智能變電站中的二次繼電保護(hù)技術(shù)分析

廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司來(lái)賓供電局 盧秋晨

相較于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站能夠引入智能化、數(shù)字化的技術(shù)代替人工完成一些復(fù)雜繁瑣的工作，在提高變電站運(yùn)行效率的同時(shí)也能夠保障變電站的運(yùn)行安全。二次繼電保護(hù)技術(shù)在變電站的建設(shè)發(fā)展中，能夠通過(guò)對(duì)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況的監(jiān)控，及時(shí)針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行中的異常情況進(jìn)行管控，降低電網(wǎng)運(yùn)行故障的發(fā)生概率，保障變電站及電網(wǎng)整體的運(yùn)行安全。因此，對(duì)智能變電站中應(yīng)用的二次繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析，對(duì)促進(jìn)二次繼電保護(hù)技術(shù)水平的提升和優(yōu)化具有積極意義[1]。

本公司管轄范圍內(nèi)的智能變電站，以220kV 電壓為前提，在變電站中配置主變本體智能終端能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器過(guò)載能力優(yōu)化調(diào)度端的負(fù)荷調(diào)節(jié)，滿足主變冷卻器智能控制的要求，以變頻冷卻風(fēng)機(jī)來(lái)保障智能變電站中各類電氣設(shè)備設(shè)施的應(yīng)用安全。在該變電站的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，能夠基于ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)滿足無(wú)線傳輸?shù)男枨?。全站主要?20kV 電力線上安裝互感器設(shè)備，依賴SCADA 數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)部電力系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和巡檢。

1 二次繼電保護(hù)技術(shù)類型

基于智能變電站體現(xiàn)的智能化特點(diǎn)和應(yīng)用要求，在保障智能變電站運(yùn)行安全和效率的過(guò)程中，應(yīng)用的二次繼電保護(hù)技術(shù)主要包括以下幾種類型。

智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警技術(shù)。對(duì)智能變電站進(jìn)行二次繼電保護(hù)，重點(diǎn)要求加強(qiáng)對(duì)變電站運(yùn)行中各類異常情況的關(guān)注和重視，用以預(yù)防電力故障對(duì)變電站運(yùn)行造成的影響。在智能變電站中安裝智能化的監(jiān)控設(shè)備，搭配能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)信息傳遞共享的系統(tǒng)中心，確保實(shí)時(shí)監(jiān)控能夠覆蓋到智能變電站的整個(gè)范圍，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站實(shí)際運(yùn)行中的異常，進(jìn)而及時(shí)預(yù)警，便于工作人員對(duì)其進(jìn)行維護(hù)[2]。

智能整定與在線校核技術(shù)。整定計(jì)算是能夠檢驗(yàn)確定變電站應(yīng)用的繼電保護(hù)方式的重要依據(jù)，能夠有效協(xié)調(diào)保護(hù)與電力系統(tǒng)運(yùn)行之間的關(guān)系。整定計(jì)算涉及參數(shù)較多，重點(diǎn)圍繞智能變電站運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)故障情況的設(shè)施設(shè)備運(yùn)行中的電流、電壓等參數(shù)變化情況進(jìn)行計(jì)算分析。這一過(guò)程中具有代表性的整定計(jì)算公式如下代表對(duì)電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算，式中：Idzj代表繼電器動(dòng)作電流；Kk代表可靠系數(shù)；Kjx代表接線系數(shù)；I(3)dmax2代表變壓器二次最大三相短路電流；Ki代表電流互感器變比；Ku代表變壓器變比。

在推動(dòng)整定計(jì)算的智能化發(fā)展時(shí)，應(yīng)能夠?qū)⑦@些用于整定計(jì)算的公式理論與智能化的系統(tǒng)運(yùn)行程序結(jié)合起來(lái)，提升整定計(jì)算的效率和準(zhǔn)確性。在線校核則能夠?qū)φㄓ?jì)算的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其符合復(fù)雜的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；谥悄芑睦砟顏?lái)提升整定與校核的準(zhǔn)確性，能夠?yàn)橹悄茏冸娬镜倪\(yùn)行提供有力保障。

