數(shù)字化變電站繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)研究

崔 曉，柳貴東，熊 宇，曾貴娥（通訊作者）

（廣東白云學(xué)院 廣東 廣州 510450）

1 引言

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)字化變電站已經(jīng)成為電力系統(tǒng)不可或缺的一部分，利用數(shù)字化處理技術(shù)對(duì)電壓參數(shù)、電流方向、電能分配等工作予以實(shí)時(shí)性控制，不僅能提升工作效率，還能優(yōu)化電能輸送管控工作的規(guī)范化水平。因此，要配合完整的繼電保護(hù)體系，維持?jǐn)?shù)字化變電站日常運(yùn)行的科學(xué)性。

2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)概述

在數(shù)字化變電站繼電保護(hù)體系中，要結(jié)合規(guī)范要求和標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)基礎(chǔ)框架模式，發(fā)揮相應(yīng)裝置的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)作用，共建完整的繼電保護(hù)應(yīng)用運(yùn)行流程，按照標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容依次開展具體工作，從而真正意義上打造運(yùn)行合理且安全的數(shù)字化變電站監(jiān)管平臺(tái)。

2.1 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)架構(gòu)模式

數(shù)字化變電站中，基于IEC61850以及通信規(guī)范的相關(guān)要求，利用智能一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層完成組合，并且能在打造電氣設(shè)備信息共享體系的同時(shí)，建構(gòu)完整的現(xiàn)代化互操作控制結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集數(shù)字化管理、信息應(yīng)用集成化管理以及系統(tǒng)緊密化控制的目標(biāo)，維持應(yīng)用效率的最優(yōu)化[1]。

另外，數(shù)字化繼電保護(hù)裝置接口的實(shí)現(xiàn)也是關(guān)鍵，借助電子式互感器收集信息和數(shù)據(jù)，然后完成數(shù)字化處理，匯總信息關(guān)鍵點(diǎn)的同時(shí)，保證關(guān)聯(lián)信息應(yīng)用的合理性，依據(jù)合并單元轉(zhuǎn)化過程，就能輸出正確格式的數(shù)據(jù)信息。最關(guān)鍵的是，相較于傳統(tǒng)的變電站保護(hù)機(jī)制，數(shù)字化變電站繼電保護(hù)架構(gòu)模式最大的優(yōu)勢(shì)就是能利用合并單元的光纖完成傳輸處理，減少A/D變換插件數(shù)量，提升資源利用率。

2.2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置特點(diǎn)

繼電保護(hù)裝置是在電力系統(tǒng)電力元件或整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)形成的告警模式，或直接利用匹配的技術(shù)方案對(duì)斷路器發(fā)出跳閘指令，避免故障的蔓延，所以，配置機(jī)電保護(hù)裝置的過程中，就要結(jié)合數(shù)字化變電站的實(shí)際情況以及保護(hù)裝置的具體特征落實(shí)合理的方案。

首先，數(shù)字化裝置中數(shù)字電路的基本構(gòu)成是微處理器[2]。

其次，核心單元的接口具有多樣化特點(diǎn)，為了保證應(yīng)用效果和處理水平，就要借助電子式互感器作為傳遞信息和數(shù)據(jù)收集的介質(zhì)，從而維持機(jī)電保護(hù)裝置應(yīng)用的規(guī)范性。

最后，數(shù)字化裝置是借助數(shù)字信號(hào)傳送模式完成電壓的輸送，并且配合轉(zhuǎn)化處理，結(jié)合需求輸送格式獲取正確的數(shù)據(jù)信息，保證光纖實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)男Ч?，緩解變換插件等工作負(fù)荷帶來(lái)的壓力。

3 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用

在數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，繼電保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全面推廣，旨在提升數(shù)字化變電站應(yīng)用水平，打造更加科學(xué)合理且安全的運(yùn)行環(huán)境，從而維持?jǐn)?shù)字化變電站應(yīng)用效率，建構(gòu)完整的電力輸送控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。

3.1 新型互感器技術(shù)和智能型開關(guān)單元

在傳統(tǒng)的變電站管理工作中，主要采取的設(shè)備是內(nèi)部CT和PT模式，而在數(shù)字化變電站大范圍修建的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)保護(hù)裝置已經(jīng)逐漸被互感器取代，能建立更加合理且高效的信息匯總控制模式，并且能將較高的電壓和較大的電流情況轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字型信息內(nèi)容，利用以太網(wǎng)完成數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出控制。

