高鵬

（銅陵學(xué)院， 安徽 銅陵 244000）

智能化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展研究

高鵬

（銅陵學(xué)院， 安徽 銅陵 244000）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于電力的需求不斷增加.為了滿足日益增長(zhǎng)的需求，智能化變電站應(yīng)運(yùn)而生，并不斷進(jìn)步.在智能化變電站中，繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)揮了重要作用，為變電站供電的可靠性提供了最大程度的保障.本文針對(duì)智能化變電站與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)技術(shù)的比較、智能化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展做了簡(jiǎn)要分析.

智能化變電站；繼電保護(hù)技術(shù)；發(fā)展

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來(lái)我國(guó)變電站已經(jīng)在自動(dòng)化、智能化方面實(shí)現(xiàn)了大幅度跨越.通過不斷應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備，有效地減少了建設(shè)費(fèi)用，節(jié)約了成本.

在我國(guó)變電站中，繼電保護(hù)技術(shù)是電力保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分.應(yīng)用這一技術(shù)之后，智能化變電站的工作人員便能夠通過信號(hào)或者相關(guān)的調(diào)試找到變電站的設(shè)置問題從而提供解決方案.另外這一技術(shù)也為智能化變電站的電力控制、裝置保護(hù)和電路檢修提供了很大幫助.

2 繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展

2.1 計(jì)算機(jī)化

從計(jì)算機(jī)誕生至今，計(jì)算機(jī)技術(shù)一直在不斷發(fā)展，信息化技術(shù)與各行各業(yè)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，再加上硬件設(shè)施性能越來(lái)越高，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)是水到渠成的事情.

一開始的數(shù)字化繼電保護(hù)技術(shù)叫做微機(jī)保護(hù)，采用8位單中央處理器結(jié)構(gòu)，后來(lái)的微機(jī)保護(hù)就采用多中央處理器機(jī)構(gòu)，而現(xiàn)在的智能化繼電保護(hù)技術(shù)采用總線微機(jī)保護(hù)，性能得到了很大提升，同時(shí)應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大.

同時(shí)，智能化變電站對(duì)于微機(jī)保護(hù)的要求也越來(lái)越高，除了要實(shí)現(xiàn)基本的保護(hù)基礎(chǔ)功能，同時(shí)還要保證其能夠存放較大數(shù)量的數(shù)據(jù)與故障信息.另外還要能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)處理功能，增強(qiáng)其與其他保護(hù)、控制裝置、調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的通信能力，共享相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、資源.

由以上可以看出，繼電保護(hù)裝置由電子化逐漸向計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展，并且這種發(fā)展會(huì)一直持續(xù)下去.

2.2 網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)今社會(huì)，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)、信息傳遞的主要媒介，逐漸成為信息時(shí)代發(fā)展的技術(shù)支柱.同時(shí)，其對(duì)相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的影響也在不斷加深，可以為相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)行提供可靠的通信方式.

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置不但可以進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)，還可以切除發(fā)生故障的元件，盡可能減小故障的影響范圍.經(jīng)過不斷運(yùn)行與實(shí)踐，對(duì)于繼電保護(hù)裝置的要求不斷提高.現(xiàn)在，變電站不但要求繼電保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)裝置的所有功能，還應(yīng)該對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性進(jìn)行更有力的保障，也就是要求每一個(gè)保護(hù)單元都可以共享系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)和故障信息數(shù)據(jù).不僅如此，每一個(gè)保護(hù)單元還應(yīng)該可以再分析、處理這些數(shù)據(jù)并與重合閘裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，從而保證電力系統(tǒng)能夠可靠、安全運(yùn)行.

由以上要求可以看出，如果要達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接必不可少，即必須實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化.實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)化，有很多重要意義：繼電保護(hù)裝置能夠獲得并保存越來(lái)越多的故障信息，經(jīng)過分析后，可以對(duì)具體的故障位置和性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，甚至能夠準(zhǔn)確檢測(cè)故障的距離.如果要達(dá)到這種對(duì)故障情況和系統(tǒng)運(yùn)行方式自適應(yīng)的目標(biāo)，一定要獲得足夠多的故障信息以及系統(tǒng)運(yùn)行情況來(lái)作為原始資料，通過繼電保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化，可以有效達(dá)到這一目標(biāo).因此，繼電保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化能夠大大增強(qiáng)保護(hù)性能和裝置的可靠性，從而保證智能化變電站的持續(xù)、高效運(yùn)行.

