智能电站的继电保护发展前景

智能电站的继电保护发展前景

胡维才

（中国能源建设集团华北电力试验研究院有限公司天津300161）

摘要：随着我国电网建设技术的不断进步，为了解决传统变电站在信息操作等方面的缺点，已经实现了智能变电站在电网建设中的投入。特别是近年来倡导节能环保为主要发展方向的理念传播开来，智能变电站的重要技术已经成为发展电网建设不可取代的部分，也是实现可持续发展的重要技术。在智能电网技术的应用过程中，智能变电站可变换电压，控制电力流向。从我国信息技术的发展现状来看，智能变电站技术在我国电力自动化技术的发展过程中占据了较为重要的位置。本文分析了智能变电站和继电保护的内涵，阐述了智能变电站继电保护体系构建注意事项。

关键词：智能变电站；继电保护；分析

在智能变电站系统中，继电保护是通过触电继电器来运行和维护电站系统的重要环节。对电力系统运行过程中的输电变路、变压器、发电站以及运行元件等进行保护，因此成为继电保护。继电保护是电力系统中安全保障的研究对象，探讨智能变电站继电保护是保护电网是十分必要的。智能相对于传统而言是区别明显的，智能化体系结合了数字、信息、网络等先进的科技技术，在电网建设过程中以稳定、高效、节能、安全为目标。

一、智能变电站和继电保护的内涵

1、智能变电站内涵。顾名思义，既然是智能变电站，所以它是一种自动化、智能化的电网控制站。主要是运用现代网络技术，在此基础上充分地将信息采集、信息测量以及信息控制的一种模式。智能化变电站的特征在于：信息交互模式为网络化、信息应用为集成化、书籍采集模式为数字化。在互感器方面，由于传统变电站所采用的互感器为常规化设备，远不及智能化变电站所采用的互感器——电子式互感器。在采集和传输数字信号的过程中，主要是依靠高速以太网得以实现，进而可以实现一种自动化管控。

2、继电保护内涵。由于智能变电站的继电保护，跟传统的继电保护存在着不同，主要在间隔层和站控层结合的系统结构存在着差异性。而在智能型的变电站继电保护系统中，此种保护系统构成元件主要为同步时钟源、电子互感器，以及智能终端和网络接口，还包括合并单元和交换机等部分。在智能变电站中，系统会将所采集到的信息进行汇总并将这些汇总的信息向继电保护装置进行及时传递，当系统装置接受到装置以后，并进行一些动作：跳合闸等处理。

二、智能变电站继电保护特点

继电保护是保证智能变电站安全运行的重要防线，是保持变电站基础功能实现之外，对实现继电保护设备和信息交换之间的方式。在典型的智能变电中，通常使用变压器、断路器、互感器等配置，与光纤进行连接，将信息传输网络化。

首先，原来的输入保护装置被光数字信号取代，如保护装置中的电流、电压模拟量被合并。但是前提是要考虑到跨间隔数据要求的保护装置与不同间隔传输数据能够达到同步性。如果由于不确定性或者差距较大，就无法满足保护装置的要求。

其次，在同等设备的条件下，对原有的继电保护直接采用跳闸的方式，而智能变电站继电保护使用GOOSE网络系统，信号通过网络传输到智能终端后才出现跳闸，这样就增强了可靠性，对运行维修工作提高了安全性。变电站保护装置，输出信号是经过GOOSE协议下进行的网络传输。工作人员可以通过对整组进行传动试验，检验变电站保护装置中的输入和输出信号是否精确，能否进行实时传输。在对光纤使用的情况下，光纤数字电流、电压信号的输入方式是决定数据同步性的测试的保障。光纤主要以针对错误码率以及光收发器的功率设备进行检验，从而能够保证物理性质的连接的可靠性和准确性。合并单元的检验工作主要是验证能否及时将一次电流和电压信号进行准确传输，智能终端的检验看是否准确对设备控制、数据传输、报文保护等工作做出相应处理。

