董朝理

（云南電網(wǎng)有限責任公司昆明供電局 云南省昆明市 650200）

電力行業(yè)的繁榮發(fā)展，是拉動我國經(jīng)濟水平提升的關(guān)鍵，在當前社會用電量逐年增長的趨勢下，也給電力企業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)與機遇。作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，智能變電站的建設(shè)數(shù)量與規(guī)模正在逐漸擴增，這也是現(xiàn)代化進程中的重點。由于其系統(tǒng)運作模式更加復(fù)雜，而且所用設(shè)備與元件等十分先進，這也給繼電保護工作帶來了較大的困難。如果依舊沿用傳統(tǒng)的繼電保護模式，將難以保障智能變電站的良好運行效果。因此，應(yīng)該對其進行創(chuàng)新與優(yōu)化，使其能夠有效維護智能變電站的安全穩(wěn)定，防止重大電力事故的發(fā)生。隨著電力行業(yè)市場競爭的加劇，繼電保護技術(shù)的改進能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益與社會效益，促進其競爭實力的增強，滿足其可持續(xù)發(fā)展的需求。

1 智能變電站概述

在智能變電站中應(yīng)用了數(shù)字化技術(shù)和自動化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高效化采集，是我國智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。設(shè)備智能化、運行網(wǎng)絡(luò)化與自動化、信息網(wǎng)絡(luò)化和協(xié)議統(tǒng)一化得以有效實現(xiàn)，不僅能夠降低工程造價，而且解決了傳統(tǒng)電磁互感器引起的變電運行問題。過程層、間隔層和站控層是智能變電站的主要組成，應(yīng)該保障其數(shù)據(jù)連接通道的通暢性，才能保障數(shù)據(jù)的同步傳輸[1]。與傳統(tǒng)變電站相比較而言，智能變電站在環(huán)保效果上更加優(yōu)越，集成電子設(shè)備的能耗得到控制，充油式互感器也逐漸被電子式互感器取代。對于信息的采集與分析實現(xiàn)了自動化，對信息數(shù)據(jù)進行實施共享，能夠增強系統(tǒng)之間的互動，增強電力系統(tǒng)的運行可靠性。

2 智能變電站繼電保護技術(shù)的問題

以傳統(tǒng)變電站為基礎(chǔ)建設(shè)智能變電站，通常是采用擴建或者改建的方式，其存在較多的設(shè)備與較大的資源消耗，限制了其智能化水平的提升。往往受到技術(shù)與設(shè)備因素的限制，導(dǎo)致智能變電站的實際應(yīng)用效果難以達到預(yù)期[2]。智能化連接在站內(nèi)設(shè)備端口中的應(yīng)用還不夠普遍，由于未能對線路與設(shè)備標準統(tǒng)一性進行控制，也會在應(yīng)用中出現(xiàn)不兼容的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)運行安全性受到威脅，同時阻礙檢查工作的實施。由于存在較多的電力設(shè)備，因此對于接口終端連線的要求較高，這會在一定程度上增大工作人員壓力。

3 電力系統(tǒng)中智能變電站的繼電保護技術(shù)應(yīng)用措施

3.1 繼電保護的主要方式

3.1.1 線路繼電保護

在智能變電站當中存在較多類型的線路，保障其運行安全性，是繼電保護的重點內(nèi)容。尤其是智能變電站線路的運行環(huán)境較為復(fù)雜，長期受到外界多種因素的影響，會存在一定的安全隱患。加強對智能變電站的實時監(jiān)控，是線路繼電保護的關(guān)鍵，能夠及時線路的運行情況進行評估與分析，當出現(xiàn)故障時能夠及時響應(yīng)并報警[3]。測控裝置的應(yīng)用，大大提升了故障解決的效率，能夠幫助工作人員及時定位故障位置與類型并采取針對性解決措施。對線路實時運行狀態(tài)進行采集后，可以向網(wǎng)絡(luò)體系輸送測控數(shù)據(jù)并在完成分析后得出結(jié)果，在繼電保護指令下對線路的運行進行自動化與數(shù)字化控制。

3.1.2 變壓器繼電保護

對于相關(guān)元件的保護，是智能變電站變壓器繼電保護的基本作用。設(shè)置變壓器繼電保護裝置時，需要采用集中安裝的模式完成后備部分的安裝，真正增強繼電保護的性能，增強智能變電站的運行可靠性。非電量保護為變壓器繼電保護的核心模塊，在使用時需要連接繼電保護裝置和電纜。當外界干擾因素對變壓器的運行產(chǎn)生影響時，非電量保護模塊切換至跳閘狀態(tài)，當跳閘指令發(fā)出后就能夠?qū)崿F(xiàn)對線路的保護，防止重大故障的出現(xiàn)。因此，變壓器的繼電保護是對變壓器和線路的雙重保護。

3.1.3 過流電限定保護

電流過載因素會對智能變電站的運行造成影響，進而引起電力系統(tǒng)的外部斷路情況，外部故障主要是由超負荷電流所引發(fā)，導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘問題。過流電限定保護的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對智能變電站電路的有效保護，當出現(xiàn)超負荷電流狀況時，變電站智能終端及時接收警報，智能系統(tǒng)自動采取相應(yīng)的保護措施，防止電力事故的發(fā)生。

