智能变电站继电保护的运行和维护技术研究

苏文远

摘 要：智能变电站是智能电网发展的主要节点，也是推动电网智能化的核心工作。本文结合智能变电站的主要结构，分析了其继电保护的技术要点，并在此基础上，结合智能变电站工作的实践经验，对智能变电站的继电保的运行和维护技术展开研究。

关键词：智能变电站；继电保护；运行；维护技术

引言：智能变电站技术是一门综合性、涉及多领域的技术，也是对电网发展理念的全面革新，给变电站继电保护的管理、运行和维护带来了新的技术问题，在智能变电站的众多二次设备中，以继电保护设备对安全性、可靠性、速动性的要求最高，因此，重视智能变电站的运行和维护，对推动我国电网建设“大运行”有重要意义。

一、智能变电站继电保护技术要点分析

（一）智能变电站的主要结构。如下图1为智能变电站的“三层两网”结构，智能变电站主要包括过程层、站控层、间隔层，以及站控层网、过程层网结构，具体结构如下：

图1：智能变电站的三层两网结构

（1）过程层。如上图所示，过程层主要包括开关设备、断路器、EVT、ECT等智能一次设备和相关的模拟量采集设备、相关组件，智能变电站继电保护从过程层获取开关量、模拟量等基本状态。（2）站控层。站控层是主要实现对变电站控制的管理层，它是变电站的控制中枢，执行变电站内时间控制、电力通信、系统对时、站域控制等功能，通过对全站保护和控制设备的状态采集和信息交换，实现对采集到的模拟量、开关量的逻辑判断，并根据逻辑判断的结果，输出跳闸或闭锁功能。（3）间隔层。间隔层是过程层和站控层之间的过渡层，间隔层设备主要是各类继电保护、安全自动装置、系统监控设备等，对间隔层中继电保护装置的研究，就是本文重点讨论的对象。

（二）智能变电站继电保护的技术优势。与传统的变电站系统相比，智能变电站的技术发展带动了整个电力系统的进步，引起了系统从一次设备到二次设备的巨大变革，可以将其对继电保护的影响总结为以下几点：

（1）智能变电站的继电保护在量值采集和逻辑判断方面，都基于全光纤通讯，比传统的变电站更加自动化和智能化，与之相适应，电力系统继电保护在测试方法、维护内容、测试周期等方面都要进行更新，构建智能变电站的新型运行和维护标准。（2）二次设备的模拟量、开关量采集更加网络化和智能化，通过合并单元、智能终端等设备，可以实现对二次回路信息的全采集和全监测，从而使得系统中提倡已久的状态检修成为可能。（3）智能变电站的重要特征之一，就是按照IEC61850标准实现对电力系统的统一建模，将大量的二次接线转化为对系统模型的建立和文件的配置工作。每个单独的智能变电站都有唯一的SCD和CID文件与之相对应，一旦变电站运行状态出现变化，必需对相应的文件进行修改。（4）继电保护行业处于不断的发展和技术革新中，智能变电站目前在我国还属于新生事物，IEC61850技术也处在日渐完善的过程中，目前业界对

IEC61850的理解还存在差异，有些细节还存在一定争议，这给智能变电站的运行和维护也带来一定挑战。

基于上文的分析，目前智能变电站试点工程虽然大幅度推广和建设，但在相关标准的完善、对技术规范的理解等方面，智能变电站的更大规模推广还面临一些需要解决的问题，因此，以智能变电站继电保护的运行和维护技术为切入点，对智能变电站的发展展开研究，具有重要的现实意义。

二、智能变电站运行维护技术研究

笔者结合智能变电站的工作实践，将智能变电站的运行和维护技术总结如下：

（一）正常运行时的系统维护。安全稳定运行是智能变电站的目标，在未出现任何异常时，变电站的运行以日常检修和维护为主，主要关注变电站内新增加的设备的运行情况，加强对新增设备的巡视和维护，排除可能出现的故障隐患。

1.继电保护装置的维护。智能变电站的继电保护与传统保护在开入开出采集、通信、全站协议方面都具有很大的不同，基于这种结构与实现方式的变化，在运行和维护时应该注重以下几个方面：

（1）为了预防异常现象或故障可能带来的设备信息丢失，

对智能变电站的保护和安全自动装置应该及时进行各种参数的备份，包括设备模型配置、参数设置等。对运行于室外的智能终端箱等设备，应该按照相应的温度控制设备，避免高温等恶劣环境可能带来的设备损坏。（2）智能变电站中，大量的光纤接线代替了二次电缆，因此，光纤网络的完好对变电站安全稳定运行具有重要意义。在日常运行时，应该定期检查保护的交流采样是否正确完好、光纤连接是否可靠接触良好、站内运行设备是否有告警信息等。对间隔层内的跨间隔设备，如数据集中器等还应该检查中间环节是否正确。

