继电保护技术在智能电网中的应用分析

摘要：随着大量新能源的接入电网，对电网运行安全、稳定提出了更高要求。在此背景下，继电保护作为主流的智能电网保护方案，对保障智能电网安全可靠运行有着重要意义。继电保护可有效解决电网故障问题，并发出故障警报。运维人员可在短时间内发现故障情况，快速处理故障问题，缩短停电时间，降低电力公司损失。对于电力公司而言，如何正确应用继电保护技术，保证智能电网安全、可靠运营，是需要重点考虑的问题。基于此，分析了智能变电站结构与特点，并探究了继电保护技术在智能电网中的应用方案以及过程层组网方式，旨在保障智能变电站安全稳定运行。

关键词：智能电网继电保护过程层保护配置组网

中图分类号：TM753

ApplicationAnalysisofRelayProtectionTechnologyinSmartGrid

WEITianshu

PeixianPowerSupplyBranchofStateGridJiangsuElectricPowerCo.，Ltd.，XuzhouCity，JiangsuProvince，221600China

Abstract：Withtheintegrationofalargeamountofnewenergyintothepowergrid，higherrequirementshavebeenputforwardforthesafeandstableoperationofthepowergrid.Inthiscontext，relayprotection，asamainstreamprotectionschemeforsmartgrids，isofgreatsignificanceinensuringthesafeandreliableoperationofsmartgrids.Relayprotectioncaneffectivelysolvepowergridfaultsandissuefaultalarms.Operationsandmaintenancepersonnelcandetectfaultsinashorttime，handlethemquickly， shortenpoweroutagetimes，andreducelossesforthepowercompany.Forpowercompanies，howtocorrectlyapplyrelayprotectiontechnologytoensurethesafeandreliableoperationofsmartgridsisakeyissuethatneedstobeconsidered.Basedonthis，thisarticleanalyzesthestructureandcharacteristicsofintelligentsubstations，andexplorestheapplicationschemeofrelayprotectiontechnologyinsmartgridsandtheprocesslayernetworkingmethod，aimingtoensurethesafeandstableoperationofintelligentsubstations.

KeyWords：Smartgrid;Relayprotection;Processlayer;Protectionconfiguration;Networking

智能变电站中继电保护系统主要包括智能模块、电子互感器、同步时钟模块等。电子互感器、合并单元通常采用总线连接方式，进而连接间隔层设备。采用光纤电缆连接互感器、断路器、保护装置。电子互感器主要采用光波信息输出形式，在获取保护装置信息为数据控制总线方式，以同步时钟装置来保证电流、电压等信号采集的精准性。为了确保智能电网运行的安全、稳定性，必须要合理应用继电保护系统，为变电站运维提供技术支持。总之，智能电网与常规电网运行方式不同，常规变电站继电保护技术不适用于智能变电站，这就需要针对智能变电站深度研究继电保护技术的有效应用。

1智能变电站的结构与特点

智能变电站是指应用多种智能化电力设备与保护装置，且在生态环境方面具有低碳、环保等功能的变电站设施。同时，智能变电站相比传统变电站诸多功能可以自动运行，如信息自动采集、自动测量数据、自动保护监控等。在实际设计和应用中，可以结合电力公司实际需求设置相应自动化功能，如系统自动调节、变电站实时监控、智能分析、智能决策、智能交互等[1]。可见，智能变电站通过应用数字化一次、二次设备实现相应功能，以通信网络平台为核心，借助标准化数字信息实现信息传递、共享、应用，进而实现各类自动化功能。相比常规变电站，智能变电站二次系统的变化最大，其采用全面的智能技术实现信息收集到输出的整个流程，完全颠覆了常规变电站的信息应用模式。智能变电站二次系统的主要特点表现为以下几个方面。

1. 二次系统中应用了新型、智能的传感测量技术检测信息数据，可实时、精准地获取电网电气量；（2）可有效对测量对象展开精准控制，无须人工介入；（3）可自动对实时获取的数据信息进行分析，同时借助专家数据库等实现智能决策；（4）如果电网出现故障问题，可借助智能决策和自我修复等功能实现自动排障（软件故障）。
2. 2继电保护技术在智能电网中的应用

