智能變電站繼電保護(hù)全過(guò)程管理探討

郭玉亮

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司普洱供電局，云南 普洱 665000）

0 前言

2021 年，智能電網(wǎng)建設(shè)被納入“十四五”規(guī)劃，提出應(yīng)加快電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造和智能微電網(wǎng)建設(shè)，提高電力系統(tǒng)互補(bǔ)互濟(jì)和智能調(diào)節(jié)能力。目前，全國(guó)各地都在積極響應(yīng)“十四五”規(guī)劃，加快地方智能電網(wǎng)建設(shè)與布局。事實(shí)表明，持續(xù)加快智能電網(wǎng)普及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是智能變電站建設(shè)，智能變電站發(fā)揮著智能調(diào)節(jié)、分配電能的作用。通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的智能設(shè)備，形成自動(dòng)化、智能化的電網(wǎng)控制系統(tǒng)，達(dá)到對(duì)地區(qū)電網(wǎng)用戶的精準(zhǔn)、高效服務(wù)，為保障好當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)、民生等提供堅(jiān)實(shí)條件。繼電保護(hù)系統(tǒng)是智能變電站的重要組成，不僅確保全站電力系統(tǒng)管理的智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化，更實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全化自動(dòng)控制、電能分配自動(dòng)化計(jì)算與智能調(diào)節(jié)，體現(xiàn)出低碳環(huán)保、高效安全管理、電能科學(xué)分配的特點(diǎn)。目前，隨著全國(guó)各地智能變電站的投入落地，其繼電保護(hù)系統(tǒng)成為行業(yè)內(nèi)焦點(diǎn)，尤其是智能變電站的繼電保護(hù)全過(guò)程管理，一直都是相關(guān)領(lǐng)域?qū)嵺`重難點(diǎn)。本文進(jìn)一步對(duì)該板塊探討，提出智能變電站繼電保護(hù)全過(guò)程管理理念，形成一些技術(shù)參考。

1 智能變電站的概述

智能變電站主要是在各種智能化、自動(dòng)化的電網(wǎng)系統(tǒng)、電力設(shè)備支持下具備電能分配、調(diào)控、管理的場(chǎng)所。從智能變電站的特點(diǎn)來(lái)看，具備經(jīng)濟(jì)性、安全性、智慧化的特征。經(jīng)濟(jì)性特征主要得益于智能變電站相較于傳統(tǒng)的變電站，具備了智能高壓設(shè)備、電網(wǎng)管理信息化平臺(tái)，智能高壓設(shè)備可根據(jù)提前設(shè)置的指令，根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)用戶類型與實(shí)際需要，科學(xué)分配電能，保證電能分配的精準(zhǔn)、有效，既避免電能浪費(fèi)，也保障地方生產(chǎn)所需。安全性上，智能高壓設(shè)備與繼電保護(hù)系統(tǒng)連接，在統(tǒng)一的信息化平臺(tái)操控下，可對(duì)變電站所有設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到設(shè)備故障情形下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、設(shè)備切斷與保護(hù)。智慧化特征主要體現(xiàn)于整個(gè)變電站電網(wǎng)管理的自動(dòng)化上，其中包括繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化管理。單從智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)來(lái)講，光纜支持下的智能化電力設(shè)備能夠?qū)﹄娋W(wǎng)信號(hào)、電壓、電流等實(shí)施智能分析、控制，決策支持電能的安全管理。另外，過(guò)去用于實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯的繼電器硬件回路被微機(jī)保護(hù)裝置中的軟件所取代，變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)控制設(shè)備對(duì)整個(gè)變電站電力系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測(cè)，一旦監(jiān)測(cè)到設(shè)備故障、電網(wǎng)異常、電流異常、電壓故障等，智能終端系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制斷路器，對(duì)故障對(duì)象報(bào)警、切斷，確保電網(wǎng)系統(tǒng)安全。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)

繼電保護(hù)是對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測(cè)，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。智能變電站中，完整的繼電保護(hù)功能一般由繼電保護(hù)裝置、合并單元、智能終端三部分組成。

