數(shù)字化變電站繼電保護調(diào)試技術(shù)應用研究

摘要：隨著電子技術(shù)、光纜傳播技術(shù)等不斷發(fā)展，我國變電站逐步實現(xiàn)了由傳統(tǒng)向信息化的轉(zhuǎn)變。繼電保護裝置是維持變電站正常、穩(wěn)定、安全運行的重要因素，但隨著信息化程度逐漸加深，舊的繼電保護調(diào)試方案已經(jīng)無法適應數(shù)字化變電站，數(shù)字化變電站繼電保護調(diào)試技術(shù)的研究迫在眉睫。文章對數(shù)字化變電站繼電保護調(diào)試技術(shù)應用進行了研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；變電站；繼電保護；調(diào)試技術(shù)；電子技術(shù)；光纜傳播技術(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM774 文章編號：1009-2374（2016）26-0048-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.023

變電站在電力系統(tǒng)中擔任著轉(zhuǎn)變電壓、控制電壓、控制電流方向、接受和分配電能任務的電力樞紐裝置角色，它是整個電力系統(tǒng)配電與輸電的控制中心。目前我國的電力信息化技術(shù)仍處于起步階段。現(xiàn)階段，對各種信息化的變電站技術(shù)處于開發(fā)、創(chuàng)新、研究階段，并且信息化變電站與傳統(tǒng)變電站有著本質(zhì)上的區(qū)別，為了維持變電站的正常運行，對繼電保護的研究非常有必要。

1 數(shù)字化變電站的具體內(nèi)容

1.1 數(shù)字化變電站的定義

數(shù)字化變電站是由電子式電子互感器、智能開關(guān)等構(gòu)成的人力依賴性較小的新型變電站。數(shù)字化變電站是在傳統(tǒng)變電站的基礎上，實現(xiàn)了對信息的輸入、輸出、編譯，處理由模擬信息的向數(shù)字信息的轉(zhuǎn)變。相較于傳統(tǒng)的變電站，數(shù)字化變電站的自動化程度更高，對信息處理的速度更快，極大地減少了信息的重復性錄入。信息在轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)處理之后，可以利用數(shù)學建模等方式，使測量的精度更高、計算速度更快。

1.2 數(shù)字化繼電保護裝置的特點

1.2.1 數(shù)字化變電站繼電保護裝置相較于傳統(tǒng)繼電裝置的區(qū)別。傳統(tǒng)的變電站繼電保護裝置與數(shù)字化變電站繼電保護裝置的區(qū)別體現(xiàn)在多個方面。

硬件方面與軟件方面。傳統(tǒng)的微機保護裝置，其主要部件有數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信接口等。通過數(shù)據(jù)采集單元采集模擬量U、I，匯總到總線后進行處理，可以經(jīng)過開關(guān)量輸入/輸出回路來執(zhí)行回路，以達到人機對話。傳統(tǒng)的微機保護裝置總線上接口較多，所有數(shù)據(jù)均由總線進行處理處理較慢，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)重復計算或者信息的遺漏。數(shù)字化保護裝置與傳統(tǒng)微機保護裝置最大的區(qū)別就在于接口。數(shù)字化保護裝置擁有主CPU處理器以及從CPU，主從CPU通過雙端口RAM進行數(shù)據(jù)的交互，主CPU上有光接收單元、開入單元接口，從CPU上人機接口以及通信接口。光纖信號取代了傳統(tǒng)的模擬量，開入量通過開入單元進入主CPU進行處理。通過主從處理器多接口分流處理，類似于雙核處理，相較于傳統(tǒng)的微機保護裝置，其數(shù)據(jù)處理速度較快，數(shù)據(jù)累贅率減小。

繼電保護功能的方面，由于數(shù)字化變電站中的繼電保護裝置擁有多接口以及多處理器，形成了類似于網(wǎng)絡化的結(jié)構(gòu)，各種數(shù)據(jù)無需每次都經(jīng)過總線進行處理，數(shù)據(jù)信息在經(jīng)過CPU處理器處理計算后，裝置直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳慕涌?，從而形成了網(wǎng)絡化的保護功能，提高了繼電保護裝置的運行效率。