2.网络交换机和报文分析仪。智能变电站的运行中，主要涉及四种报文：MMS报文、GOOSE报文、对时NTP报文、PTP报文，智能变电站设备动作的正确与否，和网络运行报文是否正常密切相关，基于智能变电站对网络通信的依赖，对网络交换机和报文分析仪的维护应该高度重视。

（1）IEC61850 一致性测试，检查交换机等相关设备是否符合IEC61850要求的一致性是否符合相关的技术要求，检查交换机的型号、配置、参数是否与要求相符。（2）检查网络交换机的以太网端口设置、速率、镜像功能是否正常。确保交换机内部的生成树协议、VLAN 设置、网络流量与设计要求一致，监视交换机的冗余度和传输延时性能，确保交换机在各个方面的性能都能满足系统要求。

报文分析仪主要功能是对通信系统中的网络报文进行完全记录，一旦发生网络故障时，能够通过报文分析仪进行查询，起到第三方报文记录、报文监视等作用，还可以监视系统的网络数据与运行状态。在日常的维护中，应该重点关注报文分析仪的记录时间期限，其容量应该至少能够记录一个星期以内的全站报文，并具有完备的报文解析能力，能够帮助变电站运行人员简单、明了、直观的获取网络报文信息，从而对系统运行情况进行准确判断。

3 .智能化变电站监控系统。与传统变电站相比，智能变电站监控系统在规约方面，采用了DL/T 860 通信标准，在系统配置方面，采用了全站统一的 SCD 配置文件，并导入各装置的

CID 文件，在这些方面的变化是对智能化变电站监控系统的维护重点。

（1）应重点检查全站的 SCD 配置文件集成是否正确、各个设备的MMS数据集配置是否符合要求、站控层的GOOSE闭锁逻辑是否正确等，并在此基础上一一验证。同时还应关注各个设备的版本变化，加强对版本的管理。（2）在对程序化操作功能的检查方面，应要求智能变电站所有设备都满足单间隔、多间隔、保护功能投退等程序化操作的要求。（3）重视对智能变电站站控层功能的验证，对软压板控制、定值区切换控制及定值召唤等功能进行一一验证，并要求站控层的后台能够实时更新定值区与软压板的状态，能够实现满足无人站值班功能。

（二）异常情况下的系统维护。与正常运行情况相比，对异常情况的系统维护应该区别对待，如果是与常规站类似的异常情况，可以依照传统的处理方式，如果是智能站内的新设备和新情况，则应该结合新标准重点分析和处理。

（1）间隔合并单元故障。合并单元故障是目前智能变电站内最高发的故障，应该重点关注并进行原因分析。对于双套配置的间隔，当合并单元故障时，应立即退出本间隔与故障合并单元对应的保护出口压板，并退出与故障合并单元相应的母线保护装置；如果是单套配置的间隔，应立即申请相应的间隔单元开关退出运行。（2）智能终端故障。智能终端主要负责对开关设备的跳合闸，因此，一旦智能终端出现故障，可能会影响到变电站内设备的跳合闸，所以，必需立即退出该智能终端出口压板，防止因故障出现而导致的智能终端误跳闸。（3）交换机故障。应根据GOOSE网络图、监控网络图等资料，详细分析故障交换机可能造成的网络影响，如果过程层GOOSE网间隔交换机故障，影响本间隔交换机构成的GOOSE链路，应视为失去本交换机所连接的保护。（4）过程层GOOSE网公用交换机故障，可能影响母线保护、变压器保护、过负荷联切等公用设备，所以，应根据交换枧所处网络位置以及网络结构，确定其影响范围后，再酌情做出处理。

除了对异常设备及受影响设备采取运行处理措施外，还应该针对各种设备的异常现象，全面分析异常信号和正常信息，结合故障的实际情况进行诊断，以便迅速恢复异常设备，保障智能变电站的安全稳定运行。

结语：目前，智能变电站在我国发展迅速，已经具有大量的试点工程，在此基础上，应该积极研究智能变电站继电保护的运行和维护技术，在智能站的继电保护方面多积累了经验。智能化变电站运行和维护人员应该积极提升自身专业素养，学习电网运行新技术和新方法，从而全面提升智能变电站的继电保护运行和管理水平。

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