智能变电站站域后备保护原理及实现技术研究

于芳

（中工武大设计研究有限公司，武汉 430070）

1 引言

伴随我国科技的不断发展以及经济水平的持续提升，智能变电站已在我国电力行业发展之中发挥着越来越重要的作用，并且成为智能电力形成及发展的一个标志和趋势。而随着新时代的到来，电力行业的发展要求也不断提高，需要智能电站能够适应这一要求，更好地发挥其作用。但从当前来看，供电站依然存在一些隐性故障，使工作人员难以发现。为了将这些故障问题及时发现、处理和解决，必须依托当前先进的科学技术手段来提升故障处理及解决的效率，智能变电站站域后备保护便能够有效帮助工作人员发现故障、处理和解决故障，能够保证智能变电站对电压进行有效调节，从而保证供电的稳定性，并促进电力行业的稳步发展。

2 智能变电站站域后备保护概述

2.1 智能变电站的概述

从当前乃至今后变电站的发展趋势来看，智能变电站属于主流发展趋势，智能变电站能够采用集成化、先进可靠及低碳环保的智能化设备，通过计算机技术、通信技术以及数字化技术等一系列先进的技术手段，实现信息的收集、测量及计量、控制以及检测等多功能的自动化，并且还能够支持自动控制、互动协调、实时决策分析以及智能协调等诸多功能的智能化变电站。智能变电站集聚了诸多先进技术成果，具有信息数字化、信息共享标准化、通信平台的网络化，以及高级应用的互动性等突出特征，在当前电力系统中发挥着重要的作用【1~3】。

2.2 站域后备保护的概念及原理

现阶段，关于站域后备保护并无确切的定义，通常而言，智能变电站站域后备保护的构建是以智能变电站开关量、非电量和模拟量方面相关的数据信息为条件进行构建的，能够对变电站系统和变电站设备之中出现的故障实施快速、准确、可靠的定位，并且还能够对故障进行有效切除，从而实现继电保护的一种方式。

电流差动原理在具体的应用范围方面存在差异，在此基础上可对整体站域后备保护区域进行划分，具体可分为站内差动区域、边界差动区域、搜索差动区域以及元件差动区域，在这4 个差动区域之中，搜索差动区域的范围在进行定位故障的过程中会出现一些变化，而其他3 个差动区域则相对比较稳定，一般情况下并不会出现变化。经研究可以发现，在划分的4 个差动区域中，其特点如下：

1）无论智能变电站站域后备保护区域之中出现的故障问题为何，边界差动区域一直会出现差电流，如果在正常运行状态下，或者是在保护范围之外发生故障的情况下，边界差动区域便不存在差电流，这说明在判断启动过程中，可以依据边界差动区域存在差电流与否来进行判断【4】。

2）当变电站发生故障问题的情况下，变电站的站内差动区域将不存在差电流，但边界差动区域可能会存在差电流，所以，在进行故障分析过程中，可以将其作为故障问题判断的重要依据。

3）在搜索差动区域之中，若含有故障元件，则会存在差电流；若各项元件正常，则将不会存在差电流，因此，可以将此项作为故障元件是否存在的判断依据。

3 智能变电站站域后备保护的功能及其实现技术

3.1 智能变电站站域后备保护的功能分析

因智能变电站主要是采用IEC 61850 规约通信，其全站可以全面、简单地实现信息资源共享。在智能变电站之中，站域后备保护会对全站之中全部间隔电流、电压、断路器以及刀闸位置等诸多实时信息进行搜集，从而能够为智能变电站全站所有的一次设备实施近后备保护，并且这种保护可集中实现，也就是说，能够对母联后备、断路器故障后备、线路近后备、母线后备以及主变后备等实施有效的保护。这些后备保护功能具体体现为单个独立功能模块，并且各功能模块之间可以将站域后备保护整体逻辑作为依据来实现相互配合，这种相互配合的关系类似于传统继电保护。但是，站域后备保护与就地保护之间不存在定值以及功能方面的相互配合关系。

