電力系統(tǒng)中智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)分析

李凡昌

【摘?要】全球化的加速發(fā)展，讓我國的科技技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，驅(qū)動(dòng)著電力行業(yè)將電網(wǎng)技術(shù)推向了智能化時(shí)代。其中重要的一環(huán)節(jié)就是信息通信技術(shù)，它的應(yīng)用為電力系統(tǒng)提供了有力的幫助。我國電網(wǎng)建設(shè)關(guān)乎國計(jì)民生，智能電網(wǎng)時(shí)代的來臨，為社會(huì)發(fā)展提供了最重要的保障，其發(fā)展對(duì)配套的電力信息通信技術(shù)也提出了更高的要求。所以目前的信息技術(shù)，不僅可以是未來發(fā)展的趨勢，還為國家的電力發(fā)展提供支持。本文對(duì)智能電網(wǎng)時(shí)代電力信息通信技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并簡單介紹了電力信息通信技術(shù)的內(nèi)容及電力發(fā)展的現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);智能變電站;繼電保護(hù);技術(shù)分析

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，智能電網(wǎng)已經(jīng)逐漸開始成為電力系統(tǒng)的主流。作為智能電網(wǎng)的核心，智能變電站技術(shù)能夠?qū)⑼ㄐ偶夹g(shù)、信息技術(shù)、遙感技術(shù)等全方位融合，對(duì)智能變電系統(tǒng)中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測，形成信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳輸，全面提升了智能電網(wǎng)的安全性、可靠性和有效性，對(duì)智能電網(wǎng)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義，在今后研究過程中需全面重視。

1、智能變電站繼電保護(hù)架構(gòu)體系

1.1IEC61850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)，如跳閘回路、保護(hù)算法和采樣值處理等節(jié)點(diǎn);在通信協(xié)議上，IEC61850按照通信服務(wù)的類型及性能要求映射特定通信協(xié)議，如SV/GOOSE通信為保證實(shí)時(shí)性傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議映射為空;在數(shù)據(jù)上，IEC61850詳細(xì)劃分繼電保護(hù)基本數(shù)據(jù)類，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)類的方法。

1.2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)裝置有專門采樣和命令信號(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、開關(guān)狀態(tài)量獲取、跳閘指令下達(dá)等通過以太網(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)行高度依賴過程層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)性能構(gòu)成對(duì)繼電保護(hù)“四性”的約束，過程層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)及調(diào)度策略尤其重要。

1.3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)，由于過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)跨間隔跨專業(yè)信息共享，智能變電站繼電保護(hù)以保護(hù)功能模塊化為理念的靈活組態(tài)形式，“集中”或者“分散”的保護(hù)實(shí)現(xiàn)形式不依賴于裝置而是取決于保護(hù)需求與網(wǎng)絡(luò)性能。繼電保護(hù)模塊化靈活組態(tài)意味著保護(hù)功能可以存在于具備條件的保護(hù)裝置中，互為熱備用。

1.4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足繼電保護(hù)應(yīng)用需求，因?yàn)閮煞N傳統(tǒng)對(duì)時(shí)方式需要專門的傳輸通道，與智能變電站網(wǎng)絡(luò)共享信息與資源的發(fā)展趨勢相悖;IRIG-B碼對(duì)時(shí)同步是單向放射性對(duì)時(shí)系統(tǒng)，可靠性不足，易受鏈路狀態(tài)影響。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)，另一方面又能利用冗余通信網(wǎng)絡(luò)高可靠性與實(shí)時(shí)監(jiān)測的優(yōu)勢。

2、智能變電站技術(shù)及繼電保護(hù)技術(shù)

2.1智能變電站概述

一般來說，我們所說的智能變電站技術(shù)是指：一種利用數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)確保變電站信息實(shí)現(xiàn)高效采集與傳輸?shù)募夹g(shù)，作為我國電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的重要方向，智能變電站技術(shù)促進(jìn)了協(xié)議統(tǒng)一化、信息網(wǎng)絡(luò)化、設(shè)備智能化、運(yùn)行自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò)化的有效實(shí)現(xiàn)。通過運(yùn)用智能變電站技術(shù)，工程造價(jià)得以有效降低，傳統(tǒng)變電站電磁互感器相關(guān)問題也得到了有效解決，電力技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新的發(fā)展。相關(guān)研究表明，智能變電站包含了三個(gè)層面：過程層、間隔層以及站控層，只有將這三個(gè)層面建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)連接通道，才可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步，而確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定的關(guān)鍵在于變電站中的過程層。

2.2智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)