繼電保護裝置功能方面，由于數(shù)字化變電站的繼電保護裝置只需考慮程序處理、通信、電源等方面，所以其間隔層的功能只要能保證以上功能正常實現(xiàn)即可維持整個變電站的邏輯以及數(shù)據(jù)處理，這需要設計一個通用的間隔裝置，即可維持變電站的正常運行，相比于傳統(tǒng)的變電站，這大大降低了數(shù)字化變電站繼電保護裝置的維護難度。

1.2.2 數(shù)字化繼電保護裝置接口的實現(xiàn)。數(shù)字化繼電保護裝置接口的實現(xiàn)方式和傳統(tǒng)繼電保護裝置接口的實現(xiàn)方式不同。在傳統(tǒng)繼電保護裝置中最具代表性的是微機繼電保護裝置，現(xiàn)在很多電力系統(tǒng)中使用的仍是微機繼電保護裝置。在微機繼電保護裝置中有微處理器，所有的電路均為數(shù)字電路，其中的接口主要有兩種類型：一種是模擬量輸入接口；另一種是開關(guān)量輸入輸出接口。在數(shù)字化變電站技術(shù)出現(xiàn)以后，新型的變電站繼電保護裝置應運而生。數(shù)字化變電站繼電保護裝置接口和微機繼電保護裝置不同，其中主要包括通信接口和人機接口，信息的接收和處理均通過數(shù)字信號完成。傳統(tǒng)的繼電保護裝置數(shù)據(jù)采集主要是通過模擬信息的錄入實現(xiàn)的，處理模擬信息時，需要較多的A/D變換插件以及低通濾波插件，信息處理效率低。數(shù)字化變電裝置通過光纖傳播數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，通過電子互感器將信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。最后交由合并單元進行數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換所需要的信息。對比傳統(tǒng)變電站，利用光纖傳輸轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的信息，大大提高了傳輸效率，提高了變電裝置的穩(wěn)定性與安全性。

2 數(shù)字化變電站繼電保護的調(diào)試技術(shù)研究

2.1 數(shù)字化變電站繼電保護的調(diào)試技術(shù)

2.1.1 數(shù)字化變電站繼電保護的調(diào)試階段。數(shù)字化變電站繼電保護的調(diào)試主要分為三個階段，分別是單體調(diào)試、單間隔調(diào)試和整組聯(lián)調(diào)。以下是三者的具體內(nèi)容：

首先是單體調(diào)試。雖然我國數(shù)字化變電站繼電保護調(diào)試技術(shù)的發(fā)展取得了很大進步，但目前我國的數(shù)字化變電站繼電保護裝置在研發(fā)水平和產(chǎn)品制造方面還處于發(fā)展完善階段，有很多裝置在現(xiàn)場運行時還存在很多問題，而且這時候又不宜對其硬件進行更換和對其程序進行修改的工作。所以相關(guān)工作人員在進行調(diào)試工作時，一定要對保護裝置與廠家一起在保護裝置出廠前進行聯(lián)合調(diào)試工作。調(diào)試人員還需要重視裝置的完整性，保證裝置被送到現(xiàn)場后能夠正常運行。另外，單體調(diào)試的項目很多，主要有遙信測試、模擬量測試、壓板投退測試、定值測試、保護錄波文件、保護告警、保護事件、網(wǎng)絡切換、網(wǎng)絡中斷、動作邏輯測試和對時測試等。

其次是單間隔調(diào)試。智能終端、保護裝置以及測控裝置三者之間的通信正常對于數(shù)字化變電站繼電保護的調(diào)試工作有著極其重要的影響。單間隔調(diào)試就是確保三者通信正常的一種技術(shù)方法。除此之外，上行、下行報文的監(jiān)控也是單間隔調(diào)試的工作重點?？偟貋碚f，單間隔調(diào)試主要的內(nèi)容有GOOSE能否實現(xiàn)間隔防誤閉鎖功能，任意選一個測控裝置和任意選兩個測控裝置在違反和滿足五防閉鎖條件下的兩種情況分別進行相關(guān)的操作。

