鄒怡 黃曉明

【摘要】隨著近年來電力系統(tǒng)快速發(fā)展，規(guī)模也變得越來越大。變電站在我國電力系統(tǒng)中占有較大的成分，確保變電站的安全和穩(wěn)定是對電力系統(tǒng)正常運行的重要保證。隨著現(xiàn)代化科技的不斷發(fā)展，加強智能變電站建設(shè)，發(fā)展繼電保護技術(shù)的自動化方向，已經(jīng)是未來電力系統(tǒng)中繼電保護技術(shù)的發(fā)展趨勢。本文首先對智能變電站和繼電保護技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容和特點進行了介紹，在此基礎(chǔ)上分析了智能變電站對繼電保護的影響，最后對智能變電站繼電保護技術(shù)展開了相應(yīng)的分析，以期促進我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)序發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);智能變電站;繼電保護技術(shù);

0.引言

當(dāng)前加強我國電力事業(yè)建設(shè)最重要的一個方面就是堅持智能變電站的發(fā)展，智能變電站是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的重要組成[1]。面對當(dāng)前夏冬兩季的用電高峰期，如何確保電網(wǎng)的穩(wěn)定，實現(xiàn)變電站的可靠已成為研究的重點，相應(yīng)的發(fā)展變電站繼電保護技術(shù)也是未來電力系統(tǒng)的一大發(fā)展內(nèi)容[2]。本文首先對智能變電站和繼電保護技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容和特點進行了介紹，在此基礎(chǔ)上分析了智能變電站對使用電子變壓器，電網(wǎng)公司，智能斷路器技術(shù)，智能斷路器技術(shù)，信息安全問題，繼電保護數(shù)據(jù)信息和保護原理的影響，最后對智能變電站繼電保護技術(shù)展開了相應(yīng)的分析，以期促進我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)序發(fā)展。

1.智能變電站技術(shù)

1.1智能變電站概述

智能變電站是一種信得過的先進型的智能化設(shè)備，優(yōu)勢在于信息的標(biāo)準(zhǔn)化及共享，全站信息數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)交流平臺，并能自動進行測量、控制、采集、保護和監(jiān)控等變電站的各種功能，如，并根據(jù)電網(wǎng)進行智能控制、協(xié)同交互、在線分析。智能變電站作為我國電力系統(tǒng)建設(shè)的重要內(nèi)容和發(fā)展方向，實現(xiàn)了統(tǒng)一協(xié)議、信息聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備、自動化運行、網(wǎng)絡(luò)化等內(nèi)容[3]。智能變電站繼電保護技術(shù)的運用能有效的降低工程成本和日常的維護費用，也有效地解決了傳統(tǒng)變電站電磁變壓器存在的問題，電力技術(shù)也有了新的發(fā)展。

1.2智能變電站特點

智能變電站這個術(shù)語來源于智能電網(wǎng)的概念。它既是電網(wǎng)的基本節(jié)點，又是電網(wǎng)構(gòu)建的保障。智能變電站的構(gòu)成組件是可靠性高和集成度好的先進的智能設(shè)備。智能變電站的信息傳輸是基于高速網(wǎng)絡(luò)通信在實現(xiàn)自動執(zhí)行各種功能，如信息測量，測量、控制、采集、保護和監(jiān)測的同時，還執(zhí)行各種控制操作，如智能調(diào)整，合作互動，根據(jù)電網(wǎng)在線分析。智能變電站的特點一般包括數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化，全站采用統(tǒng)一的通信協(xié)議實現(xiàn)信息交換;二次設(shè)備組網(wǎng)，用光纖代替變電站原有的控制電纜，利用網(wǎng)絡(luò)通信進行傳播;一次設(shè)備初步智能化，增加了智能電子變壓器、合并單元等設(shè)備。

1.3智能變電站與常規(guī)變電站的比較

智能變電站是技術(shù)進步的一種手段。傳統(tǒng)的變電站只進行一次變電站工作，單個變電站的效率會明顯降低，精度不太高[4]。而智能變電站采用二次變電方式，在變電效率良好的情況下也能保證整個變電過程的安全，則能夠很好的解決此類問題。

智能變電站是一種新技術(shù)的產(chǎn)物。其核心是屬于智能自動控制。在保證設(shè)備基本運行的同時，保護設(shè)備的安全。除了具備以往變電站所有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，智能變電站還能實現(xiàn)一次系統(tǒng)的智能化以及二次系統(tǒng)的數(shù)字化。同時，它們還具有以往變電站所沒有的優(yōu)點，傳輸效率高，信息安全，操作方便。變電站通信協(xié)議統(tǒng)一。在變電站的傳輸過程中，通信部分是保證信號傳輸安全的關(guān)鍵。采用統(tǒng)一的傳輸協(xié)議，可以使數(shù)據(jù)傳輸更加安全，不受其他信號的干擾，可以使傳輸更加自動化。

2.智能變電站繼電保護技術(shù)