另外，數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置中，斷路器內(nèi)部也會(huì)安裝基于二次系統(tǒng)的新型傳感器，并且配合微機(jī)模式，有效結(jié)合電力電子技術(shù)基礎(chǔ)，充分發(fā)揮光纖網(wǎng)絡(luò)的作用，從而建立控制和保護(hù)匹配的指令模式，進(jìn)一步完成對(duì)數(shù)字化接口間信號(hào)傳達(dá)的操控處理，有效提升信息傳遞質(zhì)量和接收效果[3]。

除此之外，新型互感器技術(shù)和智能型開關(guān)單元的大范圍應(yīng)用推廣，也為變電站系統(tǒng)安全性、可靠性的優(yōu)化提供了保障，能實(shí)現(xiàn)多元管控目標(biāo)，維持?jǐn)?shù)字化變電站繼電保護(hù)工作的規(guī)范性。

3.2 動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)

依據(jù)智能變電站的基本要求，建構(gòu)以數(shù)字化變電方式為根本的功能體系，并且兼具自動(dòng)化和信息化屬性。最關(guān)鍵的是，為了有效對(duì)內(nèi)部二次設(shè)備予以約束管理，就要匹配完整且系統(tǒng)化的檢測(cè)方案，確保數(shù)字化變電站和數(shù)字化設(shè)備都能高效運(yùn)行。

利用動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)能仿真模擬事故，并且為操作者提供實(shí)時(shí)性演練的具體場(chǎng)景，還能配合對(duì)應(yīng)的控制模塊完成數(shù)字化變電站系統(tǒng)運(yùn)行方式的仿真模擬，進(jìn)一步完成自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)二次設(shè)備自動(dòng)發(fā)送模擬信號(hào)處理，確保能對(duì)變壓器、母線等設(shè)備予以保護(hù)和監(jiān)控，維持綜合管理效果，實(shí)現(xiàn)多元管控目標(biāo)[4]。

3.3 通信功能網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)字化保護(hù)的功能性較強(qiáng)，從數(shù)字化變電站全站統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)的角度分析，配合GOOSE通信技術(shù)，就能使用更加完整的數(shù)字化保護(hù)使用合并單位，維持實(shí)時(shí)性管理和信息共享性控制，打造多元合并處理模式。

其中，過程層主要涉及智能操作機(jī)構(gòu)和合并單元，前者負(fù)責(zé)建立完整的操作指令對(duì)策，后者則是實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的匯總，這就能為整個(gè)數(shù)字化變電站設(shè)備信息數(shù)據(jù)共享提供保障，提升數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性，維持綜合應(yīng)用效率。例如，在間隔配置較多的數(shù)字化變電站，要建立母線保護(hù)模式，在傳統(tǒng)的配置體系中，一般是增加CT/PT完成海量數(shù)據(jù)的匯總處理，這就會(huì)增加能耗問題，而在數(shù)字化變電站中，過程層匹配GOOSE網(wǎng)絡(luò)體系，建立完整的數(shù)據(jù)采集和開關(guān)量分析模式，配合網(wǎng)絡(luò)中的處理單元，就能完成初步處理，在CPU的輔助下，就能完成告警處理、跳閘指示處理等，有效提升數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的時(shí)效性[5]。

除此之外，在通信網(wǎng)絡(luò)化不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，通訊技術(shù)也在全面提升，為了保證更大規(guī)模變電站繼電保護(hù)站域保護(hù)內(nèi)容和網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)內(nèi)容的規(guī)范性，要充分發(fā)揮通信網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)作用，結(jié)合數(shù)字化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展特征，匹配有機(jī)統(tǒng)一的共享模式，真正意義上打造智能化分析和狀態(tài)輸出處理。

3.4 元件化軟件

在數(shù)字化變電站繼電保護(hù)體系中，裝置軟件元件化特征非常突出，尤其是在中低壓領(lǐng)域，相較于傳統(tǒng)體系中具有風(fēng)險(xiǎn)性的升級(jí)和維護(hù)過程，元件化處理模式能打造更加靈活且科學(xué)的程序裝置體系，保證升級(jí)的可靠性。尤其是在數(shù)字化環(huán)境中，利用高級(jí)語(yǔ)言，就能合理封裝保護(hù)功能，從而形成多元模塊管控體系，維持功能元件庫(kù)的管理效果，不僅能提升裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)能力，還能減少新產(chǎn)品開發(fā)以及升級(jí)更換程序等不確定因素造成的影響，為軟件平臺(tái)應(yīng)用處理提供保障，并且提升設(shè)備兼容性和互操作性。

