解析數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)措施

張鵬

摘要：本文從數(shù)字化變電站繼電保護(hù)措施與傳統(tǒng)變電站繼保的差別，以及數(shù)字化下繼電保護(hù)的新特點(diǎn)和要求入手，來解析數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)措施，力求能夠?yàn)閷?shí)踐提供一定的理論上的支持。

關(guān)鍵詞：IEC61850標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)字化變電站；繼電保護(hù)

引言

在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)下，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和充分利用出現(xiàn)了數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站與以往相比有了較大的變化和發(fā)展，數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)具有自己新的特點(diǎn)，當(dāng)然也對(duì)于繼保手段和技術(shù)有了新的要求。

1.數(shù)字化變電站

數(shù)字化變電站是建立的基礎(chǔ)是IEC61850規(guī)范，它是借助現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)通信手段，整合已有資源，進(jìn)行分層構(gòu)建的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通信和管理的數(shù)字化、現(xiàn)代化和自動(dòng)化，將不同的接口和數(shù)據(jù)信息建立在同一個(gè)通用的平臺(tái)上，極大地便利了信息交互。

在借助新型通信手段和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的條件下，數(shù)字化變電站具有了一系列以往變電站不具備的新的特點(diǎn)和優(yōu)勢。數(shù)字化變電站改變了以往傳統(tǒng)變電站的一次設(shè)備管理模式，建立起了分層的、自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電站運(yùn)行管理的安全和高效。

新型的數(shù)字化變電站具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，這些是以往任何時(shí)期的變電站所不具備的。在數(shù)字化變電站中，數(shù)字信息利用光纖進(jìn)行傳輸，信息傳遞中沒有衰減和弱化，且速率大大提高，因而其較高的性能是以往無法比擬的。

數(shù)字化下的遠(yuǎn)程管理和交互管理大大減少了工作量，使得工作中的安全問題得到了完美解決，避免了因工作疏忽等導(dǎo)致的安全事故，大大提高了安全性和可靠性。

數(shù)字化的最大優(yōu)點(diǎn)就是信息共享，數(shù)字化變電站的這一特點(diǎn)，使得維護(hù)和管理成本大大降低，同時(shí)又有利于環(huán)境保護(hù)。無論是經(jīng)濟(jì)價(jià)值還是生態(tài)價(jià)值和社會(huì)效益都得到了大幅度提升，數(shù)字化變電站的經(jīng)濟(jì)性與以往相比得到了大大的提升。

數(shù)字化變電站也有一些新的要求和亟待解決的問題。數(shù)字化變電站對(duì)于硬件設(shè)施提出了新的要求，若不能及時(shí)與之配套銜接，勢必帶來一系列后果；由于信息傳輸方式的變化，勢必導(dǎo)致時(shí)間上的變化，尤其在繼電保護(hù)上幾分之一甚至幾十分之一秒的時(shí)間差都會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。

2.數(shù)字化變電站繼保特點(diǎn)分析

與傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)相比，數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)有了很大的變化。

2.1數(shù)字化保護(hù)的硬件特點(diǎn)

數(shù)字化變電站改變了以往傳統(tǒng)的變電站微機(jī)保護(hù)主要依靠微處理器為基礎(chǔ)的電路構(gòu)成，采用了一系列全新的數(shù)據(jù)傳輸手段。數(shù)字保護(hù)主要包括光接收單元、數(shù)據(jù)處理單元、人機(jī)交互單元等。

數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)采用了GOOSE這一通用事件，為數(shù)據(jù)的無障礙傳輸提供了物質(zhì)保障。完整的配套設(shè)施實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)的數(shù)字化、現(xiàn)代化和高效化。

2.2數(shù)字化保護(hù)裝置的接口特點(diǎn)

與傳統(tǒng)保護(hù)裝置的模擬輸入相比，數(shù)字化保護(hù)裝置采用了結(jié)構(gòu)小巧的光收發(fā)模塊，將合并單元傳來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這一全新的保護(hù)裝置接口特點(diǎn)，避免了模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的誤差，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木?。在利用GOOSE和光收發(fā)模塊后，使得連接方式更加靈活多樣。實(shí)際操作中可以根據(jù)實(shí)際狀況和現(xiàn)場的復(fù)雜程度選擇不同的連接方式，既可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直接通信，也可以選擇比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)模式通訊。

2.3信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

與傳統(tǒng)變電站的模擬信號(hào)采集和傳輸相比，數(shù)字化變電站的信號(hào)傳輸有了較大的改變。傳統(tǒng)繼電保護(hù)中的信號(hào)傳輸完全采用的是利用電纜傳送模擬信號(hào)的一次傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸上效率低、誤差大。

數(shù)字化變電站在繼電保護(hù)中的信號(hào)傳輸有了較大的進(jìn)步，傳統(tǒng)的電纜傳輸被新型的光纖代替；用數(shù)字信號(hào)代替了模擬信號(hào)；用經(jīng)過合并單元的二次信號(hào)傳輸代替了一次傳輸；用符合復(fù)雜情況和場景的網(wǎng)絡(luò)傳輸代替了傳統(tǒng)模式下的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直接傳輸。從而大大提高了信號(hào)傳輸效率，避免了模擬信號(hào)傳輸中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差。

2.4測試系統(tǒng)的特點(diǎn)