2.1智能變電站繼電保護技術(shù)的基本概念

當(dāng)變電站的電力系統(tǒng)或者組件存在問題、危及到整個電力系統(tǒng)運行的時候，繼電保護技術(shù)就能夠派上用場，他會及時的發(fā)出警報信號，保障線路的安全，從而減小故障產(chǎn)生的影響和帶來的危害，進而縮小問題波及的范圍。變電站繼電保護可分為主變保護，線路保護和母聯(lián)保護三種。對其進行細(xì)分，可將主變保護分為主保護和后備保護，主保護通常包括重瓦斯保護以及差動保護;線路保護，通常采用兩級或三級電流保護，其中一種是電流速斷保護，第二種是限時電流速斷保護，第三種是過流保護;母線保護需要在電流受限時保護電流和過電流保護。及時、準(zhǔn)確、可靠等是電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的基本要求。隨著繼電保護技術(shù)的日益發(fā)展，電力系統(tǒng)對繼電保護設(shè)備提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

2.2智能變電站繼電保護的組成

繼電保護的組成通常分為測量、邏輯和執(zhí)行部分。繼電保護的一個過程就是測量部分將測量的道德值與設(shè)定的每一個值都進行逐一的對比，將比較結(jié)果輸出給邏輯部分;邏輯部分主要根據(jù)輸入的值進行組合和排序，對輸入量的大小、順序和所屬性質(zhì)等內(nèi)容組合來判斷并決定是否執(zhí)行繼電保護操作;如果判斷的結(jié)果為需要執(zhí)行此操作，則向執(zhí)行部分發(fā)出信號，執(zhí)行部分立即或延遲發(fā)出報警信號或跳閘信號。

3.智能變電站對繼電保護的影響

智能變電站的推廣應(yīng)用將對變電站使用電子變壓器，電網(wǎng)公司，智能斷路器技術(shù)，智能斷路器技術(shù)，信息安全問題，繼電保護數(shù)據(jù)信息和保護原理等方面都產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。智能化變電站的推廣將創(chuàng)造新的市場需求。變電站自動化系統(tǒng)涉及的產(chǎn)品范圍很廣。一次設(shè)備和二次設(shè)備制造商都必須適應(yīng)新的競爭環(huán)境，抓住新的市場機會。綜合推廣數(shù)字化變電站技術(shù)必然導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重大變化。

3.1使用電子式互感器的影響

智能變電站采用電子式互感器技術(shù)進行電量采集，對于二次系統(tǒng)最明顯的變化就是系統(tǒng)的電流、電壓、功率、頻率等電量信息變得很低的數(shù)字信號，再通過光纜實現(xiàn)直接向變電站二次系統(tǒng)IED設(shè)備的直接傳輸。一次和二次系統(tǒng)之間能實現(xiàn)較好的電氣隔絕，一次系統(tǒng)故障對二次系統(tǒng)產(chǎn)生的影響將降到最低，得到有效的控制，不需要在變電站二次系統(tǒng)中引入交流二次電纜，這也就解決了傳統(tǒng)變電站中由于交流電纜而引起的導(dǎo)電電磁干擾現(xiàn)象，極大的提升了二次系統(tǒng)的安全性。同時，還能大大減少二次布線錯誤引起的保護誤操作、拒接、絕緣降低等事故。該電子變壓器動態(tài)范圍大，對各種應(yīng)用適應(yīng)性強。合并單元可以將信號輸出到不同的設(shè)備。只要合并單元的輸出接口數(shù)量足夠，就能滿足使用容量限制的需求，保證信息收集的唯一性。

3.2智能斷路器技術(shù)應(yīng)用的影響

在變電站采用智能斷路器技術(shù)或智能控制設(shè)備實現(xiàn)原位斷路器控制功能，用光纜傳輸來代替原來復(fù)雜電纜連接的跳合閘回路，不僅消除了二次系統(tǒng)和開關(guān)站的聯(lián)系，減少了電磁干擾和現(xiàn)場維護工作量，有利于維護的進行。同時，還有效的提高了一次設(shè)備的運行時限，減少維修操作的難度對電網(wǎng)安全的影響。

3.3基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的信息處理的影響

智能變電站實現(xiàn)各種信息處理功能都是基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，IED設(shè)備在工藝層、bay層、站控層，以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等構(gòu)成了整個電路的二次系統(tǒng)，能夠?qū)ζ涓鱾€環(huán)節(jié)進行有效的監(jiān)控，實現(xiàn)實時監(jiān)控。此外，變電站內(nèi)智能設(shè)備實現(xiàn)了互聯(lián)互通功能，也進一步加強了系統(tǒng)之間的聯(lián)系，可以實現(xiàn)即插即用。

3.4信息安全問題突出

信息的安全性在采用對等通信模式后顯得十分重要。變電站實現(xiàn)點對點信息交互機制體現(xiàn)在局部特征上的安全還是能得到較好保障。在變電站采用點對點通信方式進行信息交換后，局域網(wǎng)內(nèi)能實現(xiàn)所有的IED設(shè)備進行信息的傳遞和交換[5]。因此，一旦簡易爆炸裝置受到惡意攻擊，如果沒有有效的信息安全保護，可能會危及到整個變電站系統(tǒng)的安全，影響設(shè)備的合理運行。由于變電站IED設(shè)備之間采取的對等通信模式，使用軟件就能實現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的隔離措施，系統(tǒng)控制、跳閘、聯(lián)鎖等功能的運行全部都是依靠變電站集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。因此加強變電站信息安全建設(shè)就顯得尤為重要，且在對等通信模式下更加重要，體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)安全問題上。