2.3 保護(hù)、測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信一體化

在實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化之后，繼電保護(hù)裝置就成為了一臺(tái)有多種功能且性能良好的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)智能化變電站系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)終端.其可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)或者有目的地獲取一些故障信息數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運(yùn)行情況，同時(shí)也可以將相關(guān)信息或分析報(bào)告?zhèn)魉椭辆W(wǎng)絡(luò)控制中心或者其他相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)終端.這樣一來(lái)，每一個(gè)部分的微機(jī)保護(hù)裝置不但實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)裝置的作用，同時(shí)在沒有系統(tǒng)故障時(shí)還能實(shí)現(xiàn)控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通行等相關(guān)功能，即達(dá)到了保護(hù)、測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信一體化的目標(biāo).

在實(shí)際應(yīng)用中，為了有效實(shí)現(xiàn)這些要求，裝置和裝置之間都要圍繞這一目標(biāo)進(jìn)行接線.按原始方法進(jìn)行的話，就要把室外變電站的變壓器、線路等相關(guān)設(shè)備的二次電流與電壓用控制電纜接入主控室.這種接入方法需要更多投資，同時(shí)會(huì)增加二次回路的復(fù)雜程度.有一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式，可以將保護(hù)、測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信一體化的保護(hù)裝置安裝在變電站需要保護(hù)設(shè)備的旁邊，先將設(shè)備的電流與電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳到主控室，這種實(shí)現(xiàn)方法不但有效減少了大量控制電纜的鋪設(shè)，而且如果利用光纖作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，還可以有效避免電磁的影響.

2.4 智能化

近年來(lái)，人工智能技術(shù)，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化規(guī)劃、遺傳算法等技術(shù)與智能化變電站的聯(lián)系也越來(lái)越緊密.以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能化變電站中的應(yīng)用為例：

現(xiàn)實(shí)中有的問題非常復(fù)雜，要用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法求解的話，往往很難列出相應(yīng)方程式，也就沒有求解的可能，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式就能有效解決這種問題.當(dāng)輸電線兩側(cè)擺開相應(yīng)的電勢(shì)角度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過渡電阻短路的情況，這種問題就屬于非線性問題，沒有辦法準(zhǔn)確計(jì)算出相應(yīng)的保護(hù)距離，也就無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障位置，這會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)現(xiàn)象.如果應(yīng)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式，就可以對(duì)大量故障信息樣本進(jìn)行訓(xùn)練，只要樣本集中，再對(duì)各種情況深入分析，就能夠?qū)ο嚓P(guān)故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷.

在智能化變電站和繼電保護(hù)裝置中，應(yīng)用人工智能技術(shù)能夠攻克許多以前無(wú)法解決的問題，對(duì)于變電站系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性有很大的積極作用.

3 智能化變電站與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)技術(shù)比較

3.1 站控網(wǎng)絡(luò)方式

傳統(tǒng)變電站站控網(wǎng)絡(luò)主要將繼電保護(hù)、測(cè)控裝置、傳統(tǒng)互感器、一次設(shè)備等單元通過二次線纜進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)的采集傳輸通過電信號(hào)完成.

而智能化變電站利用了大量新技術(shù)，例如智能化技術(shù)、光纖傳輸技術(shù)，并將智能化互感器、開關(guān)等智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按照過程層、間隔層、站控層的方式進(jìn)行構(gòu)建.而數(shù)據(jù)的采集傳輸不再通過電信號(hào)完成，而是建立在統(tǒng)一的IEC61850通信規(guī)約基礎(chǔ)之上.

3.2 繼電保護(hù)裝置

3.2.1 設(shè)計(jì)方面

傳統(tǒng)變電站在設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置時(shí)，將多個(gè)保護(hù)裝置安裝在不同、相應(yīng)的保護(hù)柜上，用二次線纜根據(jù)功能不同將端子排、硬壓板連接.

而智能化變電站的繼電保護(hù)裝置用 GOOSE網(wǎng)絡(luò)連接方式取代了二次線纜.為了滿足這種連接方式，裝置的各個(gè)元件都要符合 GOOSE傳輸?shù)囊?guī)約要求.目前我國(guó)大多生產(chǎn)智能開關(guān)的廠商都用GOOSE作為主要的傳輸手段，用以太網(wǎng)方式連接，具有高度的統(tǒng)一性.

3.2.2 繼電保護(hù)數(shù)據(jù)采集互感器技術(shù)

傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)大多采用電磁式互感器，這種傳統(tǒng)互感器有較多缺點(diǎn)：

(1)當(dāng)電壓等級(jí)較高時(shí)絕緣難度大，而普通情況下的絕緣效果也不理想.

(2)動(dòng)態(tài)范圍小，CT容易飽和，導(dǎo)致裝置無(wú)法可靠識(shí)別故障現(xiàn)象.

(3)輸出信號(hào)要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳輸不便.

(4)CT開路會(huì)產(chǎn)生高壓，對(duì)人身安全和設(shè)備安全都產(chǎn)生巨大安全危害.

(5)容易產(chǎn)生鐵磁諧振.

