分析智能变电站技术及其对继电保护的影响

杨小敏 丁乾

【摘  要】通过构建智能变电站，合理的使用智能变电站技术，可以有效的提升继电保护系统的性能效果，同时还可以较好的维护好系统的稳定运行状态，使得电力系统的可靠性得到显著性的提升。本文主要就智能变电站技术以及其对于继电保护所造成的影响进行分析，掌握好该项技术的使用要点，做好机电保护数据信息的维护工作，挖掘该技术的实际使用价值，完善系统调试维护工作内容。

【关键词】智能变电站;继电保护;数据采集;系统调试

引言

当前，我国信息化技术的发展速度极快，其技术的应用范围也在逐渐的扩展，智能变电站技术是信息化技术发展的衍生物，该项技术和传统的电力技术进行比较，其技术的使用可以极大程度的提升总体电力系统管理工作开展的效率以及质量，同时还会保障系统使用的安全状态。机电保护系统是变电站当中的核心构件，随着变电站智能化水平的提高，机电保护的主变线路以及相对应的保护配置方式都产生了很大的转变，且继电保护数据传输也产生了变革，需要借助该项技术，提升继电保护的可靠程度。

1智能变电站继电保护架构体系

智能变电站和传统的变电站进行对比，智能变电站继电保护主要使用的是以过程层网络为主的一类架构，就IEC 61850为通信标准，其可以大致划分成为以下几个层面。

1.1智能变电站继电保护“三層两网”架构

智能变电站就功能进行逻辑上的划分，可以将其分成三层，其分别是站控、间隔以及过程三层。站控层网络主要是用来整定值的召唤处理，将一些文件及时的传送。过程层网络主要是收集整合跳闸等各类的信号数据，其层的可靠性以及实时性较为关键，其层是智能变电站继电保护的关键性性能。

1.2IEC 61850标准体系

IEC 61850标准是目前我国智能变电站继电保护网络和通信所需要遵守的一类关键性原则。就模型层面上分析，传统的机电保护装置性能为基准，划分逻辑设备。一个实体设备可以涵盖较多的逻辑设备，用基本功能单元去整合逻辑节点，在通信协议内容上，要以通信的服务类别为基准，正确的映射出特定化的通信协议，让其传输层以及网络层的协议可以达到实时性的标准。就数据层面积上分析，IEC 61850进一步的把继电保护数据信息进行分类化的处理，用其数据来覆盖上现有的使用数据信息，让其数据类型的方式变得更加的丰富。

1.3数据帧传输的运行机制

在传统的变电站当中，继电保护装置会安装专门化的采样以及命令信号的渠道，处理速率以及通道固定时共同组成传输延时。但是在智能变电站继电保护当中，其开关状态量等都是以太网的数据帧形式进行传输的，会借助光纤等各类的介质，执行好通信的目的，避免其保护运行过于依赖过程层的网络，较好的去约束继电保护，调整好调度的各类策略，完善网络规划设计工作内容。

1.4模块化的保护功能组织形态

智能变电站和传统变电站的继电保护组织形态有着极为明显性的差异，在智能变电站当中，其继电保护的功能模块化的组织形式会更加的灵活，其主要是以集中以及分散的保护形式为基准，其对于设备以及装置等的需求依赖性会比较差。该种灵活性的组态，会较好的存于保护装置内，让其供给热备使用。

1.5高精度全网统一的网络同步对时系统

传统变电站继电保护采用IRIG-B码或者光纤方式对时同步。而智能变电站网络化运行模式下，IRIG-B码或者光纤直连方式不能满足继电保护应用需求，因为：（1）两种传统对时方式需要专门的传输通道，与智能变电站网络化共享信息与资源的发展趋势相悖;（2）IRIG-B码对时同步是单向放射性对时系统，可靠性不足，易受链路状态影响。智能变电站继电保护需要高精度全网统一网络对时方式，一方面既能充分发挥网络对时方式灵活的特点，另一方面又能利用通信网络冗余高可靠性与实时监测的优势。

