試論智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)的影響

劉江 曲晏嬌 尹修德 王愛(ài)東

摘要：本文在闡述智能變電站繼電保護(hù)架構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，對(duì)智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)在數(shù)據(jù)信息及保護(hù)原理、實(shí)現(xiàn)機(jī)制與架構(gòu)體系以及設(shè)計(jì)、調(diào)試與運(yùn)維等方面的影響進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；影響分析

當(dāng)前，智能變電站技術(shù)發(fā)展方興未艾，代表了變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向，是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。智能變電站的基本特征包括：電子式互感器與智能一次設(shè)備的應(yīng)用、基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的統(tǒng)一建模、二次信息網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)?。電網(wǎng)需求和工程實(shí)踐表明，在眾多二次專(zhuān)業(yè)中，以繼電保護(hù)對(duì)安全性、可靠性要求最高，因此智能變電站的重點(diǎn)是繼電保護(hù)，難點(diǎn)是繼電保護(hù)與通信及其它二次專(zhuān)業(yè)的相互滲透。因此，探究與智能變電站技術(shù)相適應(yīng)的繼電保護(hù)原理及其架構(gòu)體系是十分必要和迫切的，本文就智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行一些探討。

1智能變電站繼電保護(hù)架構(gòu)體系

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站繼電保護(hù)采用過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)為中心的架構(gòu)，以IEC61850為其通信標(biāo)準(zhǔn)，主要包括以下幾方面：

一是“三層兩網(wǎng)”架構(gòu)。智能變電站按照功能在邏輯上劃分為三層，分別為站控層、間隔層和過(guò)程層，兩兩之間分別構(gòu)成站控層網(wǎng)絡(luò)與過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。對(duì)繼電保護(hù)而言，站控層網(wǎng)絡(luò)傳輸整定值召喚、修改、錄波文件傳送等，而過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)傳輸采樣值、開(kāi)關(guān)狀態(tài)量、跳閘、閉鎖等信號(hào)，實(shí)時(shí)性與可靠性備受考驗(yàn)，是智能變電站繼電保護(hù)關(guān)注的重要性能；

二是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)與通信遵循的規(guī)則。在模型上，以傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置功能為單位劃分邏輯設(shè)備，一個(gè)實(shí)體設(shè)備可包含多個(gè)邏輯設(shè)備，以基本功能單元?jiǎng)澐诌壿嫻?jié)點(diǎn)；在通信協(xié)議上，IEC61850按照通信服務(wù)的類(lèi)型及性能要求映射特定通信協(xié)議；在數(shù)據(jù)上，IEC61850詳細(xì)劃分繼電保護(hù)基本數(shù)據(jù)類(lèi)，覆蓋現(xiàn)有的繼電保護(hù)使用數(shù)據(jù)，并提供了擴(kuò)展數(shù)據(jù)類(lèi)的方法；

三是基于數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)倪\(yùn)行機(jī)制。傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)裝置有專(zhuān)門(mén)采樣和命令信號(hào)通道，傳輸延時(shí)由裝置處理速率與通道固定時(shí)延構(gòu)成，相對(duì)固定。而智能變電站繼電保護(hù)的采樣值傳輸、開(kāi)關(guān)狀態(tài)量獲取、跳閘指令下達(dá)等通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀形式，以交換機(jī)及光纖為介質(zhì)，由過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行通信，因此，智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)行高度依賴(lài)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)性能構(gòu)成對(duì)繼電保護(hù)“四性”的約束，過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)及調(diào)度策略尤其重要；

四是模塊化的保護(hù)功能組織形態(tài)。區(qū)別于傳統(tǒng)變電站以裝置為中心的繼電保護(hù)組織形態(tài)，智能變電站繼電保護(hù)以保護(hù)功能模塊化為組態(tài)形式，“集中”或者“分散”的保護(hù)實(shí)現(xiàn)形式不依賴(lài)于裝置而是取決于保護(hù)需求與網(wǎng)絡(luò)性能。

