基于智能變電站的繼電保護(hù)分析

李雪飛 姜 楠

特變電工沈陽電力勘測設(shè)計有限公司

基于智能變電站的繼電保護(hù)分析

李雪飛 姜 楠

特變電工沈陽電力勘測設(shè)計有限公司

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，新材料和技術(shù)的應(yīng)用，繼電保護(hù)硬件的可靠性大大提高，變電站繼電保護(hù)技術(shù)也正在朝著智能化方向發(fā)展，并已初步應(yīng)用。本文從繼電保護(hù)配置，智能化繼電保護(hù)基本結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行探討，并對智能變電站繼電保護(hù)電力通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了分析。

智能變電站；繼電保護(hù)；基本結(jié)構(gòu)

1、繼電保護(hù)裝置的基本組態(tài)

一個完整的微機(jī)繼電保護(hù)裝置由硬件和軟件兩部分組成。硬件指的是模擬和數(shù)字電子電路，建立電氣連接和微機(jī)保護(hù)軟件運行的外部系統(tǒng)平臺；軟件是指計算機(jī)程序，它根據(jù)保護(hù)原理及硬件控制功能的要求，以完成數(shù)據(jù)采集和外部信息交換、數(shù)字和邏輯判斷和操作運行指令執(zhí)行。繼電保護(hù)的硬件配置如下。

(1)數(shù)字繼電保護(hù)裝置的數(shù)字核心部分的核心部件是一個專門設(shè)計的專用微型計算機(jī)，一般由中央處理器(CPU)、存儲器、定時器/計數(shù)器和控制電路，并通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線連接到系統(tǒng)。(2)模擬輸入接口部分的繼電器，以確定電源系統(tǒng)是否有故障或不在正常運行的基本功率是基于模擬電源。(3)開關(guān)量輸入接口開關(guān)是反映兩個狀態(tài)的“是”或“否”的邏輯變量，如斷路器的“開關(guān)”或“關(guān)”狀態(tài)，“是”或“否”狀態(tài)控制信號。(4)人機(jī)對話界面部分的功能是建立微觀模型與用戶之間的信息連接，從而使手工操作，調(diào)試并得到反饋信息。(5)外部通信接口組件，外部通信接口組件的功能提供了計算機(jī)局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)信息信道。

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)是將變電站內(nèi)一次設(shè)備信息轉(zhuǎn)變成電信號，通過電纜發(fā)送繼電保護(hù)裝置，由繼電保護(hù)裝置分析判斷變電站運行狀態(tài)是否正常，然而為了保證繼電保護(hù)的可靠性，須采集信號多，一次設(shè)備的二次接線復(fù)雜，增加了電纜的使用量，同時也產(chǎn)生了很多的故障點；而智能變電站在此基礎(chǔ)上，將電信號轉(zhuǎn)變成光信號，繼電保護(hù)裝置接受光信號，簡化了電纜接線，變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也更清晰。

2、繼電保護(hù)對網(wǎng)絡(luò)的要求

隨著智能變電站技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)各地正紛紛展開智能變電站的示范工程建設(shè)。然而之前各設(shè)備制造商對IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的理解仍存在區(qū)別、智能化建設(shè)模式千差萬別、提供的產(chǎn)品接口各異且種類繁多，這些都嚴(yán)重制約了智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)與推廣應(yīng)用，因此，國網(wǎng)公司引領(lǐng)制定了《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》、《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》、《IEC61850 工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，以規(guī)范統(tǒng)一智能變電站的建設(shè)與運行。在智能站發(fā)展過程中有觀點認(rèn)為，組網(wǎng)是先進(jìn)的，單純粹追求全網(wǎng)絡(luò)一體化的應(yīng)用，忽視了網(wǎng)絡(luò)帶來的潛在安全風(fēng)險隱患，如變電站的保護(hù)GOOSE 跳閘命令等其他重要實時信號過多地依賴于網(wǎng)絡(luò)傳輸，使得變電站整體安全性、穩(wěn)定性與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計、交換機(jī)的性能息息相關(guān)。會一方面導(dǎo)致變電站建設(shè)投資與維護(hù)成本大為增加，變網(wǎng)絡(luò)配置方案復(fù)雜、交換機(jī)數(shù)量增加；另一方面與常規(guī)變電站相比，繼電保護(hù)的安全性、可靠性和速動性等關(guān)鍵性能指標(biāo)卻反呈下降態(tài)勢。故而，現(xiàn)今運行的變電站中，跳閘命令仍通過電纜傳輸，保證了繼電保護(hù)的可靠性；間隔層設(shè)備直接接入站控層網(wǎng)絡(luò)，減少了交換機(jī)數(shù)量，簡化了網(wǎng)絡(luò)配置。

