申麗圓

摘 要 一直以來，我國都是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，人們?cè)谶M(jìn)行生產(chǎn)和生活活動(dòng)的過程中，通常是很難離開電力資源的應(yīng)用，我國人民的實(shí)際需求越來越高，因此變電站也需要不斷提升自身的供電能力，并結(jié)合市場(chǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)的改革和完善。在變電站整個(gè)系統(tǒng)的具體運(yùn)行中，繼電保護(hù)的作用是不容忽視的，所以對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行研究和分析是十分有必要的一項(xiàng)工作。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化變電站 繼電保護(hù) 自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）03-0011-02

在配電網(wǎng)絡(luò)中，變電站的主要作用就是能夠在用戶與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間建立起相應(yīng)的聯(lián)系，在實(shí)際工作中，為了能夠?qū)﹄娔艿馁|(zhì)量展開實(shí)時(shí)的控制，首先就需要對(duì)變電站的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而在最大程度上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最高運(yùn)行效率?，F(xiàn)階段，我國的最為常見的幾種中低壓變電站主要包括：220千伏、110千伏、10千伏。變電站的主要功能不僅能是為了保證電能的質(zhì)量，而且還具備很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，所以在相關(guān)領(lǐng)域中得到了大范圍的應(yīng)用。

1 繼電保護(hù)的基本原理

在變電站中，繼電保護(hù)裝置的作用是不可小覷的，其主要功能是利用電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障前后的電氣物理量的實(shí)際變化情況，并依據(jù)相關(guān)的原理有效實(shí)現(xiàn)的。在電力系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程中，往往會(huì)在故障出現(xiàn)以后，其前后電氣物理量就會(huì)發(fā)生巨大的改變，最為突出的體現(xiàn)就是電流開始逐漸增大，電壓也會(huì)隨之降低、測(cè)量阻抗產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)以及電流與電壓之間的相位角出現(xiàn)很嚴(yán)重的差距。通過一系列相應(yīng)的變化，繼電保護(hù)裝置也會(huì)隨之構(gòu)成相應(yīng)的繼電保護(hù)措施，例如母線繼電保護(hù)、變壓器繼電保護(hù)、發(fā)電機(jī)機(jī)電保護(hù)等等。

2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)

2.1 接線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了能夠保證生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性，就必須要確保電力系統(tǒng)能夠始終保持正常運(yùn)行的狀態(tài)，在對(duì)電纜進(jìn)行整體不就的過程中也要遵循一定的規(guī)則，使其能夠更好地發(fā)揮出自身餓價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電設(shè)備的保護(hù)。同時(shí)，還能夠有效達(dá)到生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性以及科學(xué)性的目的。在整個(gè)供電系統(tǒng)中，主接線主要涵蓋了單母線、單母線分段以及橋型接法。在實(shí)際運(yùn)用中，如果煤礦供電系統(tǒng)是35千伏，就可以選擇相應(yīng)的單母線連接手段。這樣的連接方式的特點(diǎn)在于：第一，利用斷路器將母線劃分成兩個(gè)部分。而且要保證兩部分的長度相同，之后將變電站的負(fù)荷也分成兩部分，與之前的兩段母線進(jìn)行連接，這樣如果煤礦中的用電設(shè)備中出現(xiàn)隱患或者突發(fā)停電狀況時(shí)，相應(yīng)的母線上的負(fù)荷就會(huì)轉(zhuǎn)移，進(jìn)而在最大程度上減少其對(duì)煤礦的影響，確保重要負(fù)荷能夠有效發(fā)揮自身的作用，進(jìn)行持續(xù)供電，進(jìn)而使系統(tǒng)供電能夠更加安全;第二，在進(jìn)行設(shè)備的檢修過程中，為了能夠使其操作性變得靈活，可以選擇將兩路負(fù)荷與相對(duì)應(yīng)的母線進(jìn)行連接;第三，該設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，而且性價(jià)比較高，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)也能夠在第一時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)切換[1]。

