智能化变电站继电保护技术的发展研究

高鹏

（铜陵学院， 安徽 铜陵 244000）

智能化变电站继电保护技术的发展研究

高鹏

（铜陵学院， 安徽 铜陵 244000）

随着社会的不断发展，人们对于电力的需求不断增加.为了满足日益增长的需求，智能化变电站应运而生，并不断进步.在智能化变电站中，继电保护技术发挥了重要作用，为变电站供电的可靠性提供了最大程度的保障.本文针对智能化变电站与传统变电站继电保护技术的比较、智能化变电站继电保护技术的发展做了简要分析.

智能化变电站；继电保护技术；发展

1 引言

随着科学技术的不断进步，近年来我国变电站已经在自动化、智能化方面实现了大幅度跨越.通过不断应用自动化系统和设备，有效地减少了建设费用，节约了成本.

在我国变电站中，继电保护技术是电力保护系统的重要组成部分.应用这一技术之后，智能化变电站的工作人员便能够通过信号或者相关的调试找到变电站的设置问题从而提供解决方案.另外这一技术也为智能化变电站的电力控制、装置保护和电路检修提供了很大帮助.

2 继电保护技术的发展

2.1 计算机化

从计算机诞生至今，计算机技术一直在不断发展，信息化技术与各行各业的联系越来越紧密，再加上硬件设施性能越来越高，将计算机技术应用于继电保护是水到渠成的事情.

一开始的数字化继电保护技术叫做微机保护，采用8位单中央处理器结构，后来的微机保护就采用多中央处理器机构，而现在的智能化继电保护技术采用总线微机保护，性能得到了很大提升，同时应用范围也在不断扩大.

同时，智能化变电站对于微机保护的要求也越来越高，除了要实现基本的保护基础功能，同时还要保证其能够存放较大数量的数据与故障信息.另外还要能够实现及时处理功能，增强其与其他保护、控制装置、调度网络的通信能力，共享相关数据、信息、资源.

由以上可以看出，继电保护装置由电子化逐渐向计算机化方向发展，并且这种发展会一直持续下去.

2.2 网络化

当今社会，网络已经成为数据、信息传递的主要媒介，逐渐成为信息时代发展的技术支柱.同时，其对相关工业领域的影响也在不断加深，可以为相关工业领域的运行提供可靠的通信方式.

传统的继电保护装置不但可以进行差动保护和纵联保护，还可以切除发生故障的元件，尽可能减小故障的影响范围.经过不断运行与实践，对于继电保护装置的要求不断提高.现在，变电站不但要求继电保护装置能够实现传统装置的所有功能，还应该对整个电力系统运行的可靠性与安全性进行更有力的保障，也就是要求每一个保护单元都可以共享系统运行的状态和故障信息数据.不仅如此，每一个保护单元还应该可以再分析、处理这些数据并与重合闸装置进行协调工作，从而保证电力系统能够可靠、安全运行.

由以上要求可以看出，如果要达成这个目标，基于计算机网络的连接必不可少，即必须实现继电保护的网络化.实现继电保护的网络化，有很多重要意义：继电保护装置能够获得并保存越来越多的故障信息，经过分析后，可以对具体的故障位置和性质进行准确判断，甚至能够准确检测故障的距离.如果要达到这种对故障情况和系统运行方式自适应的目标，一定要获得足够多的故障信息以及系统运行情况来作为原始资料，通过继电保护装置的网络化，可以有效达到这一目标.因此，继电保护装置的网络化能够大大增强保护性能和装置的可靠性，从而保证智能化变电站的持续、高效运行.

2.3 保护、测量、控制、数据通信一体化

在实现了计算机化和网络化之后，继电保护装置就成为了一台有多种功能且性能良好的计算机，是整个智能化变电站系统运行的网络终端.其可以通过网络实时或者有目的地获取一些故障信息数据和系统的运行情况，同时也可以将相关信息或分析报告传送至网络控制中心或者其他相关的网络终端.这样一来，每一个部分的微机保护装置不但实现了继电保护装置的作用，同时在没有系统故障时还能实现控制、测量、数据通行等相关功能，即达到了保护、测量、控制、数据通信一体化的目标.

在实际应用中，为了有效实现这些要求，装置和装置之间都要围绕这一目标进行接线.按原始方法进行的话，就要把室外变电站的变压器、线路等相关设备的二次电流与电压用控制电缆接入主控室.这种接入方法需要更多投资，同时会增加二次回路的复杂程度.有一种简单的实现方式，可以将保护、测量、控制、数据通信一体化的保护装置安装在变电站需要保护设备的旁边，先将设备的电流与电压转换成数字量，再利用计算机网络传到主控室，这种实现方法不但有效减少了大量控制电缆的铺设，而且如果利用光纤作为网络传输介质，还可以有效避免电磁的影响.

2.4 智能化

近年来，人工智能技术，例如神经网络、进化规划、遗传算法等技术与智能化变电站的联系也越来越紧密.以神经网络在智能化变电站中的应用为例：

现实中有的问题非常复杂，要用传统数学方法求解的话，往往很难列出相应方程式，也就没有求解的可能，但是神经网络方式就能有效解决这种问题.当输电线两侧摆开相应的电势角度时，就会出现过渡电阻短路的情况，这种问题就属于非线性问题，没有办法准确计算出相应的保护距离，也就无法准确判断故障位置，这会导致出现拒动或误动现象.如果应用了神经网络方式，就可以对大量故障信息样本进行训练，只要样本集中，再对各种情况深入分析，就能够对相关故障进行准确判断.

