簡析智能變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)

黃良初

（全椒縣明源電力服務(wù)有限公司，安徽 全椒 239500）

變電站智能化之后，其中的繼電保護(hù)功能也得到優(yōu)化與提升，通過對(duì)輸電線路與主設(shè)備保護(hù)，實(shí)現(xiàn)變電站的正常和高效運(yùn)行[1]。在繼電保護(hù)當(dāng)中，其保護(hù)裝置可自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測電氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以對(duì)電氣系統(tǒng)是否存在故障，進(jìn)而是否切除故障設(shè)備在整個(gè)系統(tǒng)的連接等，作出相應(yīng)的行動(dòng)。由此，智能變電站可以更加安全、穩(wěn)定和連續(xù)地為用戶供電。關(guān)于智能變電站的繼電保護(hù)，以下則主要從繼電保護(hù)裝置運(yùn)行、保護(hù)方法和操作進(jìn)行分析，并簡要分析智能變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成。

1 智能變電站功能及智能化裝置

智能變電站應(yīng)用的是集成技術(shù)，結(jié)合光纖以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)全站范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)交互。在其功能與智能化裝置中，一次設(shè)備可以同上級(jí)監(jiān)控設(shè)備、調(diào)度等交換信息并進(jìn)行協(xié)同操作，變電站的一次設(shè)備智能化主要采用的是各類電子式交互感器、開關(guān)柜、變壓器在線監(jiān)測等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。在智能變電站當(dāng)中，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化則借助的是同步采樣技術(shù)、大流量實(shí)時(shí)報(bào)文處理等的相關(guān)技術(shù)，由此實(shí)現(xiàn)信息采集、測量等的操作。就智能變電站的功能而言，主要涉及到繼電保護(hù)、監(jiān)測監(jiān)視、操作控制、智能高級(jí)應(yīng)用等的功能。其中繼電保護(hù)功能重在滿足智能變電站各個(gè)電壓等級(jí)的保護(hù)功能配置，對(duì)變電站云新區(qū)與非運(yùn)行區(qū)定值的本地、遠(yuǎn)方修改及校驗(yàn)等。

圖1 智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 智能變電站的繼電保護(hù)特點(diǎn)

在智能變電站中，繼電保護(hù)依靠的保護(hù)裝置主要是由三個(gè)部分構(gòu)成，即測量比較、邏輯判定以及執(zhí)行輸出，進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)時(shí)特點(diǎn)也非常突出，具體涉及到采樣、跳閘的兩大特點(diǎn)。

首先，在采樣方式中，智能變電站通過接入MU（合并單元） 將信息和數(shù)據(jù)傳輸給保護(hù)裝置，傳輸信息及數(shù)據(jù)的接口為SV 接口。繼電保護(hù)裝置的采樣方式可以直采、網(wǎng)采，直采就是依據(jù)MU 傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)裝置與MU 經(jīng)光纖直接通信，網(wǎng)采則是從SV 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，但是一般數(shù)據(jù)量非常大，若是采用網(wǎng)采的方式，交換機(jī)必須達(dá)到較高的要求，為了確保采樣可靠、快速，通常都是采取直采的方式[2]。

其次，智能變電站的跳閘方式中，由于應(yīng)用的是智能終端，其繼電保護(hù)裝置則是經(jīng)光纖接口達(dá)到跳閘或合閘，跳閘可直跳、網(wǎng)跳，前者是保護(hù)裝置經(jīng)光纖發(fā)出跳閘命令，后者則是經(jīng)過GOOSE 網(wǎng)絡(luò)發(fā)出跳閘命令。當(dāng)GOOSE 發(fā)出這一指令，則首先從智能終端的運(yùn)行狀態(tài)檢查開始，再檢查其他保護(hù)的運(yùn)行狀態(tài)，最后檢查光纖的情況。基于《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，智能變電站繼電保護(hù)跳閘方式采用的是直跳，該方式相比網(wǎng)跳優(yōu)勢更為明顯。

在智能變電站的繼電保護(hù)當(dāng)中，涉及線路、變壓器、母線以及高壓并聯(lián)電抗器保護(hù)等，不同保護(hù)之下可采取不同的方式，以變壓器保護(hù)為例，其可采取直接采樣、分布式保護(hù)等。分布式保護(hù)即由主單元與若干子單元組成，而子單元不跨電壓等級(jí)，主單元可以安裝于室內(nèi)，子單元可以就地安裝，若裝置光纖以太網(wǎng)的接口太多且存在比較突出的發(fā)熱問題，則可以采取這種方式實(shí)施保護(hù)。

圖2 “直采直跳”保護(hù)

3 智能變電站繼電保護(hù)的自動(dòng)化系統(tǒng)分析

3.1 繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，共包含過程層、間隔層以及站控層，繼電保護(hù)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬于間隔層、站控層的部分。變電站運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)需要依靠自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

