智能變電站繼電保護跳閘實現(xiàn)方式探討

周宏宇 徐健

摘要：現(xiàn)代智能變電站運行過程中，為了確保系統(tǒng)安全性能，繼電保護跳閘現(xiàn)象會常常發(fā)生，通過研究論證發(fā)現(xiàn)，繼電保護跳閘方式含有兩類，一類為保護網(wǎng)跳閘，一類為保護對點跳閘。對點跳閘方式在信號傳輸?shù)倪^程中，不使用網(wǎng)絡方式，因此較為可靠，但在熔點、光口上相對較多。保護網(wǎng)跳閘則要通過交換機的信號傳輸，但在光纖敷設量及光纖熔點上相對較少。對于使用何種方式進行變電站保護，現(xiàn)階段還存在一定爭議，本文系統(tǒng)地進行兩種智能變電站的機電保護跳閘方式對比，闡述兩類保護跳閘方式在各方面的性能表現(xiàn)，對實現(xiàn)方式進行科學研究，以期為變電站繼電保護跳閘方式選擇提供借鑒。

關鍵詞：智能變電站;繼電保護跳閘;實現(xiàn)方式

引言

隨著科學技術的不斷進步，電力行業(yè)也朝著信息化、智能化的方向發(fā)展。智能變電站是指使用環(huán)保、先進的集成智能設備，且站內(nèi)達成信息共享標準化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息數(shù)字化，能夠自動完成信息的檢測、計量及保護、控制、采集等功能，同時電網(wǎng)能夠實時進行協(xié)同互動、在線決策分析、智能調節(jié)和自動化控制的變電站。繼電保護裝置在智能變電站中是一個重要的組成部分，在實現(xiàn)變電站保護效果的過程中，繼電保護跳閘是主要的方式，但是對于在實際工作中選擇運用什么樣的實現(xiàn)方式還有待研究，相關工作人員需要從實際情況出發(fā)，考慮到跳閘方式的優(yōu)點和缺點，從而科學的選擇運用，從而確保實現(xiàn)良好的保護效果。

1 智能變電站繼電保護網(wǎng)跳閘可靠性

智能變電站保護跳閘可靠性的影響因素，主要是交換機丟包，而造成交換機丟包因素則主要有 3 類，即電磁干擾問題、網(wǎng)絡風暴問題、交換機處理能力沒有達成要求?，F(xiàn)代智能變電站的交換機均得到全球范圍內(nèi)的電力行業(yè)產(chǎn)品咨詢及認證、測試群為機構的認可，并按照國際電工委員會的要求及標準，通過了電磁輻射、抗電磁干擾、靜態(tài)振動等測試，能夠使繼電保護器在惡劣的環(huán)境下也能夠保證不受電磁干擾的影響。網(wǎng)絡風暴的發(fā)生主要有跳閘保護系統(tǒng)中的某個部分出現(xiàn)問題，導致交換機無法進行正常防護，出現(xiàn)跳閘報文多發(fā)的問題，但在此情況下，對點跳閘也無法正常運轉;非法設備連接到信號傳輸網(wǎng)絡中，并發(fā)送未知單播地址報文，此問題能夠通過未知單播地址抑制功能，對其進行預防，一定程度上解決該問題;信號傳輸網(wǎng)絡中發(fā)生大量異常的廣播問題也會導致網(wǎng)絡風暴問題出現(xiàn)，交換機中進行端口速率限制的設置，能夠使得此類問題得到預防?，F(xiàn)階段，交換機使用的是轉發(fā)及存儲機制，同時選擇雙工的方式進行連接，所以數(shù)據(jù)流量增加的過程中，網(wǎng)絡延時發(fā)生的概率也不會增加[1]。

