数字化继电保护在智能变电站中的应用研究

程诚

摘要：随着我国经济的不断发展，智能电网建设程度也日益加深，逐渐涌现出更多智能变电站。文章首先对数字化继电保护的研究背景和意义进行了分析，然后对数字化继电保护的相关理论知识进行了阐述，对数字化继电保护的装置进行了介绍，最后与实际情况和使用原则相结合，阐述了数字化继电保护在智能变电站中的运用。

关键词：数字化；继电保护；智能变电站；智能电网；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM77 文章编号：1009-2374（2015）35-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.023

目前，我国的智能变电站逐渐向数字化与自动化发展，规范性比较差，对系统运行的评估体系相对缺乏，对各设备运行的稳定性以及可靠性掌控不严，其中又以继电器保护为智能变电站应用的重点与难点。

1 研究目的

1.1 数字化继电保护在智能变电站中的应用背景

随着我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，我国的电力系统也在不断升级以适应新形势、新变化。变电站作为电力系统中的重要一环，在其中起到调整电压、分配电能的作用，因此，对变电站环节一旦发生故障，所造成的损失影响非常大。当前我国在智能电网技术以及相应的智能电气设备开发和推广上的研究不断深入，变电站在建设上也迈入数字化时代。另外，为了维护变电站的安全，国家也制定了相关的规范希望推动数字化继电保护系统的应用。所以，加强对数字化继电保护在智能变电站中的运用研究有着十分重要的意义。

1.2 数字化继电保护在智能变电站中的应用研究意义

变电站的数字化继电保护系统在提升变电站的经济效益和生产效率，推动电力系统的数字化建设，维护国家在农业、工业、商业以及人民生活的正常运行方面发挥着重要作用。因此，加强数字化继电保护在智能变电站中的研究，推动数字化继电保护系统在变电站的广泛应用有着重要的现实意义。

2 数字化继电保护及其自动化概述

2.1 概念及原理

继电保护是当电力系统有异常状况发生或者有设备故障的情况出现时，在继电保护系统的能力范围内以最快的速度和最小的选择区域时，自动向电力人员发出故障信号或将其中产生的故障设备排除，是一种依靠自动化降低事故损失度的保护措施。而数字继电保护则是以数字信号为依托来实现设备之间的相互通信与信息传递，可以说其所具有的数字化为最显著的特征，与传统的继电保护相比更加高效与便利。

2.2 数字化继电保护系统与传统微机保护系统的比较

2.2.1 简化了二次回路。数字化继电保护系统中的合并单元与电子互感器等配件相互配合，可以实时对测量值进行处理，将原有的非数字化信号转变为数字化信号，并在通信的过程中利用光纤而非传统的电缆进行数字信息传送。它与之前传统的微机保护系统相比，电缆的传送回路不同，可以将一次设备和二次设备进行有效隔离，明确清晰了现场的各个间隔，避免了不慎与电缆发生触碰、连接的事故的发生，更加安全高效。

2.2.2 加强了保护的可靠性。数字化继电保护系统中的电子式互感器无论是在绝缘性能上、线圈范围的广度上以及抗干扰能力上都比传统的微机保护系统更胜一筹，因此也就比传统的微机保护系统更能提高测量数据的准确性。光纤对于数字信号的传输方面也有保护作用。数字化继电保护系统中的智能操作箱取代常规断路器可以在过程层网络和保护装置的帮助下实现实时通信。

2.2.3 开放性和互操作性大大提升。数字化继电保护系统依照统一的IEC61850通信标准来运行，因此与数字化继电保护设备相关的生产供应商也都会基本生产统一设备型号，确保了设备的共享性，避免了设备在使用更换时发生不连续的情况，使成本得以节约，并使得在变电站的保护方面具有更大范围的开放性。

2.2.4 继电保护的自动化。在实际的工作中，如果电力系统由于种种原因出现短路的情况，要是想要及时地把这些信息发送出去，一定要保证继电保护设备的可靠性。在出现故障的时候，继电保护设备一般来说会出现拒动故障与误动故障两种情况。在电力系统发生故障的时候，继电保护设备没有及时行动起来，因而电气故障并没有及时地清除掉，这就是拒动故障。如果继电保护出现了一些比较严重的故障，那么电力系统就非常容易出现崩溃现象。继电保护设备的误动故障指的是其实电力系统是正常的，没有故障出现，继电保护设备受到其他因素的影响，继电保护发出错误的动作，这时候也会发生相应的利益损失。继电保护设备自动化装置主要就是对电力系统进行检测和对电力系统的运行参数进行控制。

3 智能变电站相关设备的保护装置

智能变电站要求有较高的装置配置，在线路保护、变压器保护以及母联保护方面都有很高的技术要求。

3.1 线路保护

智能变电站中的保护应当具有很强的综合性，将站内保护、监测与控制等功能紧密地结合在一起，以间隔具体情况单套设置。在进行线路保护时可以直接跳到断路器上以对设备运行的信息进行直接采样。保护监测装置被应用于线路间隔内，并且该装置除了Goose网以外，不会再与其他的设备装置之间发生信息传递，而剩下的均采用点对点的方式进行连接来传递数据。