2.1 繼電保護(hù)裝置

繼電保護(hù)裝置是一種具備電氣設(shè)備保護(hù)、電路保護(hù)、自動(dòng)跳閘與報(bào)警的自動(dòng)裝置，其主要發(fā)揮著保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)的作用。智能變電站的繼電保護(hù)裝置一般由過(guò)電流保護(hù)裝置、電流速斷保護(hù)裝置、差動(dòng)保護(hù)裝置、單相接地保護(hù)裝置及報(bào)警器等裝置共同組成[1]。智能變電站的繼電保護(hù)裝置工作原理為：互動(dòng)器模擬電壓、電流，將模擬數(shù)據(jù)上傳至合并單元系統(tǒng)中。繼電保護(hù)裝置能夠自動(dòng)對(duì)合并單元系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、電壓符合、電流量等實(shí)施動(dòng)態(tài)檢測(cè)，其發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、電壓或電流不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，繼電保護(hù)裝置就會(huì)生效，發(fā)出報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)對(duì)電路、電壓切斷，轉(zhuǎn)變供電線路，確保電力系統(tǒng)安全[2]。智能變電站繼電保護(hù)裝置的底層邏輯是測(cè)量部分、分析部分、執(zhí)行部分，其中測(cè)量部分主要對(duì)接受度的電壓、電流信息進(jìn)行匯總與初步判斷，將判斷后的數(shù)據(jù)信息上傳至分析裝置中進(jìn)行電壓、電流量的深層次模擬與比對(duì)，并生成控制指令，為繼電保護(hù)裝置的起效輸入指令依據(jù)。對(duì)繼電保護(hù)的基本要求是良好的選擇性、反應(yīng)故障的快速性、靈敏性、可靠性及投資維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。繼電保護(hù)裝置之間的聯(lián)系邏輯如圖1 所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置聯(lián)系邏輯

2.2 合并單元

智能變電站的合并單元作為繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要組成，其核心是對(duì)二次轉(zhuǎn)化器的電流/電壓進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合的物理單元。一方面，合并單元系統(tǒng)中包括信號(hào)合并裝置、數(shù)據(jù)同步分析裝置、電壓切換與并列裝置、數(shù)據(jù)擴(kuò)張裝置等等。不同的裝置將整個(gè)電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)集成化，在相應(yīng)的設(shè)備支持下進(jìn)行電壓、電流負(fù)荷計(jì)算，以確保電能的高效分配[3]。另一方面，合并單元的上級(jí)為互感器，下級(jí)為保護(hù)/測(cè)控裝置?；ジ衅鲗⒛M電壓、電流的結(jié)果傳輸至合并單元的終端設(shè)備中，其設(shè)備對(duì)電壓、電流進(jìn)行讀取、計(jì)算，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電壓、電流異常時(shí)，會(huì)直接啟動(dòng)保護(hù)/測(cè)控裝置，對(duì)電網(wǎng)實(shí)施報(bào)警、緊急切斷或自動(dòng)控制分流。智能變電站的合并單元上下層聯(lián)系機(jī)制如圖2 所示。

圖2 智能變電站的合并單元上下層聯(lián)系框架

2.3 智能終端

智能終端是智能變電站的所有設(shè)備控制終端系統(tǒng)，其主要與一次設(shè)備采用的電纜連接，與保護(hù)、測(cè)控等二次設(shè)備采用的光纖連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的計(jì)算、分析、控制等功能。智能變電站中的智能終端系統(tǒng)接受互感器、合并單元系統(tǒng)、保護(hù)/測(cè)控裝置發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，智能終端設(shè)備對(duì)各種電壓、電流、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)化分析，分析后的結(jié)果提供給變電站的管理人員，為其提供決策輔助或依據(jù)。其在人為的操控指令下或提前輸入的數(shù)據(jù)方案下，智能終端系統(tǒng)會(huì)將二次操作指令通過(guò)電路傳回給保護(hù)/測(cè)控裝置、合并單元系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種電路設(shè)備的智能化控制，達(dá)到整個(gè)變電站自動(dòng)化、智能化運(yùn)轉(zhuǎn)目的[4]。

3 智能變電站繼電保護(hù)全過(guò)程管理內(nèi)容及其方法

智能變電站繼電保護(hù)全過(guò)程管理的本質(zhì)就是對(duì)整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的管理，其涵蓋了繼電保護(hù)裝置本身的管理，以及合并單元系統(tǒng)、智能終端的管理，同時(shí)也涉及到軟壓板管理與繼電保護(hù)系統(tǒng)的二次巡檢、安全防護(hù)系統(tǒng)維護(hù)等工作，其管理原則遵循著全面性、系統(tǒng)化。