在智能化变电站和继电保护装置中，应用人工智能技术能够攻克许多以前无法解决的问题，对于变电站系统运行的可靠性和安全性有很大的积极作用.

3 智能化变电站与传统变电站继电保护技术比较

3.1 站控网络方式

传统变电站站控网络主要将继电保护、测控装置、传统互感器、一次设备等单元通过二次线缆进行连接，数据的采集传输通过电信号完成.

而智能化变电站利用了大量新技术，例如智能化技术、光纤传输技术，并将智能化互感器、开关等智能化一次设备和网络化二次设备按照过程层、间隔层、站控层的方式进行构建.而数据的采集传输不再通过电信号完成，而是建立在统一的IEC61850通信规约基础之上.

3.2 继电保护装置

3.2.1 设计方面

传统变电站在设计继电保护装置时，将多个保护装置安装在不同、相应的保护柜上，用二次线缆根据功能不同将端子排、硬压板连接.

而智能化变电站的继电保护装置用 GOOSE网络连接方式取代了二次线缆.为了满足这种连接方式，装置的各个元件都要符合 GOOSE传输的规约要求.目前我国大多生产智能开关的厂商都用GOOSE作为主要的传输手段，用以太网方式连接，具有高度的统一性.

3.2.2 继电保护数据采集互感器技术

传统继电保护系统大多采用电磁式互感器，这种传统互感器有较多缺点：

(1)当电压等级较高时绝缘难度大，而普通情况下的绝缘效果也不理想.

(2)动态范围小，CT容易饱和，导致装置无法可靠识别故障现象.

(3)输出信号要转换成数字量，传输不便.

(4)CT开路会产生高压，对人身安全和设备安全都产生巨大安全危害.

(5)容易产生铁磁谐振.

而智能化变电站中使用的是电子式互感器，与传统电磁式互感器相比有许多优点：

(1)结缘结构简单、没有铁芯、体积小、重量低、造价低.

(2)动态范围宽、无饱和现象、线性度好、频带宽.

(3)无需二次配线连接，输出信号是数字量，直接传输.

(4)无铁磁谐振现象.

(5)安全性高、维护方便.

3.2.3 程序操作及功能实现

传统变电站的继电保护装置通过保护硬压板的投切完成投退，这样在操作时，必须要求一人操作，一人监护.而且定制修改也很麻烦，既费时又容易出现失误.另外传统继电保护装置采用点对点模式实现功能，每套保护都要通过二次电缆与其相关设备进行一一对应连接.

智能化变电站淘汰了硬压板，取而代之的是软压板，这样在保护投退时只须要在后台机上草错，而且同时能完成保护定值的修改，不但节省了人力和时间，而且更加安全.智能化继电保护装置的功能实现依靠智能控制终端，通过 GOOSE网络接收运行数据和命令数据的输出，与传统继电保护装置相比是巨大进步.

3.3 优缺点

通过智能化继电保护装置与传统继电保护装置应用效果的对比，可以看出传统继电保护装置有较多缺点：

(1)体积大，安装不方便.

(2)继电器触点较多，保护灵敏度不高，可靠性不强.

(3)如果要调试检修，为了安全，往往要停电进行，这样无疑会对正常生产造成影响.

(4)继电器元件寿命不长，线圈易老化.

(5)需要安装各种表来观察实时负荷，不但增大安装成本，而且保护功能不强，比较单一.

(6)无法实现远程控制和远程数据监控.

(7)如果继电器线圈短路，不到现场就无法发现，这样会造成时间的延误，也会造成额外的损害.

(8)继电保护装置直接与电气设备连接，如果遭受雷击就会直接报废.

(9)运行成本高，运行维护工作量大.

与之相比，智能化继电保护装置有诸多优点：

(1)通过电力逻辑运算实现保护功能，只要采集线路上的电流电压进行分析就能实现保护功能，接线难度大大降低.

(2)通过一组继电器动作就能完成保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口，可靠性很高.

(3)用计算机完成控制功能，保护措施都采用程序逻辑，这样可以随时修改保护参数，修改保护功能，不再需要重新调试.

(4)保护设备具有通讯功能，用户需要某种数据可以随时通过网络查看，从而可以进行集中调度.

(5)通过 CPU进行数据处理，大大加快了数据处理速度.

(6)保护装置使用光电隔离技术，采集上来的电信号统一转换为光信号，当有强电流攻击时，设备就能有效地保护自身.

(7)正常状态时只有程序在运行，而设备处于休眠状态，这样各个元器件的寿命会大大加长.

(8)可以记录每一次故障，为故障分析提供了详实的资料.

(9)用户界面更加简洁，易学、易用、便于维护.

4 小结

随着电网建设范围的不断扩大，智能化变电站的建设成为了其中最主要的内容.在变电站整体发展的基础上，还要加强对继电保护技术的研究，促进其发挥更大的效用，从而更好地确保智能化变电站的可靠性和安全性.

〔1〕罗轩.分析智能化变电站继电保护技术的发展[J].电源技术应用，2013(12).

〔2〕丛会鸾，许凯，陈思良.智能化变电站继电保护调试及应用分析[J].电工文摘，2013(5).

〔3〕陈志伟.分析智能化变电站与传统变电站继电保护的比较[J].科技风，2013(17).

TM77

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1673-260X（2014）08-0023-03