电力系统中智能变电站的继电保护技术

董朝理

（云南电网有限责任公司昆明供电局 云南省昆明市 650200）

电力行业的繁荣发展，是拉动我国经济水平提升的关键，在当前社会用电量逐年增长的趋势下，也给电力企业带来新的挑战与机遇。作为电力系统的重要组成部分，智能变电站的建设数量与规模正在逐渐扩增，这也是现代化进程中的重点。由于其系统运作模式更加复杂，而且所用设备与元件等十分先进，这也给继电保护工作带来了较大的困难。如果依旧沿用传统的继电保护模式，将难以保障智能变电站的良好运行效果。因此，应该对其进行创新与优化，使其能够有效维护智能变电站的安全稳定，防止重大电力事故的发生。随着电力行业市场竞争的加剧，继电保护技术的改进能够创造良好的经济效益与社会效益，促进其竞争实力的增强，满足其可持续发展的需求。

1 智能变电站概述

在智能变电站中应用了数字化技术和自动化技术，能够实现信息数据的高效化采集，是我国智能电网建设的重要环节。设备智能化、运行网络化与自动化、信息网络化和协议统一化得以有效实现，不仅能够降低工程造价，而且解决了传统电磁互感器引起的变电运行问题。过程层、间隔层和站控层是智能变电站的主要组成，应该保障其数据连接通道的通畅性，才能保障数据的同步传输[1]。与传统变电站相比较而言，智能变电站在环保效果上更加优越，集成电子设备的能耗得到控制，充油式互感器也逐渐被电子式互感器取代。对于信息的采集与分析实现了自动化，对信息数据进行实施共享，能够增强系统之间的互动，增强电力系统的运行可靠性。

2 智能变电站继电保护技术的问题

以传统变电站为基础建设智能变电站，通常是采用扩建或者改建的方式，其存在较多的设备与较大的资源消耗，限制了其智能化水平的提升。往往受到技术与设备因素的限制，导致智能变电站的实际应用效果难以达到预期[2]。智能化连接在站内设备端口中的应用还不够普遍，由于未能对线路与设备标准统一性进行控制，也会在应用中出现不兼容的问题，导致系统运行安全性受到威胁，同时阻碍检查工作的实施。由于存在较多的电力设备，因此对于接口终端连线的要求较高，这会在一定程度上增大工作人员压力。

3 电力系统中智能变电站的继电保护技术应用措施

3.1 继电保护的主要方式

3.1.1 线路继电保护

在智能变电站当中存在较多类型的线路，保障其运行安全性，是继电保护的重点内容。尤其是智能变电站线路的运行环境较为复杂，长期受到外界多种因素的影响，会存在一定的安全隐患。加强对智能变电站的实时监控，是线路继电保护的关键，能够及时线路的运行情况进行评估与分析，当出现故障时能够及时响应并报警[3]。测控装置的应用，大大提升了故障解决的效率，能够帮助工作人员及时定位故障位置与类型并采取针对性解决措施。对线路实时运行状态进行采集后，可以向网络体系输送测控数据并在完成分析后得出结果，在继电保护指令下对线路的运行进行自动化与数字化控制。

3.1.2 变压器继电保护

对于相关元件的保护，是智能变电站变压器继电保护的基本作用。设置变压器继电保护装置时，需要采用集中安装的模式完成后备部分的安装，真正增强继电保护的性能，增强智能变电站的运行可靠性。非电量保护为变压器继电保护的核心模块，在使用时需要连接继电保护装置和电缆。当外界干扰因素对变压器的运行产生影响时，非电量保护模块切换至跳闸状态，当跳闸指令发出后就能够实现对线路的保护，防止重大故障的出现。因此，变压器的继电保护是对变压器和线路的双重保护。

3.1.3 过流电限定保护

电流过载因素会对智能变电站的运行造成影响，进而引起电力系统的外部断路情况，外部故障主要是由超负荷电流所引发，导致出现跳闸问题。过流电限定保护的方式，能够实现对智能变电站电路的有效保护，当出现超负荷电流状况时，变电站智能终端及时接收警报，智能系统自动采取相应的保护措施，防止电力事故的发生。

3.2 继电保护的技术应用

3.2.1 常见滤波算法

噪声信号存在于电流信号和电压信号当中，在对其进行过滤时运用滤波算法，保留基波与谐波。其中，卡尔曼滤波算法和傅里叶滤波算法是两种常用的滤波算法。在高次谐波的滤波当中，通常会采用傅里叶滤波算法，对于频率分量的提取主要依靠余弦函数和正弦函数的正交函数性质[4]。卡尔曼滤波算法具有线性滤波的特点，保障了求解的便捷性且占用内存较少，因此在继电保护算法中的应用十分广泛。对于故障信号基波分量的计算可以通过卡尔曼滤波算法实现，在此过程中需要建立电压模型与电流模型。

3.2.2 仿真实验分析与小波多尺度分析应用

仿真模型的构建需要以MATLAB/simulink软件环境为基础，对滤波算法的可行性加以验证，在此过程中应该根据实际情况设置线路部分参数、频率、电源内阻和三相电源电压参数等。对比卡尔曼滤波结果和傅里叶滤波结果，前者的效果更佳，但是会受到噪声情况的影响，对信号处理造成干扰。在预处理信号时运用小波多尺度分析的方式，能够实现对卡尔曼滤波算法上述问题的处理，明确信号异常点并滤除信号的暂态噪声，促进算法效率的提升[5]。在此过程中需要建立观测模型。采用多尺度分析的形式，能够获得平滑信号与细节信号。

