數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)

林卓然

摘 要：數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的飛速進(jìn)步。在電力系統(tǒng)中，變電站的數(shù)字化管理和相關(guān)數(shù)字技術(shù)的融合發(fā)展已經(jīng)成為了一種新的發(fā)展趨勢，相關(guān)管理業(yè)務(wù)尤其是繼電保護(hù)的各項(xiàng)舉措都在向著數(shù)字化的方向快速邁進(jìn)，運(yùn)行水平和安全性、穩(wěn)定性也得到了重要的保障和支撐，現(xiàn)在繼電保護(hù)工作的重點(diǎn)就是要科學(xué)合理的利用數(shù)據(jù)信息資源來加強(qiáng)保護(hù)能力和水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；變電站；繼電保護(hù)；運(yùn)引言

數(shù)字化的變電站隨著近些年來數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用而變得更為成熟與可靠，通過建立變電站的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效傳遞，這是對通信措施的改進(jìn)和優(yōu)化，將變電站中的各型設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)運(yùn)行，達(dá)到充分的協(xié)調(diào)合作，彌補(bǔ)以往設(shè)備和線路中存在的短板和薄弱環(huán)節(jié)，尤其是在繼電保護(hù)裝置的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)中，能夠根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)來為其合理的配置相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)裝置，協(xié)調(diào)好各個(gè)裝備和線路的運(yùn)行過程。

1 數(shù)字化變電站介紹

數(shù)字化變電站是指基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)建立全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，以全站為對象統(tǒng)一配置保護(hù)和自動(dòng)化功能的變電站。兩次提到特點(diǎn)有：一次設(shè)備智能化；二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化；測量系統(tǒng)數(shù)字化；信號傳輸均由計(jì)算機(jī)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)；二次接線大為減少；良好的互操作性；數(shù)據(jù)易于共享；自動(dòng)化水平高。

兩次提到特點(diǎn)有也是六個(gè)方面： 一是變電站傳輸和處理的信息全數(shù)字化。二是過程層設(shè)備智能化。三是統(tǒng)一的信息模型：數(shù)據(jù)模型、功能模型。四是統(tǒng)一的通信協(xié)議：數(shù)據(jù)無縫交換。五是高質(zhì)量信息：可靠性、完整性、實(shí)時(shí)性。六是各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。

2 數(shù)字化變電站的意義

數(shù)字化技術(shù)與變電站的日常維護(hù)和管理工作相結(jié)合，能夠?yàn)樽冸娬镜纳壐脑旌徒窈蟀l(fā)展帶來很大的促進(jìn)作用和長遠(yuǎn)影響，這主要表現(xiàn)在兩個(gè)層面：

其一，在技術(shù)層面上，當(dāng)今的變電站設(shè)備中大多采用的是自動(dòng)化程度很高的設(shè)備和控制系統(tǒng)，而數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能夠減少這些設(shè)備的數(shù)量而達(dá)到更好的運(yùn)行效果，在二次回路的線路連接中能夠簡化其連接程序和降低規(guī)模數(shù)量，不僅可以降低設(shè)備數(shù)量，能夠?qū)υO(shè)備產(chǎn)生的故障問題進(jìn)行及時(shí)有效的應(yīng)對，而且還可以充分的確保整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提升運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，改善電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境。

其二，在經(jīng)濟(jì)層面上，設(shè)備數(shù)量的減少必然會降低所占空間的面積，對于電力工程來說，就能夠降低相應(yīng)的設(shè)備和占地方面的投資成本和費(fèi)用支出，降低維護(hù)和檢修工作的成本，合理的控制住造價(jià)，并且在變電站投入使用后減少維護(hù)檢修費(fèi)用的支出，提高了投資的合理利用率。

3數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)

3.1 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置

數(shù)字化繼電保護(hù)裝置原理是利用電子互感器采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在互感器內(nèi)通過光纖利用光數(shù)字信號將數(shù)據(jù)傳到低壓端，在MU（合并單元）處理后，得出符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量輸出。數(shù)字化保護(hù)裝置由光接收、開入、中央處理、出口四個(gè)單元以及人機(jī)和通信接口等。

隨著繼電保護(hù)裝置的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)在快速、可靠、選擇和靈敏性上對繼電保護(hù)技術(shù)提出了新的要求。