3.2 智能变电站站域后备保护的优势分析

因智能变电站可实现全站范围内的信息共享，所以，站域后备保护能够在过程层网络之中有效地搜集全面间隔电流、电压、断路器以及刀闸位置等诸多实时信息，从而使继电保护当前存在的原理和算法能够更加有效地得到改进，并且还会对当前存在的站域后备保护功能更好地进行补充，从而使同杆双回线保护出现的各方面难题得到合理有效的解决，并且还能够有效判别并联电抗器线路出现的故障【5】。

3.3 智能变电站站域后备保护功能的实现技术

3.3.1 硬件配置

每套站域后备保护均是由故障位置判断功能模块、数据搜集计算功能模块以及跳闸保护决策功能模块构成的。根据站域后备保护硬件配置结构，各模块的主要功能如下：

1）数据搜集计算功能模块：该模块是依据国际电工委员会IEC 61850 规约，自智能变电站统一的过程层结构上对所需要保护的电压以及电流电气量数据进行搜集和计算，同时对全站内部每个断路器的工作状态信息进行全面的搜集和计算。

2）故障位置判断功能模块：该模块主要是通过智能变电站元件故障的距离信息和方向信息，来对每一个元件故障距离信息以及方向信息进行计算，并将故障判别的算法进行执行，从而使故障的实际位置得以准确确定。

3）跳闸保护决策功能模块：站域后备保护主要集成了变压器保护、断路器故障保护、母差保护、线路保护以及低压低频减载等一系列功能，并以就地电气量作为依据来对相关保护逻辑的判别进行完成，同时，还将判别所得结果通过GOOSE 这一方式通过统一过程层接口，将跳闸保护决策发送至对应的间隔智能终端上，从而进一步对故障进行解决。

因站域后备保护属于一种集成化结构，所以，为了使站域后备保护功能发挥的可靠性得到提升，在220kV 及其以上的智能变电站站域后备保护应该采用冗余配置，从而使站域后备保护的功能得到全面发挥。

3.3.2 软件设计

在对智能变电站站域后备保护配置系统的整体软件架构进行设计的过程中，其整体软件架构的构成应该包括操作系统、应用软件、支持包等方面的设计。而在智能变电站站域后备保护配置系统之中，硬件驱动程度能够对硬件寄存器、外部存储器以及定时器进行直接访问。在对整体软件架构进行设计过程中，多任务的实时操作系统一般会处于硬件配置与应用软件中间，在多任务实时操作系统上层通常为应用软件，而应用软件则主要是通过程序访问接口函数来为其提供服务的。而多任务实时操作系统的主要任务则是进行内存管理、任务管理以及调度等系统任务，并且还能够构建文件系统，同时，还能够将智能变电站站域后备保护配置系统信息模型的相关文件进行存储。

基于电流差动原理构建的智能变电站站域后备保护，在实现硬件配置和软件设计的条件下，还应该完成通信系统设计工作。在这一通信系统之中，其架构主要包括2 大部分，即：输电线路对端智能变电站采样值通信网络和智能变电站内部过程层通信网络。可通过IEC 61850 规约来构建智能变电站内部过程层通信网络，而输电线路对端智能变电站采样值通信网络则可以通过IG 以太网交换机来进行构建。完善数据通信系统，能够对智能变电站站域后备保护功能的实现提供有效保证，是整体系统的关键所在。

4 结语

相比于传统保护装置，智能变电站站域保护能够采用一整套完备的装置来对原来若干套独立装置功能进行实现，这便使保护装置所耗用的成本极大地得到降低。同时，这一保护系统还通过光纤直连的方式完成数据采集，通过网络出口来实现跳闸保护，这样既可以对线缆排布进行减少，又能够保证接线操作更加便捷，从而使安装效率得到全面提升。此外，在方向比较原理的基础上，站域后备保护在流程方面更加简明扼要，在方案算法方面也更为简单，使传统后备保护方面存在的问题与缺陷得以有效避免，能够对全站范围内出现的元件故障准确、快速地进行定位，具有较高的效率。