自適應(yīng)繼電保護(hù)技術(shù)。在智能變電站中應(yīng)用該技術(shù)，主要借助機(jī)械化的自主排查方式和應(yīng)急反應(yīng)，應(yīng)對(duì)變電站運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種故障問(wèn)題。

2 基于實(shí)例的智能變電站二次繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

為進(jìn)一步探討二次繼電保護(hù)技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用情況，結(jié)合本公司管轄范圍內(nèi)的智能變電站運(yùn)行情況，圍繞其中體現(xiàn)的二次繼電保護(hù)技術(shù)內(nèi)容，考慮可以在智能變電站的運(yùn)行發(fā)展中通過(guò)以下幾方面措施來(lái)保證二次繼電保護(hù)的效果，從而提升智能變電站的建設(shè)與應(yīng)用水平。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)：智能整定與智能告警的融合應(yīng)用

基于智能變電站體現(xiàn)的智能化特點(diǎn)和技術(shù)應(yīng)用環(huán)境條件，以保證智能變電站的運(yùn)行安全為目的，可以將整定計(jì)算與監(jiān)測(cè)告警結(jié)合起來(lái)，以設(shè)計(jì)智能整定預(yù)警系統(tǒng)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站保護(hù)定值的在線整定與校核，同時(shí)能夠觸發(fā)預(yù)警，及時(shí)對(duì)變電站的相應(yīng)位置進(jìn)行維護(hù)[3]。

從這一方面來(lái)看，設(shè)計(jì)智能整定預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)考慮智能變電站的總體運(yùn)行情況，在智能變電站現(xiàn)有的整定計(jì)算與調(diào)動(dòng)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將傳感器、告警裝置等以系統(tǒng)軟件的形式作為子系統(tǒng)融合在該系統(tǒng)中。結(jié)合以往對(duì)智能變電站電網(wǎng)運(yùn)行情況處理的經(jīng)驗(yàn)，探索能夠?qū)⒅悄苷ㄓ?jì)算與智能告警功能結(jié)合起來(lái)的有效方法。在這一過(guò)程中，相關(guān)人員可以嘗試以引入先進(jìn)算法的方式，為促進(jìn)二者之間的融合提供技術(shù)方面的支持。以保障智能變電站的安全運(yùn)行為目的，要求在設(shè)計(jì)融合應(yīng)用的系統(tǒng)時(shí)，能夠?qū)⒃撓到y(tǒng)與變電站中應(yīng)用的智能調(diào)度系統(tǒng)、保護(hù)信息系統(tǒng)以設(shè)置安全防火墻的方式進(jìn)行隔離，確保融合系統(tǒng)中智能整定與智能告警功能的發(fā)揮。

依據(jù)以上思路，設(shè)計(jì)智能整定預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)接口服務(wù)器、并行計(jì)算服務(wù)器等硬件設(shè)施，以事先構(gòu)建的電網(wǎng)模型和參數(shù)為依據(jù)，確保智能整定預(yù)警系統(tǒng)能夠發(fā)揮整定計(jì)算和校核預(yù)警的功能。在明確智能整定預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路的前提下，也應(yīng)考慮預(yù)警信息在計(jì)算機(jī)中的呈現(xiàn)形式，以設(shè)計(jì)智能整定預(yù)警系統(tǒng)軟件的方式，讓整定計(jì)算得到的結(jié)果和預(yù)警信息都能夠以可視化的形式呈現(xiàn)在相關(guān)人員面前?；诖?，對(duì)智能整定預(yù)警系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，為將智能化的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)程序與變電站的整定計(jì)算方法流程結(jié)合起來(lái)，可以應(yīng)用分布式并行計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜短路電流參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算分析。

結(jié)合傳統(tǒng)線路整定理論公式及智能系統(tǒng)的運(yùn)行程度，分別對(duì)智能變電站與常規(guī)變電站短路電流進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