3.1 繼電保護(hù)裝置本體的管理

基于上文分析可知，繼電保護(hù)裝置一般由過(guò)電流保護(hù)裝置、電流速斷保護(hù)裝置、差動(dòng)保護(hù)裝置、單相接地保護(hù)裝置及報(bào)警器等裝置共同組成。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，對(duì)繼電保護(hù)裝置的管理，主要集中在各類裝置質(zhì)量管理、裝置運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)上，例如：其一，嚴(yán)格把控好繼電保護(hù)裝置的型號(hào)、安裝方式。智能變電站安裝電流保護(hù)裝置、電流速斷保護(hù)裝置等設(shè)備時(shí)，對(duì)設(shè)備的廠家、產(chǎn)品批號(hào)、生產(chǎn)日期等進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保智能變電站安裝的各類繼電保護(hù)裝置符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。安裝方法上，應(yīng)將繼電保護(hù)裝置安裝在互感器、合并單元系統(tǒng)的下端，同時(shí)以串聯(lián)方式呈現(xiàn)，以確保繼電保護(hù)裝置本體能夠正常接受電網(wǎng)傳輸?shù)碾妷?、電流信?hào)，能夠根據(jù)電壓、電流信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)裝置本體功能生效[5]。其二，嚴(yán)密觀測(cè)繼電保護(hù)裝置的插件狀況，為了確保智能變電站的智能終端運(yùn)轉(zhuǎn)需要，目前繼電保護(hù)裝置中增加了各種插件，其目的就是支持繼電保護(hù)裝置在智能終端系統(tǒng)影響下發(fā)揮出電壓、電流的自動(dòng)化檢測(cè)與管理作用。結(jié)合實(shí)際工作情況來(lái)看，繼電保護(hù)裝置的各類插件容易因高溫、材質(zhì)本身問(wèn)題而老化，進(jìn)而出現(xiàn)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。因此，管理人員應(yīng)采用相應(yīng)的設(shè)備儀器，定期對(duì)繼電保護(hù)裝置的各種插件實(shí)施常態(tài)化檢測(cè)。在發(fā)現(xiàn)插件故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷變電站的電力系統(tǒng)，更換新的插件，防治插件進(jìn)一步損壞。其三，嚴(yán)格執(zhí)行《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置管理規(guī)定》的相關(guān)要求，對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行常態(tài)化檢修、保養(yǎng)，同時(shí)做好檢修、保養(yǎng)記錄，檢修過(guò)程中對(duì)于發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)停止相應(yīng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)切斷關(guān)聯(lián)的線路，盡快更換與維修設(shè)備，確保繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行[6]。

3.2 SCD配置文件的管理

從SCD 配置文件信息產(chǎn)生源頭來(lái)講，它是互感器設(shè)備模擬電壓、電流后，將生成的模擬量或數(shù)字報(bào)文上傳至合并單元系統(tǒng)的結(jié)果，其生成的數(shù)據(jù)信息直接為繼電保護(hù)裝置提供了信息源，便于智能終端對(duì)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)化控制。因此，對(duì)SCD 配置文件的管理，也是對(duì)互感器、合并單元系統(tǒng)、智能終端數(shù)據(jù)的集中化管控[7]。目前，我國(guó)電力行業(yè)，主要將SCD 文件的把控分為兩部分，一部分是文件本身正確性把控，另一部分是文件執(zhí)行結(jié)果正確性把控。其中，文件本身正確性把控，可采取試驗(yàn)驗(yàn)證和離線可視化審查的方式實(shí)現(xiàn)，比如：在智能終端調(diào)出互感器生成的歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)歷史模擬量與數(shù)字報(bào)文進(jìn)行分析。然后對(duì)現(xiàn)階段下的SCD 配置文件信息進(jìn)行匯總，將兩者進(jìn)行比對(duì)，若出現(xiàn)SCD 配置文件數(shù)據(jù)偏離模擬量或數(shù)字報(bào)文信息參數(shù)的情況，預(yù)示著SCD配置文件出現(xiàn)信息差異，需要對(duì)SCD 文件版本信息進(jìn)行修改，使其符合原有參數(shù)要求。文件執(zhí)行結(jié)果正確性把控上，其目前只能通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，沒(méi)有有效的離線審查手段。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法包括四個(gè)基本步驟，一是過(guò)程層關(guān)鍵信息提取；二是虛擬二次回路變動(dòng)二級(jí)校核；三是虛擬二次回路可視化檢查；四是建立 SCD 文件修改的監(jiān)督批準(zhǔn)機(jī)制。通過(guò)對(duì)文件執(zhí)行結(jié)果的正確性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)SCD 配置文件信息的正確率，確保其符合相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)[8]。