2智能变电站技术对继电保护的数据信息及保护原理的影响

站在继电保护数据信息链条的视角，与传统的变电站自动化技术相比，智能变电站技术给继电保护带来的影响主要体现在以下三个方面。（1）电子式互感器取代电磁式互感器，继电保护的源数据性质发生变化。一方面，传统的针对电磁互感器传变特性设计的一些算法及其整定原则需要重新评估和优化;而电子式互感器采样就地数字化可能造成的数据同步、延迟等新问题对继电保护的影响也需要深入评估;另一方面，电子式互感器在线性度、频带宽度、响应速度等方面的优势，可能产生继电保护的新原理和新算法。（2）二次信息的网络传输取代二次电缆硬连接，继电保护数据的传输方式发生变化。一方面，二次信息的网络传输为不同间隔设备的信息共享奠定了基础，使得跨间隔保护的实现变得简便、灵活，更使得保护功能的跨间隔甚至跨站集中实现成为可能，从而产生新的保护原理和新的实现方式;另一方面，由网络化传输带来的保护数据的实时性与可靠性备受关注，如何处理即使是极小概率的数据丢包、误码、延迟等问题给继电保护的实现机制、原理与算法提出了新的课题。（3）基于IEC61850的二次信息统一建模，继电保护数据的处理和利用方式发生变化。一方面，IEC61850的推广应用，实现了不同设备之间的互联、互通、互操作甚至是互换，为二次信息与IED设备及应用的分离，实现数据源唯一性奠定了基础;另一方面，海量数据的存储与信息挖掘、保护功能的动态迁移和组态、（后备）保护配置和双重化等都将带来一系列新保护原理与保护组织形态。

3智能变电站技术对继电保护实现机制与架构体系的影响

站在继电保护实现机制、架构体系的视角，与传统的变电站自动化技术相比，智能变电站技术给继电保护带来的影响主要体现在以下个方面。

3.1网络化数据交换突破了传统继电保护采样—计算—出口一体化的模式

保护对象、数据信息与保护装置不再绑定，使得基于数据库的数据动态实时存储与调用、面向不同保护功能应用乃至不同二次系统的统一数据管理成为可能，将大大降低保护装置等IED设备与过程层网络交互的要求和规约复杂性，也为保护功能的迁移、组态及跨站的广域保护实现提供了统一数据信息交换平台。

3.2网络化数据交换以及交换机的智能化突破了二次回路不可测控的瓶颈

过程层网络是IEC61850标准新引入的概念，是智能变电站特有的网络，突破了传统二次电缆回路不可测不可控，对继电保护可靠性影响大的瓶颈。通过对交换机的智能化、IED化，使过程层网络数据交换可测、可预警、可控，使得继电保护能够实时掌握二次网络及数据可靠性状态，并采取相应的应对策略，将大大提升智能变电站继电保护的可靠性水平。

3.3对等信息交互模式突破了继电保护运行管理以保护装置为中心的模式

传统继电保护装置在实现基本保护功能的同时，还承担了诸如定值管理等运行管理功能，目前继电保护管理信息系统要获得保护对象的信息需要通过相应的保护装置，不可避免地形成了一系列的信息孤岛。而智能变电站技术提供了P2P的信息对等交互模式，保护对象的信息不再必须与保护装置绑定，通过建立变电站统一数据中心等新架构可以实现更大程度更高层次的信息共享。

3.4过程层统一突破了不同二次系统专业壁垒

传统变电站自动化各二次系统之间存在数据采集环节冗余，各子系统的功能重复配置，装置间缺乏整体协调优化，系统扩展复杂等问题，形成了各二次系统之间的专业壁垒。而智能变电站技术的统一数据采集保证了数据源的统一，为二次系统不同应用的数据集成打破二次专业壁垒提供了可能，进而建立以继电保护为核心的二次专业新机制与架构体系恰逢时机。