3.2 繼電保護的技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 常見濾波算法

噪聲信號存在于電流信號和電壓信號當中，在對其進行過濾時運用濾波算法，保留基波與諧波。其中，卡爾曼濾波算法和傅里葉濾波算法是兩種常用的濾波算法。在高次諧波的濾波當中，通常會采用傅里葉濾波算法，對于頻率分量的提取主要依靠余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的正交函數(shù)性質(zhì)[4]?？柭鼮V波算法具有線性濾波的特點，保障了求解的便捷性且占用內(nèi)存較少，因此在繼電保護算法中的應(yīng)用十分廣泛。對于故障信號基波分量的計算可以通過卡爾曼濾波算法實現(xiàn)，在此過程中需要建立電壓模型與電流模型。

3.2.2 仿真實驗分析與小波多尺度分析應(yīng)用

仿真模型的構(gòu)建需要以MATLAB/simulink軟件環(huán)境為基礎(chǔ)，對濾波算法的可行性加以驗證，在此過程中應(yīng)該根據(jù)實際情況設(shè)置線路部分參數(shù)、頻率、電源內(nèi)阻和三相電源電壓參數(shù)等。對比卡爾曼濾波結(jié)果和傅里葉濾波結(jié)果，前者的效果更佳，但是會受到噪聲情況的影響，對信號處理造成干擾。在預(yù)處理信號時運用小波多尺度分析的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對卡爾曼濾波算法上述問題的處理，明確信號異常點并濾除信號的暫態(tài)噪聲，促進算法效率的提升[5]。在此過程中需要建立觀測模型。采用多尺度分析的形式，能夠獲得平滑信號與細節(jié)信號。

3.2.3 站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

數(shù)據(jù)的處理除了需要借助于濾波算法外，還應(yīng)該保障良好的傳輸通道，明確其通信組網(wǎng)方式，增強設(shè)備信息交互的實時性。在智能變電站的運行當中，通信系統(tǒng)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信息向標準網(wǎng)絡(luò)信息的快速轉(zhuǎn)換。在監(jiān)測保護智能變電站的設(shè)備時，則主要以相關(guān)標準化信息為依據(jù)，同時能夠保障信息交互的實時性特點。在設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)時，通常采用了IEC61850標準，應(yīng)該科學(xué)化設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以增強繼電保護實際效果。過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備的通信，主要是借助于過程層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，作為通信系統(tǒng)的重要核心設(shè)備，繼電保護裝置能夠?qū)χ悄軉卧秃喜卧M行高效化管理。通過信息交互的方式，裝置可以快速獲取單元狀態(tài)信息，在完成判斷后進行自動化處理。在通信網(wǎng)絡(luò)的運行過程中，不同單元之前的互信也十分關(guān)鍵。站控層網(wǎng)絡(luò)具有較小的流量與規(guī)模，隨著應(yīng)用的驅(qū)動，過程層對通信網(wǎng)絡(luò)的要求也更高，尤其是在當前用電用戶數(shù)量逐漸增加的趨勢下，必須提升過程層設(shè)備的數(shù)量。加強對過程層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制技術(shù)的合理應(yīng)用，滿足電網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，增強智能變電站各類數(shù)據(jù)獲取的實時性。

GOOSE業(yè)務(wù)和SV業(yè)務(wù)，是過程層通信網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)。SV業(yè)務(wù)即采樣值業(yè)務(wù)，能夠向保護裝置當中發(fā)送合并單元信息，比如電流與電壓采樣數(shù)值等。在采集站內(nèi)設(shè)備電氣量時借助于電子式互感器可以快速實現(xiàn)，保護裝置定期獲得實施電氣量。在SV業(yè)務(wù)當中，其具有較大的業(yè)務(wù)量，而且需要保障傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。間隔成和過程層設(shè)備的命令信息傳遞，則主要依靠GOOSE業(yè)務(wù)，包括了跳閘業(yè)務(wù)和心跳業(yè)務(wù)。智能單元和合并單元的狀態(tài)信息發(fā)送給保護裝置屬于心跳業(yè)務(wù)，其具有周期性特點，存在較小的業(yè)務(wù)量且傳輸過程要求較高。故障問題出現(xiàn)在智能變電站設(shè)備當中時，跳閘命令有保護裝置發(fā)送至智能單元，以便其他單元及時做好故障處理的準備[6]。電網(wǎng)業(yè)務(wù)通常是將以太網(wǎng)交換機作為載體，隨著當前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的提升以及對系統(tǒng)運行可靠性要求的提升，應(yīng)該對傳統(tǒng)組網(wǎng)方式進行優(yōu)化，以滿足繼電保護的要求。