3.2.3 站内通信网络技术

数据的处理除了需要借助于滤波算法外，还应该保障良好的传输通道，明确其通信组网方式，增强设备信息交互的实时性。在智能变电站的运行当中，通信系统发挥着关键作用，能够实现数字信息向标准网络信息的快速转换。在监测保护智能变电站的设备时，则主要以相关标准化信息为依据，同时能够保障信息交互的实时性特点。在设计通信网络时，通常采用了IEC61850标准，应该科学化设计通信网络的组网结构以增强继电保护实际效果。过程层设备和间隔层设备的通信，主要是借助于过程层网络实现，作为通信系统的重要核心设备，继电保护装置能够对智能单元和合并单元进行高效化管理。通过信息交互的方式，装置可以快速获取单元状态信息，在完成判断后进行自动化处理。在通信网络的运行过程中，不同单元之前的互信也十分关键。站控层网络具有较小的流量与规模，随着应用的驱动，过程层对通信网络的要求也更高，尤其是在当前用电用户数量逐渐增加的趋势下，必须提升过程层设备的数量。加强对过程层网络的优化，能够实现自动控制技术的合理应用，满足电网业务的发展需求，增强智能变电站各类数据获取的实时性。

GOOSE业务和SV业务，是过程层通信网络的主要业务。SV业务即采样值业务，能够向保护装置当中发送合并单元信息，比如电流与电压采样数值等。在采集站内设备电气量时借助于电子式互感器可以快速实现，保护装置定期获得实施电气量。在SV业务当中，其具有较大的业务量，而且需要保障传输的稳定性与可靠性。间隔成和过程层设备的命令信息传递，则主要依靠GOOSE业务，包括了跳闸业务和心跳业务。智能单元和合并单元的状态信息发送给保护装置属于心跳业务，其具有周期性特点，存在较小的业务量且传输过程要求较高。故障问题出现在智能变电站设备当中时，跳闸命令有保护装置发送至智能单元，以便其他单元及时做好故障处理的准备[6]。电网业务通常是将以太网交换机作为载体，随着当前电网结构复杂性的提升以及对系统运行可靠性要求的提升，应该对传统组网方式进行优化，以满足继电保护的要求。

3.3 EPON技术

EPON技术即无光源网络技术，其作为一种单纤双向系统，主要由光网络单元、光配线网络和光线路终端构成。光配线网络由分路器和光纤组成，对光网络单元和光线路终端进行连接，同时作为一个间隔节点存在。光网络单元和光线路终端的数据传输中，借助于分复用技术同时进行下发与上行。在构建星型拓扑组网结构时，其网络中心由间隔层保护装置组成，网络的间隔节点由智能单元和合并单元组成，能够保障数据下发与上行操作的准确性。光纤具有较大的容量，在数据同步处理中运用了分复用技术，因此能够在故障发生时及时向保护装置发送信息，智能单元接收保护动作信息后进行跳闸处理，能够有效防止堵塞问题出现在通信通道当中，真正符合智能变电站的继电保护特点。保护装置对星型拓扑结构的通信进行统一调度，延迟问题容易出现在端与端的通信当中，难以保障突发故障处理的实时性要求，在今后工作当中也应该对其进行逐步优化。

4 电力系统中智能变电站的继电保护设计优化

4.1 安全性优化

如前所述，IEC61850标准是智能变电站继电保护的主要依据，能够保障标准的统一性，但是也会导致继电保护存在局限性。电网环境处于完全透明的状态当中，因此会受到外部威胁的影响，导致智能变电站的信息安全受到威胁。在继电保护设计当中，应该加强对系统安全的有效防护，防止电力企业遭受严重经济损失。

4.2 可靠性优化

数字化建设是当前智能变电站发展的主要趋势，多种电子设备在继电保护中得到广泛应用。尤其是随着用户接入数量的增多，必须提升变电站运行的稳定性，切实发挥电子设备的性能与优势。应该加强对智能变电站运行实际情况的深入分析，保障电子设备选择的合理性与实用性，降低外界环境因素对继电保护的影响[7]。在应用光缆时增强其性能稳定性，能够有效控制外界干扰。电力工作人员应该定期开展检修工作，及时发现系统中存在的故障隐患，对系统的不合理部分进行优化设计。

4.3 实时性优化

实时性是智能变电站继电保护的基本特点，时延问题容易出现在交换机和合并器链路传播的过程中，这会对保护结构的设计工作产生较大影响。因此，智能变电站数字化互感器的传输受到干扰，出现传输误差加大的问题。多种因素都会导致数字式互感器采样值传输出现抖动，其中交换机和合并器的转发影响最大，应该对其进行合理优化，实现对误差的有效控制。合并器在完成采集器传输数据信息后，排队处理以及接收采集器通信阶段的等待问题，会引起较大的时延。此外，系统交换机的性能也会产生影响，在进行优化时应该针对上述几个方面进行处理。

4.4 同步性优化

数据同步问题在智能变电站的继电保护中也十分常见，时间信息存在于合并单元的数据采样信号输出当中，实现对电气量相位与幅值误差的控制，保障数据的同步性。为了能够保障数据信息获取的同步性，应该增强继电保护设备的性能，防止数据误差由于同步信号丢失而加大。在此过程中应该明确过流和过压保护问题，对同步信号具有加强的要求，保护动作受到同步信号丢失的影响变小。

5 结语

智能变电站在当前电力行业的发展中起着关键作用，是促进我国电力建设朝着自动化与智能化方向发展的基础。在其运行过程中，应该加强继电保护技术的合理运用，增强变电站的运行安全性与稳定性，防止出现严重的故障问题。线路的继电保护、变压器的继电保护和过流电的继电保护，是当前工作的主要侧重点。在实践工作当中，应该选择合适的滤波算法，同时加强站内通信网络技术和EPON技术的融合应用，提升智能变电站继电保护的安全性、可靠性、实时性和同步性。