測試系統(tǒng)是變電站繼電保護(hù)中非常重要的一部分，測試系統(tǒng)必須符合不同的繼電保護(hù)措施的特點(diǎn)方能為全局服務(wù)。

數(shù)字化變電站繼電保護(hù)中GOOSE的運(yùn)用，將不同的端口聯(lián)系了起來，使得數(shù)字信號(hào)能夠在不同的端口間得到自由轉(zhuǎn)換，避免了“語言不通”的現(xiàn)象。因而，數(shù)字化下測試系統(tǒng)首先具有通用性的特點(diǎn)。

時(shí)間問題從來都是繼電保護(hù)中必須考慮的問題，在光電傳輸中幾分之一甚至幾十分之一秒的延時(shí)都有可能導(dǎo)致不可估量的后果的產(chǎn)生。數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)測試系統(tǒng)需要及時(shí)處理仿真計(jì)算、數(shù)據(jù)打包、報(bào)文發(fā)送和解析等環(huán)節(jié)，因而數(shù)字化下測試系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。

此外，作為數(shù)字化下的繼電保護(hù)測試系統(tǒng)還具有同步性和測試規(guī)模的特點(diǎn)。也就是說，數(shù)字化繼電保護(hù)的測試系統(tǒng)保證了信號(hào)傳輸?shù)耐叫裕沟貌蓸訑?shù)據(jù)能夠在一個(gè)點(diǎn)上獲得，避免了相位和幅值產(chǎn)生的誤差；同時(shí)多個(gè)外接數(shù)字保護(hù)裝置，保證了足夠的信號(hào)輸入輸出通道，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝Щ?，提高了精確度。

2.5簡化的特點(diǎn)

在借助光纖的數(shù)字化傳輸下二次接線被簡化。也就是說，在數(shù)字化模式下那種傳統(tǒng)的依靠互感器的二次交流回路問題被扔進(jìn)了歷史的垃圾箱。應(yīng)用了智能開關(guān)，沒有了直接的電聯(lián)系，可以有效避免傳統(tǒng)模式下的誤接線誤觸碰等安全問題，簡化了二次接線。同時(shí)GOOSE的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)在同一平臺(tái)下的共享，使得繼電保護(hù)的配置被大大簡化。

3.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)中應(yīng)注意的一些問題

3.1建立符合科學(xué)高效的數(shù)字化測試系統(tǒng)

為了進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的發(fā)展，必須建立符合技術(shù)發(fā)展要求的測試系統(tǒng)。數(shù)字化下的測試系統(tǒng)的建立需要構(gòu)建相關(guān)的硬件平臺(tái)，建立基于高性能機(jī)群服務(wù)器的仿真平臺(tái)，使得完整的二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠構(gòu)建，從而建立起一個(gè)模擬的數(shù)字化體系。

利用已經(jīng)建立的硬件平臺(tái)，建立起完整而可靠的測試模型，對(duì)裝置的實(shí)時(shí)性、同步性、整體性等進(jìn)行測試，獲得第一手的完整而準(zhǔn)確的測試結(jié)果。

3.2制定和完善系統(tǒng)保護(hù)配置方案

科學(xué)的方案是科學(xué)行動(dòng)的先導(dǎo)，任何科學(xué)的行動(dòng)都是在科學(xué)合理的方案的指導(dǎo)下進(jìn)行的。變電站的繼電保護(hù)是一個(gè)事關(guān)全局的大問題，必須堅(jiān)持安全第一。因此，必須使每一套裝置都可以單獨(dú)完成全站的繼電保護(hù)功能，并能夠承擔(dān)全部測控的功能職責(zé)。在主變壓器的差動(dòng)保護(hù)上制定兩種以上基于不同原理的方案，使得兩套方案能夠互為備用，任何一套都可以單獨(dú)投入或者退出，以起到最大限度的保護(hù)作用。

3.3克服標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題

雖然當(dāng)前各個(gè)生產(chǎn)繼電保護(hù)設(shè)備的廠家都是遵循的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，然而由于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解把握上存在差異，其生產(chǎn)的設(shè)備的通用性比較差。作為廠家應(yīng)當(dāng)及時(shí)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，作為變電站繼保部門在選購設(shè)備時(shí)也應(yīng)當(dāng)盡量選購能通用的設(shè)備，避免出現(xiàn)設(shè)備間的不適用。

3.4及時(shí)攻克技術(shù)難關(guān)

對(duì)于作為繼保技術(shù)后盾的科研部門，應(yīng)當(dāng)及時(shí)攻堅(jiān)克難，攻克技術(shù)難關(guān)。例如當(dāng)前數(shù)字化下的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題還是制約數(shù)字化繼電保護(hù)的一個(gè)重要瓶頸；繼電保護(hù)中急需一種通用的、特殊的檢測儀器等，這些技術(shù)層面的問題必須及時(shí)予以解決。

4.結(jié)語

科技進(jìn)步將變電站帶進(jìn)數(shù)字化階段，基于數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別，繼保上也應(yīng)當(dāng)有全新的改革方能適應(yīng)這種發(fā)展。只有解決繼電保護(hù)中一系列軟件和硬件問題，并且建立科學(xué)的管理模式方能促進(jìn)數(shù)字化變電站的快速健康發(fā)展。

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