2 智能變電站繼電保護網(wǎng)跳閘延時分析

2.1保護網(wǎng)跳閘延時分析

保護網(wǎng)跳閘延時發(fā)生，主要有兩個決定因素，報文發(fā)送及網(wǎng)絡傳輸延時。報文發(fā)送延時主要為裝置通信處理器報文處理延時。在通過智能變電站使用工程動模的方式進行測試后發(fā)現(xiàn)，裝置各個端口處理延時為 25 μs，即第一個端口處理延時達到 25 μs，第二個則為 50 μs，以此進行類推。網(wǎng)絡傳輸延時問題多是因為多處延時構成，主要包含如下因素，交換機存儲轉發(fā)出現(xiàn)延時的情況。現(xiàn)階段，智能變電站所使用交換機都是轉發(fā)存儲原理，進行單臺交換機延時的計算時，可以直接用幀長比于傳輸速度得到計算結果，假若使用光口為 100 Mb/s，最大幀長為 1522b，同行部幀頭 8 b，交換及轉發(fā)存儲的延時則為 122 μs;如果是千兆端口存儲，則轉發(fā)延時則為 12 s。交換機的交換出現(xiàn)延遲，交換延遲為固定的值，主要受到交換機優(yōu)先功能、芯片處理等功能速度影響，工業(yè)以太網(wǎng)交換機的延遲一般為 10 μs 以下。光纜傳輸發(fā)生延遲，主要由光纜長度影響，以光纜長度比與光纜光速，光纜光速即是光速的 2/3，就能得到延時值[2]。例如，1 km 的光纜，傳輸?shù)难訒r大約在5 μs。交換機幀排隊發(fā)生延時，幀沖突主要在廣播以太網(wǎng)中出現(xiàn)，以太網(wǎng)交換機和隊列結合，進行存儲轉發(fā)，能夠使得共享性以太網(wǎng)幀沖突問題得到解決，幀排隊延時問題則可以通過幀優(yōu)先級設置解決。網(wǎng)絡傳輸延時問題，主要是交換機線路傳輸延時、交換機延時、發(fā)送延遲、幀排隊延遲之和。通過對多類網(wǎng)絡傳輸方式進行檢測，發(fā)現(xiàn) GOOSE 的跳閘報文形成仍然能夠達成相關要求及標準[3]。

2.2與對點跳閘延時比較

保護網(wǎng)跳閘方式雖然增設了交換機，但通過實際論證顯示，保護網(wǎng)跳閘延時是優(yōu)于對點跳閘的。在多光口數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)是共同由一個CPU進行處理分析，可以按照一定順序對每個端口進行處理，這樣就會造成光口報文處理的延時問題。在保護網(wǎng)跳閘的過程中，由于是通過網(wǎng)絡傳輸實現(xiàn)的，無需進行接口設置，組網(wǎng)端口都是處于第一優(yōu)先位置的，這樣的跳閘保護速度就會更快。但對于對點跳閘來說，各個光口因為 CPU 需要按順序進行處理，所以排列在尾段的光口延時相對更長。交換機延時相對較短，進行反應僅需要數(shù)十微秒的時間，因此保護網(wǎng)跳閘延時發(fā)生較之對點跳閘延時更為短;因為數(shù)據(jù)端口增加，裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)進行循環(huán)處理的時間上，較之單一端口的處理時間更長，所以保護網(wǎng)跳閘延時更短;通過多個廠商設備的研究發(fā)現(xiàn)，光口報文發(fā)出的時間差異均在 25 μs 左右，如果將相同的報文發(fā)送到 17 個光口，那么最先將報文發(fā)出的時間和最后發(fā)出報文時間，差值則為 400 μs左右[4]。

結語

在智能變電站的跳閘繼電保護中，對點跳閘及保護網(wǎng)跳閘這兩種跳閘方式各有特點，在應用的過程中也各具優(yōu)勢。總體來說，經(jīng)過對比分析明確，以網(wǎng)絡傳輸方式信息傳輸為基礎的保護網(wǎng)跳閘方式優(yōu)于以光纖直接進行信息傳輸?shù)膶c跳閘，同時在設備可靠性及設備制造、維護成本上，保護網(wǎng)跳閘均優(yōu)于對點跳閘，智能變電站工作人員要做好這方面的深入研究。

參考文獻：

[1]簡學之.智能變電站繼電保護設計審查方法研究[J].技術與市場，2018，25（11）：119-120.

[2]韓少衛(wèi)，朱德亮.智能變電站繼電保護裝置程序化測試系統(tǒng)的研究[J].電子技術與軟件工程，2018，131（9）：148.

[3]蔣紅亮，呂飛鵬.基于圖論的智能變電站站域后備保護跳閘策略[J].電氣技術，2017，18（12）：24-29.

[4]林明楷.淺析新型智能變電站繼電保護跳閘實現(xiàn)方式[J].河南建材，2019（02）：132-133.