3.3 軟壓板的管理

軟壓板主要是繼電保護(hù)裝置的某個(gè)投退功能的保護(hù)、控制系統(tǒng)，通常以生成的既定控制代碼呈現(xiàn)。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中，軟壓板處于合并單元組。管理人員對(duì)合并單元組的管理重心就是對(duì)軟壓板的功能維護(hù)，以確保軟壓板能夠支撐整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。其管理方法集中在三個(gè)方面：一是通過(guò)軟壓板對(duì)整個(gè)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行常態(tài)化處理與記錄。其中，當(dāng)軟壓板連接的繼電保護(hù)裝置終端顯示Ⅲ類狀態(tài)信號(hào)時(shí)，管理人員需對(duì)變電站的電壓、電流負(fù)荷進(jìn)行檢查，確定電壓、電流負(fù)荷在既定的標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，一旦偏離標(biāo)準(zhǔn)值，則需要根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)用戶情況，進(jìn)行電能重新分配，以避免某個(gè)合并單元的電壓、電流負(fù)荷過(guò)大，引起整個(gè)變電站供電設(shè)備的異常甚至安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。當(dāng)軟壓板連接的繼電保護(hù)裝置終端提示“母差保護(hù)開(kāi)入變位”信號(hào)時(shí)，管理人員應(yīng)檢查供電設(shè)備，同時(shí)對(duì)異常供電設(shè)備實(shí)施維修。二是開(kāi)展專項(xiàng)安全檢查，對(duì)軟壓板運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、保養(yǎng)、維護(hù)，建議變電站的相關(guān)管理人員，每個(gè)月應(yīng)至少對(duì)軟壓板的既定保護(hù)值與運(yùn)轉(zhuǎn)狀況檢查1～2 次，對(duì)軟壓板的既定保護(hù)值檢查上，主要根據(jù)原有的保護(hù)參數(shù)，檢查軟壓板的運(yùn)行參數(shù)是否發(fā)生改變，確保軟壓板的既定參數(shù)符合整個(gè)繼電保護(hù)裝置的控制指標(biāo)范疇。在發(fā)現(xiàn)軟壓板定值和狀態(tài)偏離原始設(shè)定范圍時(shí)，應(yīng)對(duì)其參數(shù)重新調(diào)整。三是通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)軟壓板低層邏輯的監(jiān)控，比如：借助變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)，對(duì)軟壓板的底層邏輯進(jìn)行建立，使軟壓板的運(yùn)行狀態(tài)能夠在信息平臺(tái)端呈現(xiàn)出來(lái)。管理人員通過(guò)信息平臺(tái)，定期對(duì)軟壓板的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察、分析，若軟壓板的運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，信息系統(tǒng)平臺(tái)會(huì)發(fā)出報(bào)警或提示功能，管理人員根據(jù)軟壓板的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變或故障情況，實(shí)施軟壓板故障解決與系統(tǒng)維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，繼電保護(hù)系統(tǒng)在智能變電站中起著電網(wǎng)安全保護(hù)作用。從智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)組成來(lái)講，繼電保護(hù)裝置、合并單元系統(tǒng)及智能終端是繼電保護(hù)的重要組成，尤其是繼電保護(hù)裝置在整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)中發(fā)揮著主體性作用，其不僅承擔(dān)著接受電路信號(hào)、分析電壓或電流數(shù)據(jù)的作用，還發(fā)揮著電壓與電流檢測(cè)、報(bào)警、自動(dòng)控制的作用。基于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)組成，對(duì)繼電保護(hù)全過(guò)程管理就需要瞄準(zhǔn)至繼電保護(hù)裝置的本體管理上，同時(shí)注重SCD 配置文件的管理、軟壓板管理等等，通過(guò)采取相關(guān)的管理標(biāo)準(zhǔn)，啟動(dòng)管理計(jì)劃，確保繼電保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行，有效監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)智能變電站，為地方電網(wǎng)用戶提供用電安全。