而智能化變電站中使用的是電子式互感器，與傳統(tǒng)電磁式互感器相比有許多優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沒有鐵芯、體積小、重量低、造價(jià)低.

(2)動(dòng)態(tài)范圍寬、無(wú)飽和現(xiàn)象、線性度好、頻帶寬.

(3)無(wú)需二次配線連接，輸出信號(hào)是數(shù)字量，直接傳輸.

(4)無(wú)鐵磁諧振現(xiàn)象.

(5)安全性高、維護(hù)方便.

3.2.3 程序操作及功能實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)變電站的繼電保護(hù)裝置通過保護(hù)硬壓板的投切完成投退，這樣在操作時(shí)，必須要求一人操作，一人監(jiān)護(hù).而且定制修改也很麻煩，既費(fèi)時(shí)又容易出現(xiàn)失誤.另外傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式實(shí)現(xiàn)功能，每套保護(hù)都要通過二次電纜與其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)連接.

智能化變電站淘汰了硬壓板，取而代之的是軟壓板，這樣在保護(hù)投退時(shí)只須要在后臺(tái)機(jī)上草錯(cuò)，而且同時(shí)能完成保護(hù)定值的修改，不但節(jié)省了人力和時(shí)間，而且更加安全.智能化繼電保護(hù)裝置的功能實(shí)現(xiàn)依靠智能控制終端，通過 GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收運(yùn)行數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)的輸出，與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置相比是巨大進(jìn)步.

3.3 優(yōu)缺點(diǎn)

通過智能化繼電保護(hù)裝置與傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置應(yīng)用效果的對(duì)比，可以看出傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置有較多缺點(diǎn)：

(1)體積大，安裝不方便.

(2)繼電器觸點(diǎn)較多，保護(hù)靈敏度不高，可靠性不強(qiáng).

(3)如果要調(diào)試檢修，為了安全，往往要停電進(jìn)行，這樣無(wú)疑會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)造成影響.

(4)繼電器元件壽命不長(zhǎng)，線圈易老化.

(5)需要安裝各種表來(lái)觀察實(shí)時(shí)負(fù)荷，不但增大安裝成本，而且保護(hù)功能不強(qiáng)，比較單一.

(6)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控.

(7)如果繼電器線圈短路，不到現(xiàn)場(chǎng)就無(wú)法發(fā)現(xiàn)，這樣會(huì)造成時(shí)間的延誤，也會(huì)造成額外的損害.

(8)繼電保護(hù)裝置直接與電氣設(shè)備連接，如果遭受雷擊就會(huì)直接報(bào)廢.

(9)運(yùn)行成本高，運(yùn)行維護(hù)工作量大.

與之相比，智能化繼電保護(hù)裝置有諸多優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過電力邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，只要采集線路上的電流電壓進(jìn)行分析就能實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，接線難度大大降低.

(2)通過一組繼電器動(dòng)作就能完成保護(hù)的保護(hù)出口、遙控出口、就地控制出口，可靠性很高.

(3)用計(jì)算機(jī)完成控制功能，保護(hù)措施都采用程序邏輯，這樣可以隨時(shí)修改保護(hù)參數(shù)，修改保護(hù)功能，不再需要重新調(diào)試.

(4)保護(hù)設(shè)備具有通訊功能，用戶需要某種數(shù)據(jù)可以隨時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)查看，從而可以進(jìn)行集中調(diào)度.

(5)通過 CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，大大加快了數(shù)據(jù)處理速度.

(6)保護(hù)裝置使用光電隔離技術(shù)，采集上來(lái)的電信號(hào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，當(dāng)有強(qiáng)電流攻擊時(shí)，設(shè)備就能有效地保護(hù)自身.

(7)正常狀態(tài)時(shí)只有程序在運(yùn)行，而設(shè)備處于休眠狀態(tài)，這樣各個(gè)元器件的壽命會(huì)大大加長(zhǎng).

(8)可以記錄每一次故障，為故障分析提供了詳實(shí)的資料.

(9)用戶界面更加簡(jiǎn)潔，易學(xué)、易用、便于維護(hù).

4 小結(jié)

隨著電網(wǎng)建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大，智能化變電站的建設(shè)成為了其中最主要的內(nèi)容.在變電站整體發(fā)展的基礎(chǔ)上，還要加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)的研究，促進(jìn)其發(fā)揮更大的效用，從而更好地確保智能化變電站的可靠性和安全性.

〔1〕羅軒.分析智能化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013(12).

〔2〕叢會(huì)鸞，許凱，陳思良.智能化變電站繼電保護(hù)調(diào)試及應(yīng)用分析[J].電工文摘，2013(5).

〔3〕陳志偉.分析智能化變電站與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)的比較[J].科技風(fēng)，2013(17).

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1673-260X（2014）08-0023-03