(shù)字化變電站在物理結(jié)構(gòu)上可分為智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備和統(tǒng)一的通信平臺。IEC61850是迄今為止最為完善的變電站自動化的通信標(biāo)準(zhǔn)，也是第一個完整的以實(shí)現(xiàn)IED和操作性為目標(biāo)的通信標(biāo)準(zhǔn)體系，它代表了變電站自動化的未來發(fā)展方向。[1]

2 數(shù)字化技術(shù)對繼電保護(hù)

2.1 基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的信息處理

變電站數(shù)字化的各項信息采集、處理、傳輸和存儲等功能的實(shí)現(xiàn)完全基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。整個變電站的二次系統(tǒng)由網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、接口裝置等各層的IED設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，可以實(shí)時監(jiān)視各個環(huán)節(jié)的工作。變電站內(nèi)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互操作性，使系統(tǒng)改造升級更加容易。

傳統(tǒng)變電站使用的是IEC60870系列通信協(xié)議，該系列協(xié)議可以滿足變電站傳輸保護(hù)和監(jiān)視信息的需求，但是因為該協(xié)議是面向信號的協(xié)議，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)格式，對通用分類服務(wù)的語法和傳輸?shù)倪^程沒有詳細(xì)說明，不同廠商的設(shè)備存在差異，不同設(shè)備之間的互操作性和兼容性較差，如圖1所示。[2]

變電站數(shù)字化采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，通過協(xié)議的應(yīng)用，經(jīng)由系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，在變電站各個位置分散安裝的傳感器，可以將信號直接傳送至保護(hù)、控制系統(tǒng)，如圖2所示。主保護(hù)、后備保護(hù)等保護(hù)和控制功能可以在多個IED 中靈活地分配，提高了配置的靈活性和互操作性，簡化數(shù)據(jù)庫維護(hù)，增加數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)模型通過面向?qū)ο蟮木幊谭椒ê痛a重用技術(shù)可以重用。用戶可以通過圖形化的編程語言自由地組織保護(hù)方案。

變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化智能裝置功能將重新整合，配置將更為優(yōu)化合理。如目前微機(jī)保護(hù)裝置中的錄波功能主要用于記錄和分析保護(hù)本身的動作行為，結(jié)構(gòu)相對簡單且采樣率較低。如果要達(dá)到專用故障錄波器的性能，還要解決裝置間采樣同步問題，而且可能會影響其主要功能即保護(hù)功能的發(fā)揮，代價會很大。IEC61850引入之后，統(tǒng)一了裝置的硬件和軟件平臺，由于保護(hù)功能集成配置更加靈活，專用錄波器將會所被取消。

2.2 采用電子式互感器的影響

采用電子式互感器為主的非常規(guī)互感器比傳統(tǒng)互感器更為優(yōu)越，對繼電保護(hù)和變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在如下方面：

1） 電子式互感器的特性為線性的，在短路時電子式電流互感器不會飽和。繼電保護(hù)的選擇性、靈敏度和快速性均得到了明顯的提高，解決了線路縱差保護(hù)、主變差動保護(hù)和母差保護(hù)的電流互感器飽和暫態(tài)精度不高等難題。

2） 電子式互感器的使用簡化了電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備的配置，不再使用復(fù)雜的連接線。與一次系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)可以安全、可靠、實(shí)時地傳輸至二次設(shè)備側(cè)的微機(jī)處理系統(tǒng)，能大量節(jié)省電纜和工程量。

3） 電子式互感器兼具大測量范圍和高精確度的優(yōu)點(diǎn)，保護(hù)功能和測量功能可以同時使用一個互感器。并且由于電子式互感器的頻率帶寬范圍大，基于電流電壓測量的新保護(hù)算法的研制更加容易。

4） 電子式互感器的使用將為保護(hù)的優(yōu)化配置創(chuàng)造條件。例如母差保護(hù)可以不再采取集中式布置，而將各間隔單元分散布置，通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從網(wǎng)絡(luò)獲得的其他所有回路的電流量進(jìn)行母差計算，并進(jìn)行相應(yīng)的動作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.3 數(shù)字化開關(guān)設(shè)備的影響

開關(guān)設(shè)備和二次設(shè)備之間有開關(guān)位置信號、開關(guān)告警信號、開關(guān)控制信號等信息需要傳輸，開關(guān)設(shè)備的數(shù)字化對繼電保護(hù)和測控裝置的最大影響是二次智能裝置跳合閘回路以及遙信回路的改變。[2]

在傳統(tǒng)的變電站中，變電站內(nèi)電纜溝、電纜層中有龐大的二次電纜群。這是由于二次智能裝置必須通過硬接點(diǎn)方式完成跳合閘操作和遙信量采集，在電纜中這些信息以模擬信號的方式傳送。在采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)后，變電站數(shù)字化在通信中采用過程層通信方法，開關(guān)設(shè)備內(nèi)的遙信信號和控制命令將通過通信報文的方式來實(shí)現(xiàn)，取消了控制電纜。以網(wǎng)絡(luò)的方式傳送保護(hù)信息的優(yōu)點(diǎn)在于：1、降低電纜成本；2、變模擬信號為數(shù)字信號能大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘浚?、方便地實(shí)現(xiàn)基于軟件和網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)鎖，能顯著減少機(jī)構(gòu)輔助接點(diǎn)數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。

形成過程層通信之后，跳合閘報文將直接從微機(jī)保護(hù)裝置和測控裝置的通信控制器中發(fā)出，在二次智能裝置跳合閘回路中可以取消保護(hù)的開入量插件，將所有功能壓板改成軟壓板，裝置跳合閘回路只在智能操作箱保留出口跳合閘壓板。

3 結(jié)束語

數(shù)字化變電站將變革傳統(tǒng)的變電站一、二次設(shè)備，它的特點(diǎn)是采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)統(tǒng)一建模、分布分層的結(jié)構(gòu)體系、抽象通信服務(wù)接口和特殊通信服務(wù)映射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IED間的互操作，是一個面向未來的開放體系結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 高翔，張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（23）：67-71.endprint