2.1继电保护配置原则

继电保护配置原则为以下几点：

1. 二元化配置下，两个独立保护装置应独立处理系统可能存在的故障。两个独立保护系统有电气连接，一套保护系统故障时自动切换另一套保护系统；
2. 双重保护系统获取各自独立单元的电流、电压数据；
3. 双配置合并单元分别采样互感器的独立回路数据；
4. 双配置保护应用独立网络，一个网络故障时另一个网络应正常运行；
5. 智能终端分别采用独立的继电保护系统，包括跳闸回路、电路器等；
6. 纵差保护配置独立的通信模块和基础模块，通信模块独立配置电源；
7. 保护双配置与间隔器、过程层单独配置通信模块和电源模块；
8. 采用goose的双配置传输网络，应设置智能终端、保护设备的相互启动功能，实时传递各类状态信息。其中，双配置保护之间应保持独立性，不得直接交换信息。

2.2线路保护

为了保证电网系统运行安全，当今智能变电站多数采用双母线连接方案。每组线路配备单独的两套保护装置，“一用一备”。智能终端、MU为双机配置模式，光纤连接保护设备、MU，直接采取运行数据信息[2]。CT、PT负责获取电流、电压数据。母线PT负责母线数据采集，通过合并单元发送采样信息至间隔合并单元以及间隔保护装置，从而实现相应的保护功能。光纤连接保护装置、智能终端，一旦检测到故障问题就会自动跳闸。

2.3变压器保护

变压器电量保护采用双保护“一用一备”模式；非电量保护可采用单保护模式。变压器低、中、高侧均配备两套智能终端。变压器保护采用直接采样、直接跳闸模式，借助goose网络实现跳母联开关、断路器失灵的跳闸功能。非电保护为电缆跳闸，智能终端将跳闸信息传输给goose系统。

2.4母线与母联保护

母线保护采用双保护方案，采用直采直跳方式。在母线保护系统系统中集成失灵、差动、母联死区等保护功能。该设计方案可减少变电站设置的保护装置数量，降低后期的运维工作量和系统运行压力[3]。

母联保护同样采用双保护方案，如图1所示，PT/CT、母联开关分别负责电流合并单元和智能终端，通过SV网和goose网作用于母联保护装置。其目的是保证过程层的独立性，采用点对点的分段跳闸方式。

2.5中低压间隔保护

中低压是指35kV和110kV电压等级，中低压间隔采用保测一体装置，每隔间隔均配置单独的保护装置。通常在高压室中通过开关柜布设中低压间隔保护，根据间隔开关柜安装具体位置同时安装保测一体装置。中低压设备通常使用常规互感器，非特殊情况下不应用电子互感器，使用常规二次电缆直接完成保护跳闸等功能，一般在开关柜出厂前在厂家均已完成配线。

2.6继电保护配置方案

2.6.1常规保护配置方案

常规配置方案针对单独保护对象，配置时主要使用常规互感器。常规互感器由于技术成熟，且配置具有针对性、独立性，因此在智能变电站建设初期可有效完善系统保护功能。考虑到智能变电站网络架构更加复杂、设备种类较多，无法发挥结构简单的优势。该方案下，主变均配备单独的合并单元负责获取母线、线路侧的电流电压参数，为变压器、保护装置等提供信息支持。光纤分别连接主变压器、故障滤波器、差动保护器、电能表，实现数据直采功能，保护装置、测控装置连接交换机[4]。为了实现跳闸信息远距离传输功能，应在站控层、goose网络中接入监控与保护装置。可见，整个网络体系架构相对较为复杂。该配置方案也有一定的优势，由于多数是采用常规保护配置方案，运维人员对此更为熟悉，所以可更方便开展继电保护运维工作，但“智能化”的优势没有得到有效利用。