4 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)調(diào)試建議

依據(jù)數(shù)字化應(yīng)用要求和規(guī)范，在落實(shí)數(shù)字化變電站常規(guī)化管理方案的基礎(chǔ)上，要整合繼電保護(hù)調(diào)試流程，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)維持調(diào)試細(xì)節(jié)和操作體系的科學(xué)性，最大程度上優(yōu)化調(diào)試效果。要從配置模塊調(diào)試處理工序入手，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)測(cè)試予以調(diào)控分析，維持對(duì)應(yīng)調(diào)試流程的合理性。

4.1 配置模塊

數(shù)字化測(cè)試儀的輸入輸出模式較多，要利用光纖連接搭配硬接線連接的方式完成測(cè)試元件和被測(cè)試裝置的連接，復(fù)雜性較高，在不同模式下，輸入輸出都要建立精確配置機(jī)制。

例如，在測(cè)試儀配置的過程中，相關(guān)參數(shù)如下：①模擬量輸出方式為SMV輸出；②可控SMV通道為12、開關(guān)量輸入虛通道數(shù)量為0、開關(guān)量輸出虛通道數(shù)量為0；③測(cè)試儀標(biāo)識(shí)和測(cè)試儀地址均處于關(guān)聯(lián)狀態(tài)；④利用導(dǎo)入測(cè)試儀配置和導(dǎo)出測(cè)試儀配置完成配置過程；⑤可添加導(dǎo)入被測(cè)裝置配置文件。然后就能獲取相匹配的通道數(shù)，了解顯示名稱和顯示量綱，獲取SMV狀態(tài)下計(jì)算系數(shù)和通道描述內(nèi)容。若是要利用手動(dòng)測(cè)試，見圖1。

圖1 手動(dòng)測(cè)試示意圖

除此之外，還要配置GPS模塊，配合測(cè)試儀專用9芯數(shù)據(jù)線連接模式，當(dāng)模塊鎖定4顆以上衛(wèi)星，就能點(diǎn)亮指示燈LOCK，在測(cè)試儀同步試驗(yàn)準(zhǔn)備工作結(jié)束后，利用兩端測(cè)試儀完成故障模塊的觸發(fā)，有效進(jìn)入故障分析和評(píng)估狀態(tài)，更好地配合檢驗(yàn)人員完成相應(yīng)工作，提升同步試驗(yàn)分析的規(guī)范性，為數(shù)字化變電站繼電保護(hù)測(cè)試工作的順利開展提供保障。

4.2 變壓器差動(dòng)保護(hù)測(cè)試

對(duì)于變電站而言，變壓器是非常關(guān)鍵的元件之一，為了保證整體測(cè)試分析工作順利落實(shí)，就要結(jié)合差動(dòng)保護(hù)測(cè)試的具體標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容要求，完善相關(guān)工作。因?yàn)槎鄠€(gè)光纖以太網(wǎng)輸出SMV報(bào)文，所以，一臺(tái)測(cè)試儀即可完成測(cè)試工作，要利用專用變壓器差動(dòng)測(cè)試菜單，建立快速定制測(cè)試模式，在IEC61850-9-1/2支持下分析模擬量和GOOSE開關(guān)量。見圖2。

圖2 差動(dòng)測(cè)試

除此之外，還能借助合并器對(duì)輸出的SMV報(bào)文予以監(jiān)控，自動(dòng)解析報(bào)文信息，從而保證數(shù)字化變電站繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作的合理性和規(guī)范性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，依據(jù)我國(guó)數(shù)字化變電站發(fā)展現(xiàn)狀可知，數(shù)字化和網(wǎng)路自動(dòng)化智能電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展將成為主要趨勢(shì)，為了保證其應(yīng)用效果，要建立分階段和規(guī)劃設(shè)計(jì)體系，維持綜合管控效率，從而提升數(shù)字化變電站運(yùn)行發(fā)展水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。