2.2 提高系統(tǒng)冗余性

這也是能夠保證繼電系統(tǒng)安全性和可靠性的最有效措施，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行論述：可以有效通過以太網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)鏈的相關(guān)技術(shù)手段對(duì)變電站的具體運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控;在三個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同下，形成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的需求。在這個(gè)過程中，交換機(jī)成為促進(jìn)總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ?，也能有效減少接線的作用，缺點(diǎn)就是其冗余度相對(duì)較差，所以當(dāng)真正投入使用時(shí)，為了提升其敏感度可以將時(shí)間進(jìn)行延長，促進(jìn)冗余度的增強(qiáng);外環(huán)結(jié)構(gòu)上涉及到的構(gòu)建也能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)冗余度的增強(qiáng)，一旦實(shí)現(xiàn)了與以太網(wǎng)的結(jié)合，就能夠成型相應(yīng)的樹協(xié)議，這也是能夠增強(qiáng)冗余度的最有效的一種方式，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)在相應(yīng)的時(shí)間和范圍內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的把控，但是要引起關(guān)注的是，外環(huán)結(jié)構(gòu)在使用的過程中會(huì)消耗比較長的時(shí)間，任務(wù)完成的速度也會(huì)相對(duì)更慢，而且還既有可能影響到系統(tǒng)重構(gòu)的效果;與之相比較，新型結(jié)構(gòu)等待的時(shí)間則會(huì)更短一些，因此會(huì)在一些比較高的場(chǎng)合用到頻率比較多，而且不存在冗余度，但是其最大的弊端就在于一旦主交換機(jī)的過程中產(chǎn)生了問題，就會(huì)直接影響到信息的傳送，同時(shí)也會(huì)使可靠性大幅度降低，所以這種方式并不適合應(yīng)用和推廣。要想從根本上保證變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，就必須要加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)冗余度的提升。因此，在機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的選擇過程中，就要充分結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，并對(duì)不同架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比、分析，進(jìn)而選擇出最適合的架構(gòu)。另外，鑒于環(huán)形結(jié)構(gòu)本身就具備極強(qiáng)的可靠性，所以如果將其有效的應(yīng)用到母線的保護(hù)裝置中，就能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的增強(qiáng)。

2.3 電子交互感器

在與以往的互感器比較中發(fā)現(xiàn)，其在絕緣方面的設(shè)計(jì)來說相對(duì)比較簡(jiǎn)單，而且其中也沒有涉及到任何油類的易燃物質(zhì)，這就會(huì)在很大程度上避免火災(zāi)的發(fā)生，進(jìn)而使得繼電保護(hù)系統(tǒng)整體的安全性都得到了全面的提升。除此之外，電子交互感應(yīng)器通常是利用光纜與線纜進(jìn)行連接，這也是與傳統(tǒng)線纜的最大區(qū)別，在進(jìn)行這類電纜的更換過程中，也能夠很好地避免互感器在工作狀態(tài)下的電磁飽和現(xiàn)象，這對(duì)提升測(cè)量的精準(zhǔn)度是非常有幫助的[2]。

3 自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通常是由站控層、間隔層以及過程層共同組成。其中，處在變電站自動(dòng)化最關(guān)鍵位置的就是站控層，其主要功能是可以及時(shí)向操作單位進(jìn)行指令的傳達(dá)，并且能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)工作狀態(tài)下的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在這個(gè)過程中，監(jiān)控主機(jī)主要通過與各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接;在變電站中，處于間隔層的區(qū)域，中低壓線路負(fù)荷決定著整個(gè)生產(chǎn)過程的安全性，因此要對(duì)整體的單元設(shè)備實(shí)時(shí)具體的監(jiān)控管理，并收集設(shè)備在工作狀態(tài)下的各項(xiàng)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其進(jìn)行控制。在過程中，通過相關(guān)型號(hào)單元的處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流和電壓等的感應(yīng)控制，同時(shí)再通過IEC16850協(xié)議，將一些準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，利用ML2400網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通。最后通過這是三個(gè)層面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的協(xié)同配合與優(yōu)化，達(dá)到變電站的自動(dòng)化水平。