最后是整組聯(lián)調(diào)。聯(lián)調(diào)的測試內(nèi)容主要是GOOSE網(wǎng)檢測、保護邏輯功能的測試和遙控功能的測試，其中GOOSE網(wǎng)檢測是聯(lián)調(diào)的重點內(nèi)容。聯(lián)調(diào)GOOSE測試主要包括七個部分的內(nèi)容：第一，GOOSE的報文測試；第二，GOOSE的發(fā)布是否是正確的；第三，GOOSE的訂閱是否正確并相對應；第四，將GOOSE的參數(shù)設置錯誤，檢查一下看被測裝置是否能夠及時有效處理；第五，檢查GOOSE斷鏈是否能夠正常上報；第六，檢查GOOSE的發(fā)送策略，比如發(fā)送間隔和發(fā)送序號是否符合標準；第七，裝置固定以后，GOOSE的報文當前的數(shù)據(jù)是正確發(fā)送的，并且沒有遺漏。

2.1.2 數(shù)字化變電站繼電保護的調(diào)試方法。數(shù)字化變電站繼電保護的測試方法不僅改善了傳統(tǒng)變電站存在的不足，還在傳統(tǒng)變電站的基礎上取得了突破發(fā)展。數(shù)字化變電站繼電保護裝置的測試分為采用傳統(tǒng)繼電保護測試儀和采用數(shù)字繼電保護測試儀兩種方法。對于采用傳統(tǒng)繼電保護測試儀，其原理是在電流互感器和電壓互感器模擬器中加載傳統(tǒng)繼電保護測試儀所輸出的電流和電壓，通過電流互感器和電壓互感器模擬器來把電壓和電流的模擬信號轉(zhuǎn)變成特殊的數(shù)字光信號。再把這些數(shù)字光信號送到合并單元中，并通過SMV交換機最終取得保護設備的作用。對于采用數(shù)字繼電保護測試儀，其原理是直接輸出數(shù)字化的電壓量、電流量和開入量。同時讀取出GOOSE出口報文測量保護動作時間，直接起到保護裝置的作用。與傳統(tǒng)繼電保護測試儀相比，數(shù)字繼電保護測試儀在很大程度上簡化了測試流程，不僅提高了設備的測試效率，還精確了測試結(jié)果，是一次巨大的突破。

2.2 繼電保護技術(shù)在數(shù)字化變電站中面臨的新形勢

2.2.1 繼電保護性能加強。數(shù)字化變電站下的繼電保護裝置將原來的模擬信息轉(zhuǎn)換為了數(shù)據(jù)信息，大大減少了存儲信息所需的空間，存儲能力大大提高。數(shù)據(jù)信息的計算相比于模擬信息的計算更加方便準確，利用數(shù)學建模、空間坐標、參數(shù)設定能夠快速地計算測定變電站內(nèi)的信息情況，從而對狀況進行準確而快速的處理。而且在準確度方面，數(shù)字化繼電保護裝置的系統(tǒng)更加優(yōu)化，模糊控制更加精準、神經(jīng)網(wǎng)絡更加完善、狀態(tài)預測更加準確甚至人工智能方面也有了極大的進步。數(shù)字化的信息處理不僅使得繼電保護性能大大提高，并且數(shù)據(jù)的計算相較于信息數(shù)據(jù)的處理成本更低，發(fā)展前景

較好。

2.2.2 繼電保護系統(tǒng)安全性提高?，F(xiàn)在一般的繼電保護裝置穩(wěn)定性較差，受溫度濕度影響較大，極易遭受雷電天氣影響，這面對飛速變化的電力發(fā)展趨勢顯然是不夠的。繼電保護裝置要提高系統(tǒng)的可靠性，力求達到不受濕度、溫度及天氣變化的影響，不受小部件更換的影響，不受電源波動以及裝置使用年限的影響。還要求裝置能夠定期對自身零件系統(tǒng)進行維護檢查，排查故障，提高安全性。

