数字化变电站继电保护优化配置研究

郭军慷

摘 要：变电站作为整个电力系统的重要组成部分，在我国社会经济快速发展和自动化技术不断进步的形势下逐渐向数字化或智能化转变，随之对数字化变电站安全运行质量提出更高的要求。而数字化变电站继电保护则是保证国家电网稳定运行的重要手段。文章就此主要研究了数字化变电站继电保护优化配置。

关键词：数字化变电站；继电保护；优化配置

国民经济发展、人们日常生活、国家安全等都离不开电力。近年来我国加大数字化变电站建设，不仅提高了设备运行自动化及工作效率，而且基本上保证了居民生活和工作用电。随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，对电力的需求大幅度增大，为了保证电网的安全、可靠运行，加强数字化变电站继电保护优化配置成为研究的重点。本文共分为两个部分，第一部分分析了数字化变电站的主要技术特点；第二部分重点研究了数字化变电站继电保护优化配置方案。

1 数字化变电站的主要技术特点

数字化变电站主要是以IEC61850为依据，由智能开关、电子互感器等智能一次设备及网络二次设备分层组成，在及时收集、反映电气信息，信息共享及网络通信等上有着至关重要的作用。与传统变电站相比，数字化变电站具有以下几点技术特征及优势：

第一，数据采集数字化。数字化变电站的重要内容之一就是利用数字化互感器收集电压、电流等电气数据信息，与传统互感器不同的是，数字化信息采集不仅可以将一次设备系统和二次设备系统有效的分离，而且可以直接把变电站二次系统设备（驱动功率低）与数字化接口连接，且收集的信息具有精度高、范围广等特点，为信息集成化利用打下良好的基础。

第二，系统采取的是分层分布方式。变电站一般分为站控层、间隔层及过程层（设备层）三个部分，其中站控层包括监控主机等，间隔层包括各种元件（测量元件、控制元件或继电保护元件），过程层主要包括电压互感器、隔离开关、变压器等诸多设备。数字化变电站采取分层分布式系统，具有以下几点优势：①不同功能的元件安置在不同电气设备上，避免因其中某一元件故障导致整个系统瘫痪。②单独装置均有CPU工作模式，可自动处理一些数据信息，减少主控制单元工作量。③该系统可在线巡检、故障诊断系统内各种装置或设备。④系统灵活性强，便于在线升级。

第三，采取紧凑化的系统结构。对于高压变电站来说，智能一次设备主要由测控装置、保护装置、故障录波等构成。对于数字化变电站来说，采取数字化传感器、数字化控制回路取代传统的继电保护装置；对于中低压变电站来说，利用开关柜把监控装置及保护装置有机集成化。在实现上述操作后，可以把断路器控制系统等设置在一次设备周围，便于操作。

此外，数字化变电站还具有信息建模标准化、信息交互网络化、信息应用集成化及设备检修状态化等技术特点。

2 数字化变电站继电保护优化配置方案

2.1 数字化保护性能改进方案

数字化保护装置主要采取的是电子式互感器、A/D转换插件等装置，充分利用数字化变电站统一数据平台快速、准确的收集电气信息或实现信息共享。同时测量、开关状态监视等功能可直接在保护装置中完成。为了充分发挥保护装置的作用，需在以下几个方面进一步改进。

第一，过程层分布式母线保护。母线在电力系统中有着不可或缺的作用，也是常见故障之一，主要与二次接线复杂、扩展性差等有关。分布式母线保护主要是利用现代网络技术、智能短路器等装置把母差保护中的复压闭锁元件给去掉，使母差保护逻辑简单化，间隔可独立保护母线。它主要包括间隔处理单元、中央处理单元及数据交换网络等几个部分。

第二，数字化的变压器保护。电子式电流互感器具有高频分量、高保真传变直流等特性，可根据励磁涌流出现时电流的大小（故障时电流的非周期分量小）判断是否故障，以防范变压器差动保护误动问题。此外，变压器保护装置过程层采取分布式，后备保护采取集中化安装，非电量保护另外单一安装，经由电缆直接将其引入断路器跳闸，再由光缆传输到网络。

第三，输电线路保护。对于过程层线路保护配置来说，主保护为纵联差动，后备保护安置在集中式保护装置中。若主接线为单断路器，则经由主保护的光纤通信口及对侧线路保护装置通信完成输电线路保护。对于3/2主接线来说，需利用电压及开关电流数据实现线路保护。若一些运行方式比较特殊则要引入电压量，且与主保护通信通道连接与电流量同步单独采样。

2.2 数字化变电站继电保护配置方案

第一，变电站继电保护配置常规方案。常规保护配置方案主要是根据不同对象采取不同的配置方式，线路保护、母线保护等保护逻辑原理改变情况不在考虑范围，而是考虑用数据采集光纤通信接口取代原有保护装置的交流量输入插件、GOOSE光纤通信接口代替I/O接口插件以及通信接口处理取代CPU插件模拟量处理，等等。通过上述改变实现单个元件保护，是当下数字化变电站继电保护常用的一种方案。

此外，在主变压器上各设置一个MU合并单元，对主变压器各侧电流、电压等及时的采集，并直接提供给电能表、主变压器差动保护、测控装置等多个设备。其中某些是合并单元直接提供（如主变压器差动保护），某些经交换机转换后提供（如测控装置）。同时10kv出线、电容器均要单独设置合并单元。此外，全部的保护测控装置除了要连接到GOOSE网采集开入信息等，还要接入到站控层，通过接收指令完成相关任务或信息上传。

变电站常规保护配置方案是当下很多变电站常用的一种方式，但它具有网络结构复杂、应用设备多等缺点，难以满足现代数字化或智能化变电站继电保护要求。

第二，变电站集成保护配置方案。随着数字化技术、自动化技术、通信技术的不断发展，智能化一次设备、网络化二次设备逐渐在变电站中应用越来越多，促进变电站内各设备间相互协作、信息共享，为变电站继电保护优化配置提出重要依据。数字化变电站继电保护优化配置方案遵循双重化配置原则，每一套保护系统均由主变压器、母线、电容器、测控及备自投等组成，且该系统不仅可以对变电站中所有电气设备进行继电保护，而且可以有效完成测控功能。两套系统保护原理一致，互为备用。这种继电保护配置方案具有使用设备少、网络结构简单、信息共享等优点。

变电站集成保护配置方案具体来说，就是所有主变压器上均安置一个MU合并单元，经由不同光纤连接到系统保护装置，10kv出线及电容器的接口经由合并单元的交换机与保护装置连接，且5回10kv出线及电容器的合并单元可用同一台交换机。开入开出由系统保护测控装置利用交换机经由GOOSE网与智能开关连接。

此外，还要加强数字化变电站继电保护测试技术建设，如全数字化变电站动态仿真系统等，提高继电保护等二次设备性能检测精确度，充分发挥继电保护等二次设备作用，保证电力系统稳定运行。

3 结束语

随着网络技术、自动化技术及数字化技术的不断发展，数字化变电站已成为当下变电站发展的必然趋势。数字化变电站继电保护作为整个电力系统的重要内容，在保证电网安全运行、供电可靠性上有着十分重要的意义。本文从过程层分布式母线保护、数字化的变压器保护、变电站继电保护配置常规方案、变电站集成保护配置方案等几个方面对继电保护优化配置展开了详细的探讨，旨在给相关人员提供一定的帮助。

参考文献

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