三、智能变电站继电保护的问题

1、智能变电站中的主要保护是电流速断保护，电流速断保护是在最大运行方式情况下利用系统线路的末端三相短路电流来进行整理规定的，但是由于其灵敏度大于1.2，因此要把动作电流值取得较小一点，特殊情况下比如是在线路较长，配电变压器较多时，即系统阻抗能力比较大的时候，动作点就要取更小的数值。如果在整定时不考虑给电流速断保护带来的影响，那么配电变压器投入时所产生的励磁涌流的起始值就会元超过无时限速断保护定值，进而造成系统故障后恢复送电时发生开关合上或运行过程中频繁跳闸的情况。

2、随着电力系统的不断发展，其规模的在不断的扩大，因此智能变电站电力系统中的短路电流也会随着发生变化，如果变电出口处或者是配电出口处发生短路，那么短路电流就会变大，甚至会达到普通额定电流的几百倍。在正常情况下，短路电流倍数越大，那么就会造成误差较大的电流互感器变比，进而就可能使灵敏度低的电流速断保护拒绝操作命令。

四、智能变电站继电保护体系构建注意事项

1、“三层两网”架构。所谓“三层两网”是的是站控层、间隔层、过程层三层，这三层构成了站控层网络和过程层网络。智能变电站中的继电保护站控层网络实现了数据采集、修改、传输等，过程层网络实现了开关、闭锁等信息采集，并以把这些信号传输到微机处理。“三层两网”是智能电站继电保护的基本构建，是继电保护实效性的重要性能。

2、继电保护的系统建模。继电保护的系统建模是建立在完整的IEC61850协议上的，IEC61850协议的出现实现了信息模型的构建，并确立了部分信息交换规则。在系统建模方面，IEC61850协议以继电保护的功能为分类，分出多个逻辑设备和逻辑节点，包括开关跳闸、保护采样等节点。与此同时，IEC61850协议还按照通信类型进行特定映射，并对数据进行覆盖式保护，拓展了数据类的方法。IEC61850协议是构建继电保护体系的必要成份，也是国际统一的协议，因此人们应当加大对IEC61850协议的数据保护，必须建立完善数据传输防火墙，提高网络数据保护指数。

3、构建数据帧传输。智能变电站继电保护技术在保护装置上摈弃了传统的专门采样、命令信号通道，使信号传输具有网络性。传统的继电保护技术在处理速率以及通道固定等方面不具备动态性，相比智能继电保护技术较为固定。而智能变电站继电保护技术实现了高速的数据采样、多控件信息获取，并实现了高速的网络交换和人机交换。当然，实现数据帧的传输必须建立在“三层两网”的架构之上，高速的网络传输也对继电保护有一定的约束，因此完善“三层两网”架构的构建是实现数据帧传输的重点工作。

4、完善模块化保护功能。与传统继电保护装置不同的是，智能变电站的继电保护技术实现了模块化的保护功能，完成了不同网络层的信息共享。智能变电站技术保护采用“分散”的保护技术，使继电保护不依赖于装置，而是取决于不同的网络性能，模块化保护使继电保护稳定性更高。

随着技术的革新、材料与工艺的应用，继电保护硬件设备的可靠性也大大的提高，智能变电站的继电保护是一场技术的革新与应用，它将给继电保护专业领域带来革命性的变化。随着智能电网建设的推进，相关研究的深入，继电保护也面向智能化、安全化、全面化方面发展，因此大力发展与运用此技术，可以为国家和人员作出最具有基础性和保障性的生活。

参考文献：

[1]张智锐，肖繁，焦邵麟．不同过程层网络结构的保护系统可靠性分析[J]．电力系统保护与控制，2013，41．

[2]王超，王慧芳，张弛．数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究[J]．电力系统保护与控制，2013，41（3）：8-13．

[3]张沛超，高翔．全数字化保护系统的可靠性及元件重要度分析[J]．中国电机工程学报，2013，28（1）：77—82．

[4]樊陈，倪益民，窦仁辉．智能变电站过程层组网方案分析[J]．电力系统自动化，2012，（18）．