2.6.3系统保护配置方案

随着我国智能电网建设技术不断成熟以及IEC61850协议更加规范，智能系统保护配置方案应用也愈加广泛，通过搭建网络通信平台，可实现信息共享以及远程操作、互操作等功能，有助于进一步完善继电保护配置方案。系统保护配置方案应贯彻双重化配置原则（两套系统），从而实现测控功能以及保护功能。两套系统的运行原理相同，但均保持独立性，可相互备用，相比单一保护系统双重化配置故障分析更全面、应用更安全。每台变压器均设置单独的合并单元，使用两根光纤连接合并单元，合并单元、系统保护由交换机用于连接载体，交换机接口可根据变电站规模进行选择，对于中小型变电站，采用10-20光纤接口的交换机即可满足配置保护需求。交换机负责上传指令（保护测控装置）信息，并上传到goose网络中，根据数据系统自动判断终端和断路器动作[5]。系统保护配置方案整改难度不高、架构简单、对网络带宽要求低（100Mbps即可满足需求）。作为一种新型继电保护配置方法，系统集成度更高，一旦电力系统出现故障问题，系统可自动实现分析、信息共享、决策等功能。整个方案中所投入的保护装置少，站控层结构更加简单，主要注意保护装置标准必须满足使用要求。系统保护配置方案作为一种新的配置方式，可实现诸多自动化、智能化功能，相比常规保护配置结构更加简单，是当前乃至未来我国继电保护配置的主流形式。

3智能变电站过程层组网方式

3.1SV与goose组网方式

3.1.1直采直跳

目前大多数智能变电站继电保护都是采用直采直跳方案，该方案具有可靠性强、成本低等优势，但该方案由于光口多、光纤熔接量大，所以网络传递故障率高。智能终端配置需要有大量接口作为支持（点对点跳闸），降低了继电保护系统的可靠性。同时，直采直跳方案难以保证链路冗余性，并且施工量较大。

3.1.2网采网跳

网采网跳作为目前及未来智能电网继电保护的主流模式，但相关技术依然不够成熟。因此，可以将直采直跳方案和网采网跳方案相结合，从而实现降低技术难度、保护系统运行稳定的目标。SV采用“点对点”直接输出，保持同步信号独立，避免GPS信号对同步信号造成影响。在SV和goose组网中，以公共网络原则为基准，并且在组网、网络拓扑结构aDb6VvF3xebanuMNVr31XQ==中应用星形结构[6]。

3.2过程层组网方式

独立配置SV、goose网络以及站控层网络，采用分压等级组网方式以及独立数据接口控制器。智能终端、合并单元与继电保护配置中选择双套配置方案，合并单元负责采集开关等信息。测控装置采用单套配置方法，SV负责收集单套合并单元数据，goose负责收集双套合并单元，并与SV的两个网络一一对应。差动保护采用单模光纤，其他传输通道均采用多模光纤，电缆均要配置铠装。

4结语

综上所述，作为我国电力产业主要发展趋势，保证智能电网运行安全，对推动我国电力产业发展、提高电能供给质量有着重要意义。这就需要加强智能电网中继电保护技术的应用研究工作，结合智能变电站的结构与特点，以继电保护应用原则为核心，制定符合智能变电站继电保护模式，最大程度上降低智能变电站运行风险，提高变电站的运维质量。

参考文献

[1]马晓光.智能电网中的继电保护技术分析[J].集成电路应用，2023，40（2）：228-229.

[2]汪凡.新时代背景下继电保护技术在智能电网中的运用分析[J].模具制造，2023，23（8）：213-215.

[3]焦虹.智能电网中的继电保护技术分析[J].光源与照明，2023（8）：150-152.

[4]杨红.探析继电保护技术在智能电网中的应用[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术，2022（8）：223-225.

[5]刘源.基于Web的电力系统继电保护定值在线校核系统研究[D].武汉：华中科技大学，2021.

[6]徐可寒.适应逆变型电源集中接入的线路保护与重合闸技术研究[D].武汉：华中科技大学，2021.