表1 短路電流計(jì)算結(jié)果

智能整定預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，要求圍繞主機(jī)調(diào)度、智能參與和異常切換三方面功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主機(jī)負(fù)責(zé)全局計(jì)算任務(wù)的分配，同時(shí)自身也參與到計(jì)算過(guò)程當(dāng)中；系統(tǒng)中的所有服務(wù)器能夠依據(jù)主機(jī)發(fā)布的任務(wù)來(lái)參與計(jì)算任務(wù)，也能夠獨(dú)立配置指定計(jì)算類型服務(wù)器；系統(tǒng)內(nèi)的任意機(jī)器設(shè)備都能夠在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換，將相應(yīng)任務(wù)轉(zhuǎn)移至其他正常服務(wù)器，用以保障智能變電站整體的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 構(gòu)建機(jī)制：二次繼電保護(hù)安全隔離機(jī)制應(yīng)用

安全隔離是智能變電站運(yùn)行檢修與維護(hù)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)和步驟，要求將待檢修的設(shè)備與運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備安全隔離。從二次繼電保護(hù)的角度，考慮以構(gòu)建二次安全策略機(jī)制的方式，用于提升智能變電站二次安全措施的應(yīng)用效果和水平。

構(gòu)建二次安全策略機(jī)制，要求圍繞智能變電站運(yùn)行中涉及到的危險(xiǎn)點(diǎn)。以變電站220kV 線路為例，在一次設(shè)備進(jìn)行停電檢修的過(guò)程中對(duì)線路保護(hù)間隔進(jìn)行校驗(yàn)，容易存在以下問(wèn)題影響設(shè)備安全運(yùn)行：在線路合并單元試驗(yàn)時(shí)，由于線路二次試驗(yàn)電壓反送一次側(cè)，使得線路出現(xiàn)二次反送電的情況；在線路保護(hù)電流通過(guò)對(duì)側(cè)線路保護(hù)光纖通道時(shí)，發(fā)送的啟動(dòng)遠(yuǎn)跳、檢測(cè)線路電流以及斷路器位置等信號(hào)都會(huì)送至對(duì)側(cè)線路保護(hù)位置；當(dāng)試驗(yàn)電流報(bào)文送至母線保護(hù)后，使得母線保護(hù)有差電流。

將二次安全措施融入運(yùn)行機(jī)制當(dāng)中，將以往變電站用于二次安全隔離的軟壓板機(jī)制、檢修機(jī)制的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)針對(duì)各類危險(xiǎn)點(diǎn)的安全隔離運(yùn)行機(jī)制如下：

在計(jì)算機(jī)中安裝安全隔離措施策略生成軟件，導(dǎo)入SCD 文件后獲取IED 之間的邏輯關(guān)系。在管理人員確定一次、二次相關(guān)設(shè)備劃定的檢修范圍后，可以直接由軟件依據(jù)IED 之間的邏輯關(guān)系對(duì)待檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備的隔離點(diǎn)位置進(jìn)行分析。該軟件在運(yùn)行中能夠嚴(yán)格遵循安全策略的規(guī)則，對(duì)用于安全隔離的軟壓板、硬壓板、光纖等的投入退出或者斷開(kāi)進(jìn)行判斷分析。在得到策略分析的結(jié)果后，還可以結(jié)合智能變電站所在地區(qū)對(duì)應(yīng)的安措模板格式，由系統(tǒng)直接給出安全措施票。將安全票中的文件信息導(dǎo)入到手持終端，可以由相關(guān)人員直接依據(jù)終端設(shè)備來(lái)達(dá)到對(duì)智能變電站相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線校核[4]。

2.3 規(guī)范定值：基于繼電保護(hù)定值的在線校核

在線校核通常伴隨智能變電站的整定計(jì)算進(jìn)行，基于二次繼電保護(hù)的要求，開(kāi)發(fā)建立在電網(wǎng)繼電保護(hù)定值基礎(chǔ)上的在線校核系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)定值性能的在線評(píng)估，以更準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果為提高智能變電站二次繼電保護(hù)的可靠性和控制風(fēng)險(xiǎn)提供支持。