3、智能變電站繼電保護(hù)電力通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

電力通信監(jiān)控技術(shù)主要包括以下幾方面內(nèi)容：(1)通信檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，綜合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要由兩大部分組成：中心站和周邊站。監(jiān)控系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控站等功能組成。通信機(jī)房變電站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)反饋到該地區(qū)的中心站，各個分站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在這里進(jìn)行處理，并對各種通信設(shè)備做出報警響應(yīng)。(2)系統(tǒng)應(yīng)用軟件：監(jiān)控系統(tǒng)由實時數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫、三個應(yīng)用平臺和多個應(yīng)用程序組成。

電力通信網(wǎng)絡(luò)要傳送繼電保護(hù)命令，電站信息監(jiān)控，自動調(diào)度，電費計量及變電站圖像監(jiān)控等信息，電力通信網(wǎng)絡(luò)的暢通及穩(wěn)定，對整個電力系統(tǒng)的正常運行有重大意義。只有保證電力通信需要有專業(yè)的管理體系和規(guī)范的管理體系，才能保證整個電力通信網(wǎng)的暢通和高效運行，最終保障電力系統(tǒng)的安全。

4、智能變電站網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置

在電力系統(tǒng)中，智能變電站采用“三層兩網(wǎng)”框架，三層分別是智能變電站過程層、間隔層、站控層。過程層設(shè)備包括一次設(shè)備的智能裝置，如合并單元，智能終端；間隔層設(shè)備包括保護(hù)裝置、測控裝置如線路縱聯(lián)保護(hù)、變壓器差動保護(hù)、母線差動保護(hù)，及線路間隔測控裝置，變壓器測控裝置及母線測控裝置等；站控層設(shè)備包括監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)兼操作員站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信網(wǎng)關(guān)機(jī)等。兩網(wǎng)為過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)。過程層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)過程層與間隔層設(shè)備直接的信息發(fā)送，站控層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)間隔層與監(jiān)控系統(tǒng)直接的信息傳送。這樣的配置使得智能變電站網(wǎng)絡(luò)層次分明，一定程度上保證了系統(tǒng)的可靠性。

5、變電站繼電保護(hù)配置

5.1變壓器的保護(hù)配置

變壓器主保護(hù)一般采用二次諧波制動復(fù)式比率差動保護(hù)。非電量保護(hù)一般由本體智能終端集成，主要為本體及有載調(diào)壓瓦斯保護(hù)，油位異常等。后備保護(hù)多采用復(fù)合電壓的過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。變壓器保護(hù)要求滿足IEC61850規(guī)約。

5.2變電站內(nèi)線路保護(hù)

變電站內(nèi)線路一般采用為保護(hù)測控一體化裝置，就地安裝于對應(yīng)間隔的開關(guān)柜。保護(hù)裝置通過以太網(wǎng)接口通信，通信規(guī)約采用IEC61850，接入變電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

結(jié)束語

隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，智能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越多，繼電保護(hù)在智能變電站中的應(yīng)用也越來越多。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，智能變電站繼電保護(hù)配置是基于電力變電站繼電保護(hù)裝置和相關(guān)的功能，使用傳統(tǒng)的保護(hù)，通過應(yīng)用自動化技術(shù)和信息技術(shù)，實現(xiàn)智能變電站繼電保護(hù)。分析智能變電站繼電保護(hù)配置，不僅對電網(wǎng)智能變電站繼電保護(hù)方案確定合理有著積極的作用，而且對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著積極的作用。

[1]洪鳴.基于智能變電站的繼電保護(hù)分析[J].中國電業(yè)(技術(shù)版)2013，09：41-44.