3.3 EPON技術(shù)

EPON技術(shù)即無光源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其作為一種單纖雙向系統(tǒng)，主要由光網(wǎng)絡(luò)單元、光配線網(wǎng)絡(luò)和光線路終端構(gòu)成。光配線網(wǎng)絡(luò)由分路器和光纖組成，對光網(wǎng)絡(luò)單元和光線路終端進行連接，同時作為一個間隔節(jié)點存在。光網(wǎng)絡(luò)單元和光線路終端的數(shù)據(jù)傳輸中，借助于分復(fù)用技術(shù)同時進行下發(fā)與上行。在構(gòu)建星型拓撲組網(wǎng)結(jié)構(gòu)時，其網(wǎng)絡(luò)中心由間隔層保護裝置組成，網(wǎng)絡(luò)的間隔節(jié)點由智能單元和合并單元組成，能夠保障數(shù)據(jù)下發(fā)與上行操作的準確性。光纖具有較大的容量，在數(shù)據(jù)同步處理中運用了分復(fù)用技術(shù)，因此能夠在故障發(fā)生時及時向保護裝置發(fā)送信息，智能單元接收保護動作信息后進行跳閘處理，能夠有效防止堵塞問題出現(xiàn)在通信通道當中，真正符合智能變電站的繼電保護特點。保護裝置對星型拓撲結(jié)構(gòu)的通信進行統(tǒng)一調(diào)度，延遲問題容易出現(xiàn)在端與端的通信當中，難以保障突發(fā)故障處理的實時性要求，在今后工作當中也應(yīng)該對其進行逐步優(yōu)化。

4 電力系統(tǒng)中智能變電站的繼電保護設(shè)計優(yōu)化

4.1 安全性優(yōu)化

如前所述，IEC61850標準是智能變電站繼電保護的主要依據(jù)，能夠保障標準的統(tǒng)一性，但是也會導(dǎo)致繼電保護存在局限性。電網(wǎng)環(huán)境處于完全透明的狀態(tài)當中，因此會受到外部威脅的影響，導(dǎo)致智能變電站的信息安全受到威脅。在繼電保護設(shè)計當中，應(yīng)該加強對系統(tǒng)安全的有效防護，防止電力企業(yè)遭受嚴重經(jīng)濟損失。

4.2 可靠性優(yōu)化

數(shù)字化建設(shè)是當前智能變電站發(fā)展的主要趨勢，多種電子設(shè)備在繼電保護中得到廣泛應(yīng)用。尤其是隨著用戶接入數(shù)量的增多，必須提升變電站運行的穩(wěn)定性，切實發(fā)揮電子設(shè)備的性能與優(yōu)勢。應(yīng)該加強對智能變電站運行實際情況的深入分析，保障電子設(shè)備選擇的合理性與實用性，降低外界環(huán)境因素對繼電保護的影響[7]。在應(yīng)用光纜時增強其性能穩(wěn)定性，能夠有效控制外界干擾。電力工作人員應(yīng)該定期開展檢修工作，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的故障隱患，對系統(tǒng)的不合理部分進行優(yōu)化設(shè)計。

4.3 實時性優(yōu)化

實時性是智能變電站繼電保護的基本特點，時延問題容易出現(xiàn)在交換機和合并器鏈路傳播的過程中，這會對保護結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作產(chǎn)生較大影響。因此，智能變電站數(shù)字化互感器的傳輸受到干擾，出現(xiàn)傳輸誤差加大的問題。多種因素都會導(dǎo)致數(shù)字式互感器采樣值傳輸出現(xiàn)抖動，其中交換機和合并器的轉(zhuǎn)發(fā)影響最大，應(yīng)該對其進行合理優(yōu)化，實現(xiàn)對誤差的有效控制。合并器在完成采集器傳輸數(shù)據(jù)信息后，排隊處理以及接收采集器通信階段的等待問題，會引起較大的時延。此外，系統(tǒng)交換機的性能也會產(chǎn)生影響，在進行優(yōu)化時應(yīng)該針對上述幾個方面進行處理。

4.4 同步性優(yōu)化

數(shù)據(jù)同步問題在智能變電站的繼電保護中也十分常見，時間信息存在于合并單元的數(shù)據(jù)采樣信號輸出當中，實現(xiàn)對電氣量相位與幅值誤差的控制，保障數(shù)據(jù)的同步性。為了能夠保障數(shù)據(jù)信息獲取的同步性，應(yīng)該增強繼電保護設(shè)備的性能，防止數(shù)據(jù)誤差由于同步信號丟失而加大。在此過程中應(yīng)該明確過流和過壓保護問題，對同步信號具有加強的要求，保護動作受到同步信號丟失的影響變小。

5 結(jié)語

智能變電站在當前電力行業(yè)的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，是促進我國電力建設(shè)朝著自動化與智能化方向發(fā)展的基礎(chǔ)。在其運行過程中，應(yīng)該加強繼電保護技術(shù)的合理運用，增強變電站的運行安全性與穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)嚴重的故障問題。線路的繼電保護、變壓器的繼電保護和過流電的繼電保護，是當前工作的主要側(cè)重點。在實踐工作當中，應(yīng)該選擇合適的濾波算法，同時加強站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和EPON技術(shù)的融合應(yīng)用，提升智能變電站繼電保護的安全性、可靠性、實時性和同步性。