3.2 变压器保护

首先，按照规范要求，变压器保护中分别采用主、后备保护一体化双套配置，无论是合并单元，还是智能终端的两侧都要采用主、后备保护一体化双套配置，间歇电流和中性点会分别并入对应侧；其次，直接采样的方式在保护时也会直接跳到两侧的断路器上。

3.3 母联保护

母联保护也就是分段保护。与线路保护相比，二者十分相似，但是在结构上，母联保护相对简单一些。此时的母联保护装置不需要具备数据交换的功能，只要进行直接采样、直接跳闸，因此它与合并单元和智能终端直接相连。对于智能变电站母线保护，可以选择用分布式设计相应装置，在进行设计时，每个间隔之间可以选择用独立母线保护方式。其中如果为110kV智能变电站母线保护设计，可以选择用分段保护方式，保护单元与合并单元进行连接，并且与智能终端连接，不利用网络来进行系统信息以及数据的交换，以此来直接完成对数据信息的采样与分析，另外，母联保护装置可以跨间隔实现信号的传递，最终实现跳闸动作。

4 智能变电站继电保护的原则

在实际的工作中，对于智能变电站继电保护技术的研究，必须要满足四个要求：（1）对于继电保护技术的应用，必须要具备可靠性、选择性、快速性以及灵敏性特点，提高继电保护的安全性，能够快速地针对电网运行中存在的故障进行分析，并迅速进行解决；（2）对于110kV及以上高电压级别变电站，如果双母线与单母线分段接线形式有特殊要求时，应该选择安装电子式电流电压互感器；（3）对于110kV及较低电压级别变电站在安装继电保护保护装置的时候，可以选择用集成安装的方式。其中，对于主变压器来说，应该对各侧合并单元进行冗余配置，剩余各间隔之间合并单元应进行单套配置；（4）要控制好继电保护与监控、调度之间关系，满足数字化以及远程控制变电站运行的要求，提高各级调度技术支持系统之间的联通性，进而保证电网能够安全、稳定、经济运行。

5 数字化继电保护系统在智能变电站中的应用

目前，变电站正迈入智能化时代，传统的继电保护也应与时俱进，以适应新变化新形势的发展。要想让数字化继电保护系统发挥出强大的作用，首先就要改进原有的继电保护设备，将电子式互感器取代传统的电磁式互感器，用光纤代替电缆并使用有智能单元的断路器。针对设备所发生的变化，采取下文的测试检验方法：（1）过去的方式是在保护装置中输入电压和电流的模拟量，而现在新的方式是被光纤数字信号所替代。而光纤数字信号要求采用有跨间隔数据要求，以尽量在不同间隔间发生数据传输时，避免发生传输时间的不同步的情况。一旦发生明显的时间不一致的情况，保护装置就不会达到正常的期望；（2）从传统的方式中可以看出，以前的变电站在继电保护方面大多使用接点直接跳闸。但是，GOOSE网目前在智能变电站得到了广泛的应用，在数字化继电保护中，数字信号也会通过GOOSE网等新的网络向智能终端传输，原有的实用节点直接跳闸此时会被取代，使系统的安全性和稳定性都得到了极大的保证，也方便了对以后的设备维修检查以及扩建；（3）当前智能变电站中的智能变电器则在原先的基础上增设优先级别，借助于GOOSE报文来实现数字信号的传递。在测试检验中，可利用整组传动实验对变电站保护装置输入和输出信号来进行检验，以确定输入输出信号的准确性和精确性；（4）与传统的继电保护系统相比，数字化继电保护系统是采用光纤数字信号的输入方式，因此数据同步性检验与测试十分有必要，例如对变压器差动保护进行测试检验和母差保护进行测试检验等，以确保数据的同步性；（5）光纤以太网在检验时主要是针对光收发器件的功率以及误码率来进行检验，从而保证其物理连接的准确性和可靠性。针对这一检验过程，数字化继电系统也采取的是现代化检验手段，通常依靠网络进行相关的检验。

6 结语

数字化继电保护系统对建设智能变电站所显示出的强大推动作用，已经得到了国家以及相关学者的研究及重视。在实际运行中，数字化变电站突显出节约土地和电缆，使内部监控网模块化、规范化、高效、稳定等诸多优点，为实现电力生产现代化提供了及时科学的网络信息和决策依据，对我国变电站的运行管理产生了深远影响。本文为数字化继电保护系统对于智能变电站的作用进行了研究，目的是为我国的智能变电站的未来发展提供参考。

参考文献

[1] 叶晓剑，侯晓春.全数字化继电保护在智能变电站中的应用[J].电源技术应用，2012，（12）.

[2] 徐菊琴.继电保护状态检修技术的发展及其应用探讨[J].电网技术，2011，（9）.

（责任编辑：陈 洁）