電力系統(tǒng)中智能變電站繼電保護技術分析

關卜凡

摘 要：全球化的加速發(fā)展，讓我國的科技技術得到了很大的進步，驅動著電力行業(yè)將電網(wǎng)技術推向了智能化時代。其中重要的一環(huán)節(jié)就是信息通信技術，它的應用為電力系統(tǒng)提供了有力的幫助。我國電網(wǎng)建設關乎國計民生，智能電網(wǎng)時代的來臨，為社會發(fā)展提供了最重要的保障，其發(fā)展對配套的電力信息通信技術也提出了更高的要求。所以目前的信息技術，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。本文對智能電網(wǎng)時代電力信息通信技術的應用進行了詳細的分析，并簡單介紹了電力信息通信技術的內容及電力發(fā)展的現(xiàn)狀。

關鍵詞：電力系統(tǒng);智能變電站;繼電保護;技術分析

引言

隨著科學技術的不斷發(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，智能變電站技術能夠將通信技術、信息技術、遙感技術等全方位融合，對智能變電系統(tǒng)中的各項指標進行檢測，形成信息化、智能化、網(wǎng)絡化數(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，對智能電網(wǎng)的發(fā)展具有至關重要的意義，在今后研究過程中需全面重視。

1、智能變電站繼電保護架構體系

1.1IEC61850標準體系

IEC61850標準是智能變電站繼電保護網(wǎng)絡與通信遵循的規(guī)則。在模型上，以傳統(tǒng)繼電保護裝置功能為單位劃分邏輯設備，一個實體設備可包含多個邏輯設備，以基本功能單元劃分邏輯節(jié)點，如跳閘回路、保護算法和采樣值處理等節(jié)點;在通信協(xié)議上，IEC61850按照通信服務的類型及性能要求映射特定通信協(xié)議，如SV/GOOSE通信為保證實時性傳輸層與網(wǎng)絡層協(xié)議映射為空;在數(shù)據(jù)上，IEC61850詳細劃分繼電保護基本數(shù)據(jù)類，覆蓋現(xiàn)有的繼電保護使用數(shù)據(jù)，并提供了擴展數(shù)據(jù)類的方法。

1.2基于數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)倪\行機制

傳統(tǒng)變電站繼電保護裝置有專門采樣和命令信號通道，傳輸延時由裝置處理速率與通道固定時延構成，相對固定。而智能變電站繼電保護的采樣值傳輸、開關狀態(tài)量獲取、跳閘指令下達等通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀形式，以交換機及光纖為介質，由過程層網(wǎng)絡執(zhí)行通信。因此，智能變電站繼電保護運行高度依賴過程層網(wǎng)絡，網(wǎng)絡性能構成對繼電保護“四性”的約束，過程層網(wǎng)絡規(guī)劃設計及調度策略尤其重要。

1.3模塊化的保護功能組織形態(tài)

區(qū)別于傳統(tǒng)變電站以裝置為中心的繼電保護組織形態(tài)，由于過程層網(wǎng)絡實現(xiàn)跨間隔跨專業(yè)信息共享，智能變電站繼電保護以保護功能模塊化為理念的靈活組態(tài)形式，“集中”或者“分散”的保護實現(xiàn)形式不依賴于裝置而是取決于保護需求與網(wǎng)絡性能。繼電保護模塊化靈活組態(tài)意味著保護功能可以存在于具備條件的保護裝置中，互為熱備用。

1.4高精度全網(wǎng)統(tǒng)一的網(wǎng)絡同步對時系統(tǒng)

傳統(tǒng)變電站繼電保護采用IRIG-B碼或者光纖方式對時同步。而智能變電站網(wǎng)絡化運行模式下，IRIG-B碼或者光纖直連方式不能滿足繼電保護應用需求，因為兩種傳統(tǒng)對時方式需要專門的傳輸通道，與智能變電站網(wǎng)絡共享信息與資源的發(fā)展趨勢相悖;IRIG-B碼對時同步是單向放射性對時系統(tǒng)，可靠性不足，易受鏈路狀態(tài)影響。智能變電站繼電保護需要高精度全網(wǎng)統(tǒng)一網(wǎng)絡對時方式，一方面能充分發(fā)揮網(wǎng)絡對時方式靈活的特點，另一方面又能利用冗余通信網(wǎng)絡高可靠性與實時監(jiān)測的優(yōu)勢。