3.2 數(shù)字化變電站提高了繼電保護(hù)的運(yùn)行水平

（1）二次回路設(shè)計(jì)接線錯(cuò)誤，電纜長，執(zhí)行反事故措施不到位，電纜老化后接地，造成保護(hù)誤動(dòng)；（2）定值項(xiàng)多，控制字和跳閘矩陣設(shè)置錯(cuò)誤；（3）變電站直流電源回路故障接地引發(fā)繼電保護(hù)誤跳閘；（4）由于有許多季節(jié)性負(fù)荷，備自投（備用電源自動(dòng)投入）、低頻低壓減載壓板等核查、切換工作量大，易出錯(cuò)；（5）CT特性惡化和特性不一致引起故障延遲切除和區(qū)外故障誤動(dòng)；（6）保護(hù)通道問題；（7）下雨引起瓦斯繼電器接線盒進(jìn)水，觸點(diǎn)接通；（8）一些配電系統(tǒng)無母線差動(dòng)保護(hù)、備自投等，上一級保護(hù)難起后備作用，造成事故擴(kuò)大，供電中斷等。

如果采用基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站技術(shù)，由于二次電纜少，在不增加硬件設(shè)備、不重復(fù)采集交流信息的前提下，將相應(yīng)功能分散到各間隔保護(hù)單元中，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化母線保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)化備自投和網(wǎng)絡(luò)化低頻低壓減載功能，可以基本消除以上限制繼電保護(hù)運(yùn)行水平繼續(xù)提高的瓶頸。同時(shí)，保護(hù)定值、控制字簡化，保護(hù)壓板、按鈕和把手大大減少，也可以顯著減少運(yùn)行維護(hù)人員的“三誤”事故（誤碰、誤接線、誤整定引起的事故）。

而對于裝置缺陷，由于直接采用數(shù)字量，能真實(shí)反映系統(tǒng)一次電氣量信息，裝置可采用更先進(jìn)的原理算法，其集成度可以更高，抗干擾能力大大增強(qiáng)，再加上在線監(jiān)測、在線檢修自動(dòng)化，裝置運(yùn)行也將更加穩(wěn)定。

3.3 數(shù)字化變電站對繼電保護(hù)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)

目前，繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化趨勢充分利用了先進(jìn)的半導(dǎo)體處理器技術(shù)：高速的運(yùn)算能力、完善的存貯能力和各種優(yōu)化算法，同時(shí)采用大規(guī)模集成電路和成熟的數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波和抗干擾等技術(shù)，因而系統(tǒng)響應(yīng)速度、可靠性方面均有顯著的提升。然而，數(shù)字化變電站的不斷發(fā)展，對繼電保護(hù)技術(shù)也提出了新的挑戰(zhàn)。在繼電保護(hù)系統(tǒng)方面，要求其具備更高的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和保護(hù)的性能，并且要求其內(nèi)部的組網(wǎng)系統(tǒng)的軟件和硬件具備強(qiáng)大的升級換代功能。

3.4 數(shù)字化變電站中新興繼保技術(shù)的應(yīng)用分析

3.4.1 智能化繼電保護(hù)測試儀。隨著推廣與應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，智能化變電站的投入運(yùn)行變得越來越普遍化，數(shù)字化測試設(shè)備在電力用戶和制造廠中的需求呈上升趨勢。DRT-802測試儀（許繼研制）支持GOOSE收發(fā)、IEC 61850-9-1/9-2、開入開出及輸出小信號模擬量，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站對任意電壓等級的繼電保護(hù)裝置測試。

3.4.2 全數(shù)字化變電站的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)。具有數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特點(diǎn)的數(shù)字化變電站，是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要部分。國內(nèi)目前不同模式的數(shù)字化變電站，因無法有效檢測繼電保護(hù)二次設(shè)備的性能，全數(shù)字化變電站的設(shè)備檢查和監(jiān)測功能無法實(shí)現(xiàn)。

全數(shù)字化變電站的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，研究數(shù)字化變電站的通訊組網(wǎng)途徑與電子互感器的工作原理，開發(fā)出了全數(shù)字化變電站的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)硬件，實(shí)現(xiàn)故障錄波器與仿真系統(tǒng)軟件開發(fā)人性化界面操作，檢測了線路、變壓器及母線保護(hù)的性能技術(shù)。仿真模擬全數(shù)字化變電站的操作演習(xí)、運(yùn)行方式及事故狀態(tài)得以實(shí)現(xiàn)，為繼電保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)綜合測控系統(tǒng)、故障錄波設(shè)備、智能儀表等二次設(shè)備輸出了仿真模擬的信號源。

結(jié)語

變電站設(shè)備控制與數(shù)字化技術(shù)的融合，是目前重要的發(fā)展趨勢，隨著數(shù)字技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，勢必在變電站的日常管理和維護(hù)中帶動(dòng)其更大的變革，繼電保護(hù)裝置和其控制系統(tǒng)的性能會更強(qiáng)。

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