3.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用，可以有效將傳統(tǒng)中的定期檢修慢慢過渡到維修檢修，并將以往的定期檢修的相關(guān)流程和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善和創(chuàng)新，這樣既能夠提升工作效率，又能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人力資源和物力資源的有效節(jié)約。通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)行設(shè)備展開實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以在很大程度上縮短故障維修過程中所耗費(fèi)的時(shí)間，確保設(shè)備能夠在最短的時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)正常的使用狀態(tài)，此外，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，也可以有效檢測(cè)到設(shè)備異常以及事故等的初期征兆，為設(shè)備的正常、平穩(wěn)運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支持和保障。現(xiàn)階段，在我國變電站的很多設(shè)備上，都在大范圍的運(yùn)用狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)在未來的發(fā)展中也必將得到更大程度的推廣。

3.3 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)選型功能

在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，如果要將其自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)充分體現(xiàn)出來，就必須要在構(gòu)建功能模塊的過程中適當(dāng)?shù)娜谌胍恍?shù)據(jù)庫的相關(guān)技術(shù)，對(duì)變電站設(shè)備、系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)、記錄，并且要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合。當(dāng)前階段，在我國的大部分變電站中，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用不是很常見，主要原因就是在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，必須要通過工作人員的手動(dòng)輸入才能實(shí)現(xiàn)對(duì)維修數(shù)據(jù)的比對(duì)等，當(dāng)系統(tǒng)中的感應(yīng)器可以對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行分類識(shí)別時(shí)，其就能夠通過與數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)的對(duì)比，判斷這些參數(shù)值是否超出了數(shù)據(jù)值的額定范圍，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)等的故障進(jìn)行判斷、分析，然后找出故障產(chǎn)生的主要原因。在變電站設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工作中，如果產(chǎn)生了電磁波，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行造成了一定的干擾，就需要通過數(shù)字化功能，將數(shù)字信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)中，并通過系統(tǒng)所具備的自動(dòng)處理功能，針對(duì)設(shè)備中發(fā)出的控制指令進(jìn)行合理的控制和調(diào)整。在這個(gè)完整的過程中，要做好合理的網(wǎng)絡(luò)選型，并明確以上功能都是可以挺過網(wǎng)絡(luò)選型的功能實(shí)現(xiàn)的，合理的網(wǎng)絡(luò)選型一方面能夠提升信號(hào)的整體傳輸速度，另一方面還能夠有效保證設(shè)備、系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。為了能夠?qū)υ摷夹g(shù)進(jìn)行合理的優(yōu)化，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)字化的實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)極端就要重策略的科學(xué)性，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格把控通行插件的質(zhì)量，提升系統(tǒng)的兼容性，使其更好地實(shí)現(xiàn)在與網(wǎng)絡(luò)選型技術(shù)的融合下，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化。

3.4 數(shù)據(jù)通信功能

數(shù)據(jù)的通信功能中，最為常見的兩種方式一種是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信，另一種是遠(yuǎn)方通信。鑒于數(shù)字化變電場(chǎng)與普通的環(huán)境之間存在著一定的差異，在站內(nèi)的電磁環(huán)境更是相對(duì)復(fù)雜，所以很容易會(huì)對(duì)通信設(shè)備或者計(jì)算機(jī)造成影響。因此要科學(xué)的選擇通信設(shè)備，并及時(shí)采取相應(yīng)的防范手段，以此來實(shí)現(xiàn)通信的正常運(yùn)行，防止傳輸錯(cuò)誤的發(fā)生。

4 結(jié)語

當(dāng)前，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，數(shù)字化變電站是其中最受關(guān)注的一部分，繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)智能變電站來說是極為重要的一項(xiàng)技術(shù)，并且能夠從根本上保證變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)背景下，相關(guān)的技術(shù)人員也要重視數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的重要性，并針對(duì)一些常見的問題，采取科學(xué)的手段及時(shí)進(jìn)行解決，保證數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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