2、智能變電站技術及繼電保護技術

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是指：一種利用數(shù)字化和自動化技術確保變電站信息實現(xiàn)高效采集與傳輸?shù)募夹g，作為我國電網(wǎng)建設發(fā)展的重要方向，智能變電站技術促進了協(xié)議統(tǒng)一化、信息網(wǎng)絡化、設備智能化、運行自動化以及網(wǎng)絡化的有效實現(xiàn)。通過運用智能變電站技術，工程造價得以有效降低，傳統(tǒng)變電站電磁互感器相關問題也得到了有效解決，電力技術實現(xiàn)了新的發(fā)展。相關研究表明，智能變電站包含了三個層面：過程層、間隔層以及站控層，只有將這三個層面建立起相應的數(shù)據(jù)連接通道，才可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步，而確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定的關鍵在于變電站中的過程層。

2.2智能變電站繼電保護技術

智能變電站繼電保護中的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理工作主要是依靠繼電保護技術中的軟硬件條件。數(shù)字核心部件是智能變電站繼電保護技術的關鍵，數(shù)字核心部件相當于一臺小型計算機，其能夠有效的對多個變電站繼電保護控件進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裝置的一個重要部件，它實現(xiàn)了以信息采集為重要條件的計算機與外部控件的相互連接。

3、智能變電站繼電保護設計優(yōu)化

3.1安全性的優(yōu)化

智能變電站的繼電保護是在IEC61850的標準下運行的，其統(tǒng)一性既是優(yōu)點，同時也是缺點。標準統(tǒng)一也就意味這是處在完全透明的電網(wǎng)環(huán)境中，這也就表明在整個繼電保護系統(tǒng)運行中將會面臨來自網(wǎng)絡上的惡意攻擊，對整個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行操作中時要做好分析系統(tǒng)安全，以實現(xiàn)變電站繼電保護的優(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)實現(xiàn)了數(shù)字化的建設，在繼電保護中會涉及到很多的電子設備，隨著不斷加入的電子設備，在確保變電站穩(wěn)定運行的基礎上又提出了新的要求。在選擇電子設備的同時，要根據(jù)實際情況的需要來進行合理的設計，最大程度上降低外界環(huán)境的影響，針對電子設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，并且要及時對系統(tǒng)進行故障的檢修，及時保護不合理的運行部分。

3.3實時性優(yōu)化

智能變電站繼電保護的重要特點就是具有一定的實時性，但是在設計保護結構的時候，設計工作通常會受合并器鏈路傳播時延、交換機交換時延等因素的限制，從而影響變電站數(shù)字化互感器的傳輸效果，導致傳輸誤差超出允許范圍。根據(jù)經(jīng)驗總結及其實際運行情況來看，造成數(shù)字式互感器采樣值傳輸抖動的原因有很多，其中影響比較大的是合并器和交換機的轉發(fā)，因此要進行相應的優(yōu)化。當合并器完成采集器傳輸數(shù)據(jù)信息之后，合并器會有一個排隊處理過程，而且接受采集器通信階段也會出現(xiàn)等待時間，同時受系統(tǒng)交換機性能的影響，實際運行中會出現(xiàn)不同程度的延時，因此需要采取相應的措施進行優(yōu)化。

3.4同步性優(yōu)化

智能變電站繼電保護在正常運行過程中，會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行數(shù)據(jù)采樣信號的輸出時附帶相應的時間信息，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)化繼電保護設備進，確保數(shù)據(jù)的同步性，使其可以在相同時間點內獲得相應的數(shù)據(jù)信息，避免因為同步信號丟失而造成的的數(shù)據(jù)誤差。對數(shù)據(jù)放入進行同步優(yōu)化設計時，需要考慮到過流和過壓保護問題，雖然所使用的保護原理簡單，但保護動作行為對輸入信號幅值正確性提出了一定的要求，相比之下對同步信號要求也比較小，如此一來即便保護動作發(fā)生時丟失了同步信號，對保護動作也不會產(chǎn)生很大的影響。

結束語

繼電保護的主要目的在于維持所有電力設備的健康、正常運行，在研究繼電保護技術時，需要全面分析變電站特點，合理定位設計優(yōu)化細則，站在不同角度分析，選擇針對性策略，進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行優(yōu)化，降低各種不利因素對保護系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響，確保所有的保護動作處于正常狀態(tài)。

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