2.2.3 繼電保護系統(tǒng)軟件及硬件性能提高。一個裝置的軟硬件是裝置運行的基礎，好的部件決定了裝置的性能，要提高繼電裝置的性能，提高其軟件及硬件的性能是必要的。在選擇一個系統(tǒng)產(chǎn)品時，軟硬件的可擴展能力往往居于首位考慮。近年來，國際標準IEC6182越來越受到國人重視，國內(nèi)變電站建設逐步向國際看齊，提高軟硬件的可擴展性越來越重要。

2.3 數(shù)字化繼電保護系統(tǒng)性能優(yōu)化

2.3.1 分布式母線保護。在繼電保護裝置中，母線的地位極其重要，但在傳統(tǒng)的繼電保護裝置中，因為模擬信息的數(shù)據(jù)處理量過大，難以將數(shù)據(jù)分流處理，只能進行集中處理。集中處理的效率不高且抗干擾能力較弱，對于第二次信息處理，傳統(tǒng)繼電器由于其母線抗干擾能力不強，極易出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的現(xiàn)象。數(shù)字化變電站下的繼電保護裝置將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)字數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)處理量，分布式母線配合數(shù)字化繼電裝置的網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)，極大地提高了繼電裝置的抗干擾性能及二次數(shù)據(jù)處理性能。

2.3.2 輸電線路保護。數(shù)字化變電站下的繼電器一般由電子互感器構(gòu)建而成，電子互感器不存在傳統(tǒng)互感器的飽和問題，因此能夠降低縱差保護方面的誤差，提高選相元件、距離阻抗元件等多種元件的性能，繼電保護能力大大提高。但電子互感器在差動保護靈敏度這一方面不及傳統(tǒng)的互感器。

3 數(shù)字化變電站機電保護調(diào)試實例分析

本文所介紹的實例是邯鄲名府220kV數(shù)字化變電站。該變電站是我國數(shù)字化變電站的典型代表，對其進行分析和研究具有重要意義。邯鄲名府220kV數(shù)字化變電站是以IEC61850通信規(guī)范為基礎的，其中的一次設備實現(xiàn)了智能化，二次設備實現(xiàn)了網(wǎng)絡化，一次設備和二次設備分層構(gòu)建。邯鄲名府220kV數(shù)字化變電站對接的是兩個常規(guī)變電站，一個是大寨220kV變電站，另一個是魏縣220kV變電站，兩個常規(guī)變電站的配置是相同的，因此只研究一個變電站即可，本文研究的是大寨220kV變電站。邯鄲名府220kV數(shù)字化變電站和大寨220kV變電站的一次系統(tǒng)簡圖和通信方式示意圖分別如圖3和圖4所示。在調(diào)制的過程中會出現(xiàn)縱差保護時間同步問題，需要解決這一問題。

在測試前要對裝置和保護通道進行檢查，檢查結(jié)果顯示，PSL603U裝置、CSC-103D/E裝置和CSC-186裝置的通道都是正常的。在第一次測試時中采用的是單端加測試量的方法，測試數(shù)據(jù)基本正常。第二次采用的是實際帶負荷的方法，發(fā)現(xiàn)PSL603U角度偏差比較大，超過了10°，通過對PSL603U裝置的延遲時間進行調(diào)整，實現(xiàn)交流采樣同步，解決了PSL603U裝置角度偏差的問題。

4 結(jié)語

由于數(shù)字化的繼電保護仍處于起步階段，各項技術(shù)都尚未達到成熟階段，建設過程中仍存在著問題尚待解決。因此在發(fā)展信息化變電站下的繼電裝置，需要不停開發(fā)探索新技術(shù)，彌補不足，完善系統(tǒng)。將思維從傳統(tǒng)中跳脫出來，發(fā)散創(chuàng)新性思維，解決電子互感器的一些先天性不足，使信息化系統(tǒng)更加完善。

參考文獻

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[2] 陳驍寅.數(shù)字化變電站繼電保護適應性探討[J].通訊世界，2015，（19）.

作者簡介：陳金泉（1973-），男，廣東興寧人，廣東電網(wǎng)有限責任公司珠海供電局中級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護。

（責任編輯：蔣建華）