五是高精度全網(wǎng)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)。傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)采用IRIG-B碼或者光纖方式對(duì)時(shí)同步。而智能變電站網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行模式下，IRIG-B碼或者光纖直連方式不能滿(mǎn)足繼電保護(hù)應(yīng)用需求。智能變電站繼電保護(hù)需要高精度全網(wǎng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式，一方面既能充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式靈活的特點(diǎn)，另一方面又能利用通信網(wǎng)絡(luò)冗余高可靠性與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)。

2智能變電站技術(shù)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的影響分析

2.1對(duì)繼電保護(hù)的數(shù)據(jù)信息及保護(hù)原理的影響

以繼電保護(hù)數(shù)據(jù)信息鏈條的視角而言，與傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化技術(shù)相比，智能變電站技術(shù)給繼電保護(hù)帶來(lái)的影響主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是電子式互感器取代電磁式互感器，繼電保護(hù)的源數(shù)據(jù)性質(zhì)發(fā)生變化。二是二次信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸取代二次電纜硬連接，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸方式發(fā)生變化。三是基于IEC61850的二次信息統(tǒng)一建模，繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的處理和利用方式發(fā)生變化。

2.2對(duì)繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制與架構(gòu)體系的影響

從繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制、架構(gòu)體系的視角，與傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化技術(shù)相比，智能變電站技術(shù)給繼電保護(hù)帶來(lái)的影響主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交換突破了傳統(tǒng)繼電保護(hù)采樣-計(jì)算-出口一體化的模式。二是網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)交換以及交換機(jī)的智能化突破了二次回路不可測(cè)控的瓶頸。三是對(duì)等信息交互模式突破了繼電保護(hù)運(yùn)行管理以保護(hù)裝置為中心的模式。四是過(guò)程層統(tǒng)一采樣突破了不同二次系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)壁壘。

2.3對(duì)繼電保護(hù)的的影響

站在智能變電站的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)維的全生命周期鏈條的視角，與傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化技術(shù)相比，智能變電站技術(shù)給繼電保護(hù)帶來(lái)的影響主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是智能變電站的繼電保護(hù)構(gòu)成形態(tài)和運(yùn)行模式發(fā)生了很大變化，繼電保護(hù)的測(cè)試方法、項(xiàng)目、周期等繼電保護(hù)運(yùn)維技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的研究與編制嚴(yán)重滯后。二是二次信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸使得繼電保護(hù)二次回路可以監(jiān)測(cè)，使得繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修成為可能。三是基于IEC61850的統(tǒng)一建模，使得變電站所有設(shè)備的建模一體化，當(dāng)面臨變電站擴(kuò)建、設(shè)備變更等需求時(shí)，如何動(dòng)態(tài)修改配置SCD 文件及CID 文件是目前所有已投運(yùn)的智能變電站遇到的難題。四是目前IEC61850及智能變電站技術(shù)仍然處于發(fā)展變化階段，由于對(duì)IEC61850的理解差異性以及擴(kuò)展定義的不規(guī)范性，給智能變電站設(shè)計(jì)、調(diào)試與運(yùn)維帶來(lái)挑戰(zhàn)，而繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)正是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前大多數(shù)的智能變電站試點(diǎn)都需要業(yè)主、設(shè)計(jì)院、集成商、設(shè)備廠家、調(diào)試單位反復(fù)協(xié)調(diào)，不斷修改方案。而變電站投入運(yùn)行后，運(yùn)行單位往往難以擺脫對(duì)調(diào)試單位和廠家的依賴(lài)，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

3結(jié)束語(yǔ)

在智能變電站技術(shù)背景下，繼電保護(hù)等電網(wǎng)二次系統(tǒng)的組織形態(tài)和運(yùn)行模式將產(chǎn)生極大地改變，必將衍生出一系列全新的電力自動(dòng)化產(chǎn)品，在提高電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行水平的同時(shí)，更為IT 行業(yè)和電力自動(dòng)化行業(yè)創(chuàng)造巨大市場(chǎng)和商機(jī)，是我國(guó)電力自動(dòng)化和智能電氣裝備制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)的絕佳機(jī)遇。

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