数字化智能变电站继电保护研究

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摘要：随着电力技术的发展，为实现电力流、信息流、业务流三流合一，数字化智能变电站建设已成为当今电网建设的重点。文章分析了数字变电站的结构，在此基础上研究了数字变电站对继电保护工作的新要求，提出了继电保护测试工作的改进措施。

关键词：数字化智能变电站；继电保护；电网自动化

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）33-0036-03

我国从2006年建成第一座数字化变电站至今已有六年时间，在实际运行中，数字化变电站突显出节约土地和电缆，使内部监控网模块化、规范化，高效、稳定等诸多优点，为实现电力生产现代化提供了及时科学的网络信息和决策依据，对我国变电站的运行管理产生了深远影响。同时，智能变电站对继电保护工作提出了很多新要求，之前一直沿用的二次回路将推出应用。基于此，文章分析了数字变电站的结构，在此基础上研究了数字变电站对继电保护工作提出了哪些新要求，并提出了继电保护工作的改进措施。

1 数字化智能变电站结构分析

数字化变电站是以智能化一次设备和网络化二次设备为数字化对象，以IEC61850通信规范为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并具有继电保护、数据管理等功能的现代化变电站。数字化变电站从逻辑结构上可以分为三个层次，即过程层、间隔层、站控层，如图1所示：

图1 数字化变电站网架结构图

1.1 过程层

过程层是智能化电气设备的智能化部分，该层设备一般包括合并单元、智能终端和接口设备，其核心设备是交换机，上面连接间隔层的LED设备，下边连接过程层的智能借口和合升器，因而其主要作用是将一次设备与二次设备结合，并具备以下三项功能：第一，检测电力运行的实时电气量，检测内容主要有电流、电压幅值、相位、谐波分量，并由交换机和网络传送模拟量和开关量，以网络交互式传递信息；第二，监测运行设备的状态参数，主要是监测变压器、隔离开关、断路器、母线、电抗器、电容器、直流电源系统等设备的压力、温度、绝缘、工作状态等；第三，执行和驱动操作控制，包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、隔离开关合分控制，直流电源充放电控制。

1.2 间隔层

间隔层设备包括保护装置、智能测控装置与接入其他智能设备的规约转换设备等。间隔层通信网采用星型网络架构，功能主要有：对一次设备进行保护和控制；采集汇总本间隔过程层实时数据信息；推进本间隔操作闭锁功能；对统计运算、数据采集及控制命令的发出具有优先级别的控制；开展操作同期及其他控制功能；实施承上启下的通信

功能。

1.3 站控层

站控层的主要设备是主机、远动装置、规约转换器、公用测控装置、微机五防机等。其主要功能是：汇总全站实时数据信息，刷新数据库；传送信息至调度监控中心并接受其指令，转向间隔层和过程层去执行；全站操作闭锁控制；站内当地监控、人机联系；对间隔层、过程层诸设备实现在线维护、在线组态和在线修改参数。

2 数字变电站对继电保护工作的新要求

与传统变电站相比，智能化变电站各保护装置采用了统一的IEC61850通信规范、GOOSE通信机制、电子式互感器等关键技术，二次系统不再是以往的模拟量构建的回路，数字化、智能化、网络化系统的应用使得继电保护工作面临新要求和新变化。

2.1 继电保护人才需向复合型转变

传统继电保护装置是由物理接线连接的，工作方式是由测试人员使用测试仪输出模拟信号到继电保护装置的模拟量输入回路，同时也可以输出开关量到保护装置的开关量输入回路，保护经过故障计算后满足动作判据输出跳闸命令，驱动出口继电器。而数字化变电站由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，一次设备采集信息后立即被转换为数字量，通过光缆上传到测控保护装置。这就对工作人员的素质提出了更高要求，除了要熟悉继电保护原理等专业技术外，还要求掌握IEC61850通信技术等。

2.2 继电保护管理模式需要更新

由于智能电网具有高度智能化，原有管理模式跟不上节奏，已经暴露出很多问题，因此需要设计出符合这一新特点的管理模式。数字化变电站运行管理的内容更加复杂，例如数据信息分层、电力运行数据和状态统计分析、分析处理故障、将定期检修改为状态检修等。因而需要转变管理思路，具有超前意识，结合智能电网和智能变电站建设的目标提前准备，积极应对，结合各变电站具体情况制定出适合自己的管理模式。

2.3 需采用数字化测试装置完成检测工作

在数字化变电站中，可以通过EVT和ECT直接将数字量信号输出或者将数字量信号直接变为数字化开关量信号。保护装置通过网络采集电子互感器的数字量信号，还可采集智能操作单元的数字化开关量信号，并能对智能操作单元实现数字控制。数字化变电站继电保护的特点决定了传统的输出电压、电流等模拟信号量的继电保护测试装置无法完成对采集数字信号量的数字化保护装置的测试工作，因而需要采用数字化测试装置完成数字变电站继电保护装置的检测工作。

3 数字化智能变电站继电保护测试研究

3.1 构建数字化保护测试系统

数字化继电保护装置具有较高的测试需求，现有测试设备尚存在很多不足，需要进一步加强对测试技术的研究，以能够进行数字化闭环测试。随着变电站数字化建设的实现，基于IEC61850通信规范的继电保护装置测试技术首先应支持网络通讯，符合IEC61850标准，具备保护、对外通信、信息输入、记录、显示、打印以及能够完成继电保护装置测试等强大功能。为提高变电站的可靠性和稳定性，对二次设备闭环系统测试进行研究是很有必要的，研究重点主要是IEC61850数字化变电站继电保护装置的闭环系统测试。

数字化保护测试系统以全数字仿真装置为核心设备，使用PWF-2T光数据接口，既能将输出的弱电压信号转换为标准报文并通过光纤传送到待测数字继电保护设备中，也能接收数字继电保护设备发出的GOOSE动作信号并加以解析，将解析后的开关模拟量信号反馈到ADPSS，从而形成数字继电保护装置闭环测试系统。

3.2 站内继电保护的测试检验

智能变电站中保护装置的连接介质为光纤，信息传递采用网络交互式，因而需采用新的测试方法，检验内容主要有：光纤以太网的性能测试：主要是测试光纤以太网通道的误码率和光收发器件功率，以验证其是否正确可靠，测试仪器主要有网络分析仪，网络负载模拟器和网络仿真分析软件；跨间隔数据同步性测试：由于智能电网采用光数字电压和电流信号的输入方式，因而跨间隔数据同步性测试十分必要，主要是变压器差动保护和母线差动保护数据同步性验证；合并单元与智能单元性能测试，这一测试的主要目的是验证合并单元能否正确发送数字信号，只有单元能上传与接收报文，才能下达正确的控制命令对一次设备进行操作。

综上，随着数字化智能变电站的建设，继电保护技术需进一步发展到综合自动化水平。本文通过分析数字变电站的结构特点，简单论述了继电保护测试系统构建和站内继电保护的测试检验，以期区别于传统继电保护装置。

参考文献

[1] 李先妹，等.数字化变电站继电保护测试技术的分析研究[J].电力系统保护与控制，2012，40（3）.

[2] 李凯乐.数字化变电站继电保护技术探究[J].中国新技术新产品，2012，（16）.

[3] 黄伟平.数字化变电站继电保护装置测试技术分析[J].民营科技，2012，（1）.

作者简介：唐荣泉（1985-），男，四川资中人，内江电业局监控中心值班长，助理工程师，研究方向：变电运行。