智能變電站繼電保護(hù)中的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理工作主要是依靠繼電保護(hù)技術(shù)中的軟硬件條件。數(shù)字核心部件是智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵，數(shù)字核心部件相當(dāng)于一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)，其能夠有效的對(duì)多個(gè)變電站繼電保護(hù)控件進(jìn)行高效的控制與處理;此外，模擬量輸入接口控件也是繼電保護(hù)裝置的一個(gè)重要部件，它實(shí)現(xiàn)了以信息采集為重要條件的計(jì)算機(jī)與外部控件的相互連接。

3、智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1安全性的優(yōu)化

智能變電站的繼電保護(hù)是在IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行的，其統(tǒng)一性既是優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也是缺點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一也就意味這是處在完全透明的電網(wǎng)環(huán)境中，這也就表明在整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行中將會(huì)面臨來自網(wǎng)絡(luò)上的惡意攻擊，對(duì)整個(gè)變電站的信息安全造成威脅。鑒于IEC61850的表針體系中沒有明顯的界定安全，往往需要使用者在進(jìn)行操作中時(shí)要做好分析系統(tǒng)安全，以實(shí)現(xiàn)變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化。

3.2可靠性的優(yōu)化

現(xiàn)階段我國智能變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的建設(shè)，在繼電保護(hù)中會(huì)涉及到很多的電子設(shè)備，隨著不斷加入的電子設(shè)備，在確保變電站穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上又提出了新的要求。在選擇電子設(shè)備的同時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況的需要來進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，最大程度上降低外界環(huán)境的影響，針對(duì)電子設(shè)備容易受到外界的干擾的特性來看，需要采用性能比較穩(wěn)定的光纜，并且要及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障的檢修，及時(shí)保護(hù)不合理的運(yùn)行部分。

3.3實(shí)時(shí)性優(yōu)化

智能變電站繼電保護(hù)的重要特點(diǎn)就是具有一定的實(shí)時(shí)性，但是在設(shè)計(jì)保護(hù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，設(shè)計(jì)工作通常會(huì)受合并器鏈路傳播時(shí)延、交換機(jī)交換時(shí)延等因素的限制，從而影響變電站數(shù)字化互感器的傳輸效果，導(dǎo)致傳輸誤差超出允許范圍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及其實(shí)際運(yùn)行情況來看，造成數(shù)字式互感器采樣值傳輸抖動(dòng)的原因有很多，其中影響比較大的是合并器和交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)，因此要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。當(dāng)合并器完成采集器傳輸數(shù)據(jù)信息之后，合并器會(huì)有一個(gè)排隊(duì)處理過程，而且接受采集器通信階段也會(huì)出現(xiàn)等待時(shí)間，同時(shí)受系統(tǒng)交換機(jī)性能的影響，實(shí)際運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)不同程度的延時(shí)，因此需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行優(yōu)化。

3.4同步性優(yōu)化

智能變電站繼電保護(hù)在正常運(yùn)行過程中，會(huì)有各種各樣的問題出現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)同步問題是十分常見的問題之一。同步性問題也就是合并單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣信號(hào)的輸出時(shí)附帶相應(yīng)的時(shí)間信息，該同步傳輸能夠有效縮減電氣量相位與幅值間誤差，因此數(shù)據(jù)的同步性具有非常重要的意義。所以必須要優(yōu)化繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)，確保數(shù)據(jù)的同步性，使其可以在相同時(shí)間點(diǎn)內(nèi)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，避免因?yàn)橥叫盘?hào)丟失而造成的的數(shù)據(jù)誤差。對(duì)數(shù)據(jù)放入進(jìn)行同步優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到過流和過壓保護(hù)問題，雖然所使用的保護(hù)原理簡單，但保護(hù)動(dòng)作行為對(duì)輸入信號(hào)幅值正確性提出了一定的要求，相比之下對(duì)同步信號(hào)要求也比較小，如此一來即便保護(hù)動(dòng)作發(fā)生時(shí)丟失了同步信號(hào)，對(duì)保護(hù)動(dòng)作也不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

結(jié)束語

繼電保護(hù)的主要目的在于維持所有電力設(shè)備的健康、正常運(yùn)行，在研究繼電保護(hù)技術(shù)時(shí)，需要全面分析變電站特點(diǎn)，合理定位設(shè)計(jì)優(yōu)化細(xì)則，站在不同角度分析，選擇針對(duì)性策略，進(jìn)而全面降低多方面因素的影響并且選擇正確合理的措施進(jìn)行優(yōu)化，降低各種不利因素對(duì)保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的影響，確保所有的保護(hù)動(dòng)作處于正常狀態(tài)。

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（作者單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局）