從這一方面來(lái)看，以構(gòu)建在線校核系統(tǒng)的方式，以EMS 系統(tǒng)來(lái)發(fā)揮在線校核的作用，主要依據(jù)以下流程：在校核系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先依據(jù)輸入的參數(shù)信息，對(duì)EMS 信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行掃描，判斷數(shù)據(jù)庫(kù)中的EMS 數(shù)據(jù)是否更新。若已經(jīng)更新，則能夠借基于相關(guān)數(shù)據(jù)形成實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，進(jìn)行在線校核的計(jì)算，進(jìn)而對(duì)得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)未更新，則需要將其更新后再次投入數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行掃描。

在線校核具體包括對(duì)線路保護(hù)靈敏度、線路保護(hù)選擇性兩方面內(nèi)容。在校核系統(tǒng)運(yùn)行中涉及的校核計(jì)算公式如下：Klm=Idz/Icurr，式中：Idz代表保護(hù)動(dòng)作定值；Icurr代表保護(hù)所在線路末端發(fā)生接地故障時(shí)流過(guò)的最大零序電流；Klm代表線路靈敏度。

在線校核系統(tǒng)主要應(yīng)用單向傳輸策略，主要依賴在線校核系統(tǒng)服務(wù)器中安裝的FTP 服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該服務(wù)器可以為EMS 系統(tǒng)設(shè)置規(guī)范的用戶權(quán)限，以僅允許上傳和禁止下載文件的方式來(lái)保障數(shù)據(jù)的單向傳輸，這一過(guò)程中也可以通過(guò)設(shè)置防火墻的方式確保單向隔離。依據(jù)在線較合得到的數(shù)據(jù)，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)匹配、人工匹配以及人工選擇途徑等方式相互配合，保障校核結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。

2.4 順應(yīng)趨勢(shì)：自動(dòng)化在遠(yuǎn)程運(yùn)維中的體現(xiàn)

智能化技術(shù)區(qū)別于以往技術(shù)最大的特點(diǎn)，就是其能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的操作控制。對(duì)智能變電站而言，以遠(yuǎn)程運(yùn)維的方式來(lái)代替人工對(duì)變電站的各類設(shè)施設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行維護(hù)管理，不僅能夠有效保障作業(yè)人員的安全，也能夠提高運(yùn)維工作的實(shí)際開(kāi)展效率。

智能化技術(shù)所擁有的信息交互式傳遞、數(shù)據(jù)收集精確性以及處理方式的科學(xué)性，為實(shí)現(xiàn)智能變電站的遠(yuǎn)程運(yùn)維提供了技術(shù)方面的有效支持。變電站應(yīng)能夠順應(yīng)智能化的發(fā)展趨勢(shì)，基于實(shí)現(xiàn)變電站遠(yuǎn)程運(yùn)維的要求，以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部各類設(shè)施設(shè)備的自動(dòng)化控制，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維奠定良好的環(huán)境基礎(chǔ)。在這一過(guò)程中，應(yīng)用二次繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)側(cè)重于設(shè)施設(shè)備的保護(hù)功能和系統(tǒng)運(yùn)行的安全效果，考慮不同變電站之間的差異，科學(xué)選擇能夠應(yīng)用的繼電保護(hù)技術(shù)措施[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

二次繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升智能變電站的總體運(yùn)行效果。結(jié)合當(dāng)前智能變電站運(yùn)行的實(shí)際情況，為發(fā)揮二次繼電保護(hù)技術(shù)的作用，應(yīng)能夠充分結(jié)合智能化的發(fā)展趨勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站整體運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理為主要目標(biāo)，將以往用于變電站的監(jiān)控與管理維護(hù)工作結(jié)合起來(lái)，嚴(yán)格遵循技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作要求，加強(qiáng)對(duì)智能變電站運(yùn)行情況的有效維護(hù)和管理，提高智能變電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。