数字化变电站继电保护技术探究

李凯乐

（贵州电网公司安顺供电局，贵州 安顺 561000）

1 数字化变电站介绍

数字化变电站是指基于IEC 61850标准建立全站统一的数据模型和数据通信平台，实现站内一次设备智能化和二次设备网络化，以全站为对象统一配置保护和自动化功能的变电站。两次提到特点有:一次设备智能化；二次设备网络化；测量系统数字化；信号传输均由计算机通信技术实现；二次接线大为减少；良好的互操作性；数据易于共享；自动化水平高。

两次提到特点有也是六个方面：一是变电站传输和处理的信息全数字化。二是过程层设备智能化。三是统一的信息模型：数据模型、功能模型。四是统一的通信协议：数据无缝交换。五是高质量信息：可靠性、完整性、实时性。六是各种设备和功能共享统一的信息平台。

2 数字化变电站的意义

数字化变电站将会给我国变电站的运行和管理带来深远的影响，无论在技术方面还是经济方面，都具有重大的意义。

从技术方面来说，数字化变电站可以减少自动化设备数量，简化二次接线，提高系统的可靠性，减少设备的检修次数和检修时间，提高设备的使用效率；方便设备的维护和更新，减少投运时间，提高工作效率。此外，还极大地方便了变电站的扩建及自动化系统的扩充。

从经济方面来说，可以减少占地面积，从而减少建设投资，减少变电站寿命周期内的总体成本，包括初期建设成本和运行维护成本；实现信息在运行系统和其它支持系统之间的共享，减少重复建设和投资等。

3 数字化变电站继电保护技术

3.1 数字化变电站继电保护装置

数字化继电保护装置原理是利用电子互感器采集数据，数据在互感器内通过光纤利用光数字信号将数据传到低压端，在MU(合并单元)处理后，得出符合标准的数字量输出。数字化保护装置由光接收、开入、中央处理、出口四个单元以及人机和通信接口等。

随着继电保护装置的不断发展，电力系统在快速、可靠、选择和灵敏性上对继电保护技术提出了新的要求。

3.2 数字化变电站提高了继电保护的运行水平

经过多年的发展，国内微机保护在原理和技术上已相当成熟，处于国际领先水平。但是，仍然存在着一些问题：

（1）二次回路设计接线错误，电缆长，执行反事故措施不到位，电缆老化后接地，造成保护误动；（2）定值项多，控制字和跳闸矩阵设置错误；（3）变电站直流电源回路故障接地引发继电保护误跳闸；（4）由于有许多季节性负荷，备自投(备用电源自动投入)、低频低压减载压板等核查、切换工作量大，易出错；（5）CT特性恶化和特性不一致引起故障延迟切除和区外故障误动；（6）保护通道问题；（7）下雨引起瓦斯继电器接线盒进水，触点接通；（8）一些配电系统无母线差动保护、备自投等，上一级保护难起后备作用，造成事故扩大，供电中断等。

如果采用基于IEC 61850标准的数字化变电站技术，由于二次电缆少，在不增加硬件设备、不重复采集交流信息的前提下，将相应功能分散到各间隔保护单元中，实现了网络化母线保护、网络化备自投和网络化低频低压减载功能，可以基本消除以上限制继电保护运行水平继续提高的瓶颈。同时，保护定值、控制字简化，保护压板、按钮和把手大大减少，也可以显著减少运行维护人员的“三误”事故(误碰、误接线、误整定引起的事故)。

而对于装置缺陷，由于直接采用数字量，能真实反映系统一次电气量信息，装置可采用更先进的原理算法，其集成度可以更高，抗干扰能力大大增强，再加上在线监测、在线检修自动化，装置运行也将更加稳定。

3.3 数字化变电站对继电保护技术提出了新的挑战

目前，继电保护装置的微机化趋势充分利用了先进的半导体处理器技术：高速的运算能力、完善的存贮能力和各种优化算法，同时采用大规模集成电路和成熟的数据采集、模数转换、数字滤波和抗干扰等技术，因而系统响应速度、可靠性方面均有显著的提升。然而，数字化变电站的不断发展，对继电保护技术提出了新的挑战：

更高的继电保护性能。具体到电力继电保护设备来说，包括：电力状态参数的快速准确监测；系统很强的存储力，能更好地实现故障分量保护；先进、优化的自动控制、算法和技术，如自适应、状态预测、模糊控制及人工智能、神经网络等，确保更高的运行准确率；在满足当前继电保护功能和性能需求的条件下，以更低的整体系统成本(包括软硬件成本和开发成本)实现。

更好的系统软硬件的扩展能力。产品方案的可扩展性是当前很多嵌入式系统产品方案选型的一个重要考虑点，对于继电保护系统来说尤其如此。

更高的可靠性。可靠性除了系统软件设计的优化和调试外，体现在数字元件的特性不易受温度变化(宽的工作温度范围)、电源波动、使用年限的影响，不易受元件更换的影响；且自检和巡检能力强，可用软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。

3.4 数字化变电站中新兴继保技术的应用分析

3.4.1 智能化继电保护测试仪。随着推广与应用IEC 61850标准，智能化变电站的投入运行变得越来越普遍化，数字化测试设备在电力用户和制造厂中的需求呈上升趋势。DRT-802测试仪(许继研制)支持GOOSE收发、IEC 61850-9-1/9-2、开入开出及输出小信号模拟量，实现了数字化变电站对任意电压等级的继电保护装置测试。

3.4.2 全数字化变电站的动态仿真系统。具有数字化、信息化、自动化、互动化特点的数字化变电站，是建设智能电网的重要部分。国内目前不同模式的数字化变电站，因无法有效检测继电保护二次设备的性能，全数字化变电站的设备检查和监测功能无法实现。

全数字化变电站的动态仿真系统，研究数字化变电站的通讯组网途径与电子互感器的工作原理，开发出了全数字化变电站的动态仿真系统硬件，实现故障录波器与仿真系统软件开发人性化界面操作，检测了线路、变压器及母线保护的性能技术。仿真模拟全数字化变电站的操作演习、运行方式及事故状态得以实现，为继电保护设备、自动综合测控系统、故障录波设备、智能仪表等二次设备输出了仿真模拟的信号源；实现电网测控系统动态闭环测试，对提高电网稳定安全的运行，降低电网事故具有重大意义。

结语

数字化变电站快速建设对继电保护技术提出了更高的要求，这给继电保护的工作带来新的挑战。因此，建立一支强有力的继电保护队伍，提高保护人员技术水平和工作技能，结合辖区供用电实际情况，不断创新继保技术，确保电网安全稳定是我们的责任。

[1]高压电网继电保护原理与技术[J].电力系统自动化，2005-05-30.

[2]蒋宝中，马峰，蒋宁进.高低压柜继电保护[J].综合自动化装置，2011-03-09.