3.5對電網(wǎng)公司的影響

變電站應(yīng)用涉及多個技術(shù)領(lǐng)域和行業(yè)，如自動化系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、高壓開關(guān)、變壓器、GPS，測試驗證等，全面提升不僅電力自動化相關(guān)制造商的努力，還要設(shè)備能支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行管理模式也需要相應(yīng)的提高。成熟的技術(shù)和觀念的改變是需要時間的。這意味著進一步實施和推廣智能變電站需要進一步努力。智能變電站的應(yīng)用將是一個分階段進行的過程。不斷擴大電網(wǎng)的規(guī)模和容量，電壓水平的持續(xù)改進，加強電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)操作的分離，電網(wǎng)公司已經(jīng)從僅僅關(guān)注安全生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)向全面的社會效益和經(jīng)濟效益的綜合管理;從變電站建設(shè)的、無人值守、集中控制、專業(yè)管理一體化、變電站資產(chǎn)全壽命周期管理理論的實際應(yīng)用都體現(xiàn)了這一內(nèi)在變化。綜合社會經(jīng)濟效益是電網(wǎng)公司不斷進行變電站技術(shù)投資的內(nèi)在動力。只有提高自動化水平，才能最終達到提高綜合效益水平的目的。

3.6對繼電保護數(shù)據(jù)信息和保護原理的影響

電子變壓器代替電磁變壓器，引起了繼電保護數(shù)據(jù)源的一定變化。使用電子變壓器后，需要重新規(guī)劃電磁變壓器設(shè)定的算法和原理。此外，電子變壓器可能會造成數(shù)據(jù)不能實現(xiàn)同步，繼電保護的延時問題，對繼電保護的運行效果有很大的影響。在數(shù)據(jù)處理上，智能變電站根據(jù)ICE61850標(biāo)準(zhǔn)對二次系統(tǒng)進行改造，使繼電保護的數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)措施發(fā)生變化。ICE61850標(biāo)準(zhǔn)實施后，設(shè)備之間的聯(lián)系和信息交換更加頻繁，并創(chuàng)造了一種新型的更加可靠的數(shù)據(jù)存儲和處理方式實現(xiàn)從而形成了一種新的保護規(guī)范。此外，數(shù)據(jù)傳輸模式上也發(fā)生了較大的變化，從原來的電纜傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線傳輸模式，利用無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，讓繼電保護更加靈活，同時支持?jǐn)?shù)據(jù)信息傳輸。

4.電力系統(tǒng)中智能變電站繼電保護技術(shù)分析

4.1線路繼電保護技術(shù)

實施線路繼電保護，需要實時監(jiān)控，隨時了解變電站狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)可以立即檢測并給出預(yù)警，及時采取應(yīng)對措施，保持線路和系統(tǒng)的安全。此外，還可以在線路上安裝檢測裝置，檢測智能變電站的運行狀態(tài)，并實時將數(shù)據(jù)傳送回控制監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)檢測得到的數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)分析結(jié)果，對變電站采取相應(yīng)的針對性措施，例如是否發(fā)出繼電保護等。

4.2變壓器繼電保護

變壓器能起到很好的保護元件的功能，采用變壓器繼電保護，在后備部分的安裝中，集中安裝方式是最合適的。選擇這種安裝方式，能對變電站實現(xiàn)最大程度上的保護，并確保其非電量保護這一核心模塊的安全。但該方式要求接電纜和繼電保護裝置。如果變壓器受到不利因素的影響，非電量保護模塊將自動切換到跳閘狀態(tài)，有效控制可能由于不利因素的干擾而引起的問題，及時緩解線路故障，，并確保變壓器和線路的安全穩(wěn)定。

4.3過流功率限制保護

變電站在運行時由于電力過載常常容易造成電力系統(tǒng)的斷開。這種過載電流會引起外部故障和跳閘。因此，有必要對電力系統(tǒng)智能變電站的線路進行過流限電保護。當(dāng)出現(xiàn)過負(fù)荷電流現(xiàn)象時，向控制中心及時發(fā)出警報，并申請進行有效的保護，從而有效的提高繼電保護的穩(wěn)定性和可靠性。

5.總結(jié)

智能變電站是實現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容和核心步驟，隨著變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站繼電保護技術(shù)也相應(yīng)的提出了更高水平的要求，這就要求我們不僅要考慮智能變電站的技術(shù)可行性和可靠性，同時還要將其對繼電保護技術(shù)的影響考慮在內(nèi)，實現(xiàn)兩者之間實現(xiàn)穩(wěn)定、和諧的發(fā)展。因此，對繼電保護技術(shù)展開研究是十分重要，只有牢牢把握繼電保護技術(shù)發(fā)展方向，才能確保其未來在智能變電站領(lǐng)域的應(yīng)用是科學(xué)、合理、前瞻的。

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