首先，智能變電站通過變壓器自動(dòng)化設(shè)置實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)，即需要對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行調(diào)試，確保電力輸出、輸入符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但由于變電站實(shí)際工作運(yùn)行存在變化，為了做好電壓的調(diào)控，通過變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行配電可達(dá)到相應(yīng)的效果及目的。其次，繼電保護(hù)的自動(dòng)化系統(tǒng)中，線路保護(hù)配置可以結(jié)合多種方式如后備式、通信監(jiān)視等發(fā)揮作用，一旦出現(xiàn)問題檢修的效率也可得到保證[3]。此外，繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的檢測也是系統(tǒng)中的重要部分，其自動(dòng)化檢測流程涉及到動(dòng)態(tài)鏈接庫的相關(guān)參數(shù)及文件，在此基礎(chǔ)上達(dá)到檢測的輸出，再通過執(zhí)行裝置處理變電站運(yùn)行中的故障和問題，自動(dòng)檢測系統(tǒng)也可記錄存儲(chǔ)檢測的情況，形成報(bào)告。

3.2 智能變電站繼電保護(hù)操作及方法

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中包含了繼電保護(hù)裝置，該裝置可以自動(dòng)、及時(shí)反映電力系統(tǒng)中各電氣設(shè)備發(fā)生的故障或者工作狀態(tài)異常情況，而后再通過斷路器跳閘或發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)運(yùn)維人員接收到報(bào)警信號(hào)則立即進(jìn)行處理。

具體以智能變電站的繼電保護(hù)中跳閘處理方法為例，變電站智能化或數(shù)字化后，相比傳統(tǒng)變電站，其對(duì)繼電保護(hù)有一定的影響，即繼電保護(hù)裝置的跳閘路徑比較長，要經(jīng)過的硬件設(shè)備也會(huì)比較多，為了實(shí)現(xiàn)更加有效的繼電保護(hù)跳閘，能夠采取“直采直跳”的跳閘路徑，在此路徑之下，母線保護(hù)動(dòng)作后，由母線保護(hù)的中央處理器對(duì)要跳閘的線路間隔智能撞斷裝置發(fā)送跳閘的命令，命令經(jīng)接收則跳閘出口程序啟動(dòng)，相關(guān)元件實(shí)現(xiàn)斷路器跳閘。整個(gè)跳閘過程只經(jīng)過要跳閘間隔的智能終端裝置，沒有過多的中間環(huán)節(jié)，如此智能變電站實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)跳閘。

除以上繼電保護(hù)跳閘處理之外，以下也有某變電站繼電保護(hù)的實(shí)際案例：

110kV 某變電站#1 主變本體重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，#1 主變?nèi)齻?cè)開關(guān)跳閘，事件導(dǎo)致該變電站#2、#3 主變重載，無負(fù)荷損失。在此事故當(dāng)中，根據(jù)檢查發(fā)現(xiàn)，瓦斯繼電器的本體端子箱之間電纜兩芯線間絕緣為0，且電纜的外皮有明顯損壞。根據(jù)#1 主變修試記錄，此次跳閘之前的20 天，#1 主變完成吊罩大修，本體重瓦斯到本體端子箱之間的電纜沒有拆除，且吊罩大修并沒有固定其期間的電纜，因天氣潮濕電纜的金屬層發(fā)生銹蝕，因而導(dǎo)致絕緣降低以致#1 主變本體瓦斯保護(hù)動(dòng)作后發(fā)生跳閘。

值得注意的是，智能變電站出現(xiàn)間隔保護(hù)停止運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)的操作還要把握以下兩個(gè)方面：首先，智能變電站是以光纖網(wǎng)絡(luò)作為保護(hù)裝置采樣和跳閘通道的，跳閘的邏輯判定、執(zhí)行輸出元件為分散安裝，由此確保跳閘出口可以在繼電保護(hù)裝置控制，也可以在智能終端上控制，如果變電站的間隔保護(hù)停運(yùn)，要退出保護(hù)跳閘功能，退出間隔保護(hù)裝置的跳閘GOOSE 出口壓板就行[4]；另外，對(duì)間隔保護(hù)進(jìn)行檢修過程中，必須退出此間隔保護(hù)裝置涉及到的軟壓板，同時(shí)也要退出SV 壓板，目的在于避免檢修時(shí)試驗(yàn)對(duì)未停止運(yùn)行的保護(hù)裝置。

4 結(jié)語

綜上所述，智能變電站已經(jīng)是我國電力電網(wǎng)行業(yè)中非常重要的構(gòu)成，而面對(duì)日益擴(kuò)大的用戶電力需求，智能變電站如何滿足需求需要從已經(jīng)面臨或出現(xiàn)的問題出發(fā)，通過智能化以及自動(dòng)化系統(tǒng)高效發(fā)揮變電站的作用和價(jià)值[5]。為了確保變電站可靠、穩(wěn)定且安全運(yùn)行，繼電保護(hù)必不可少，以上也針對(duì)繼電保護(hù)及其自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了簡要的分析，對(duì)于智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)及其發(fā)展還將繼續(xù)展開探討。