4智能变电站技术对继电保护的设计、调试与运维的影响

站在智能变电站的设计、调试、运维的全生命周期链条的视角，与传统的变电站自动化技术相比，智能变电站技术给继电保护带来的影响主要体现在以下四个方面。（1）智能变电站的继电保护构成形态和运行模式发生了很大变化，继电保护的测试方法、项目、周期等继电保护运维技术标准与规范的研究与编制严重滞后。（2）二次信息的网络化传输使得继电保护二次回路可以监测，使得继电保护设备状态检修成为可能。（3）基于IEC61850的统一建模，使得变电站所有设备的建模一体化（集中体现为变电站的SCD文件和IED设备的CID文件），当面临变电站扩建、设备变更等需求时，如何动态修改配置SCD文件及CID文件是目前所有已投运的智能变电站遇到的难题。（4）目前IEC61850及智能变电站技术仍然处于发展变化阶段，由于对IEC61850的理解差异性以及扩展定义的不规范性，给智能变电站设计、调试与运维带来挑战，而继电保护专业正是其中的重点和难点。目前大多数的智能变电站试点都需要业主、设计院、集成商、设备厂家、调试单位反复协调，不断修改方案。而变电站投入运行后，运行单位往往难以摆脱对调试单位和厂家的依赖，给电力系统的安全运行带来隐患。这种“试点工程”的建设和运行模式，也成为制约智能变电站的大面积推广的瓶颈。以智能变电站技术为基础的继电保护系统，信息化标准ICT61850为主。ICT61850标准下，IED设备的二次信息分离，将能够有效实现，继电保护数据信息传输的可靠性将明显提升。智能变电站技术的应用，对继电保护的影响，同样体现在调试及维护方面。智能变电站，打破了传统变电站保护装置在采样、计算等方面存在的桎梏。當变电站某设备及元件故障发生后，故障信号可被立即采集并经GOOSE网络传输至系统数据库当中，而系统同样会立即利用相关算法，实现对故障的分析及预警。在该技术的支持下，电力领域无需绑定保护装置，即可使信息共享得以实现，一定程度上提高了设备的调试及维护效率。可见，智能变电站技术的应用，对继电保护系统运行故障发生率的降低，具有重要价值。为评估智能变电站技术下继电保护系统的性能，判断该技术的应用，是否能够真正达到提高继电保护系统稳定性及可靠性的目的。本课题以220kV变电站为例，将IEC51850中的逻辑节点，应用到了仿真过程中。在建立仿真模型后，通过对仿真结果的观察发现，在智能变电站技术的支持下，继电保护效率明显提升、系统故障预警的及时性明显改善。表明，智能变电站技术的应用，对继电保护系统性能的改善，具有确切的积极意义。

结语

智能变电站是目前我国智能电网构建的主要途径，更是电网构建的重要组成部分，就当前我国时代发展背景进行探究，需要深入的开展智能变电站技术的使用原理，以及其对于继电保护组织的模式体系等，找出其所存在的各类要素难点问题，一一的处理其内的各类难点问题，让电网可以始终维持一种良好且稳定的安全运行状态，达到继电保护专业要求目的，设定好该专业技术发展方向，调整好继电保护系统的组织形态以及实际的运行模式，打造出新型的电力自动化产品。

参考文献：

[1]智能变电站继电保护优化措施分析[J].向洁.数字通信世界.2018（11）

[2]110kV变电站继电保护应用分析与研究[J].成文泃.企业技术开发.2017（12）

[3]110kV数字变电站继电保护研究[J].黄智英，柴春花.山东工业技术.2018（05）

[4]智能变电站二次继电保护中存在的问题及解决方法[J].殷志龙.山东工业技术.2018（12）

[5]智能变电站继电保护的优化配置[J].张钧奎.电子测试.2018（07）

（作者单位：1  国电南瑞南京控制系统有限公司;2  南京长江都市建筑设计股份有限公司）