关于电力系统中智能变电站的继电保护技术

关于电力系统中智能变电站的继电保护技术

刘尊州

(南京南瑞继保电气有限公司江苏南京210000)

摘要：作为电网中重要的组成部分之一，变电站必须安全，可靠、稳定，因为这直接影响到电网是否能正常运行。随着计算机通信和人工智能等技术的不断完善和发展，自动化已成为变电站继电保护的发展方向，在变电站智能化发展中起着越来越重要的作用。

关键词：电力系统；智能变电站；继电保护技术；系统

1智能变电站技术及继电保护技术

1.1智能变电站概述

一般来说，我们所说的智能变电站技术是指：一种利用数字化和自动化技术确保变电站信息实现高效采集与传输的技术，作为我国电网建设发展的重要方向，智能变电站技术促进了协议统一化、信息网络化、设备智能化、运行自动化以及网络化的有效实现。通过运用智能变电站技术，工程造价得以有效降低，传统变电站电磁互感器相关问题也得到了有效解决，电力技术实现了新的发展。相关研究表明，智能变电站包含了三个层面：过程层、间隔层以及站控层，只有将这三个层面建立起相应的数据连接通道，才可以实现数据的同步，而确保数据稳定的关键在于变电站中的过程层。

1.2智能变电站继电保护技术

智能变电站继电保护中的数据采集、传输和处理工作主要是依靠继电保护技术中的软硬件条件。数字核心部件是智能变电站继电保护技术的关键，数字核心部件相当于一台小型计算机，其能够有效的对多个变电站继电保护控件进行高效的控制与处理；此外，模拟量输入接口控件也是继电保护装置的一个重要部件，它实现了以信息采集为重要条件的计算机与外部控件的相互连接。

2智能变电站继电保护架构体系

与传统变电站相比，智能变电站继电保护采用过程层网络为中心的架构，以IEC61850为其通信标准，主要包括以下5个方面。

（1）智能变电站继电保护“三层两网”架构智能变电站按照功能在逻辑上划分为3层，分别为站控层、间隔层和过程层，两两之间分别构成站控层网络与过程层网络，如图1所示,对继电保护而言，站控层网络传输整定值召唤、修改和录波文件传送等，而过程层网络传输采样值、开关状态量、跳闸和闭锁等信号，实时性与可靠性备受考验，是智能变电站继电保护关注的重要性能。

图1智能变电站“三层两网”架构

（2）IEC61850标准体系

IEC61850标准是智能变电站继电保护网络与通信遵循的规则。在模型上，以传统继电保护装置功能为单位划分逻辑设备，一个实体设备可包含多个逻辑设备，以基本功能单元划分逻辑节点，如跳闸回路、保护算法和采样值处理等节点；在通信协议上，IEC61850按照通信服务的类型及性能要求映射特定通信协议，如SV/GOOSE通信为保证实时性传输层与网络层协议映射为空；在数据上，IEC61850详细划分继电保护基本数据类，覆盖现有的继电保护使用数据，并提供了扩展数据类的方法。

（3）基于数据帧传输的运行机制

传统变电站继电保护装置有专门采样和命令信号通道，传输延时由装置处理速率与通道

固定时延构成，相对固定。而智能变电站继电保护的采样值传输、开关状态量获取、跳闸指令下达等通过以太网数据帧形式，以交换机及光纤为介质，由过程层网络执行通信，如图2所示。因此，智能变电站继电保护运行高度依赖过程层网络，网络性能构成对继电保护“四性”的约束，过程层网络规划设计及调度策略尤其重要。

图2基于数据帧传输的继电保护控制流程

（4）模块化的保护功能组织形态

区别于传统变电站以装置为中心的继电保护组织形态，由于过程层网络实现跨间隔跨专业信息共享，智能变电站继电保护以保护功能模块化为理念的灵活组态形式，“集中”或者“分散”的保护实现形式不依赖于装置而是取决于保护需求与网络性能。继电保护模块化灵活组态意味着保护功能可以存在于具备条件的保护装置中，互为热备用。

（5）高精度全网统一的网络同步对时系统

传统变电站继电保护采用IRIG-B码或者光纤方式对时同步。而智能变电站网络化运行模式下，IRIG-B码或者光纤直连方式不能满足继电保护应用需求，因为两种传统对时方式需要专门的传输通道，与智能变电站网络共享信息与资源的发展趋势相悖；IRIG-B码对时同步是单向放射性对时系统，可靠性不足，易受链路状态影响。智能变电站继电保护需要高精度全网统一网络对时方式，一方面能充分发挥网络对时方式灵活的特点，另一方面又能利用冗余通信网络高可靠性与实时监测的优势。

3智能变电站技术对继电保护的影响

相比于传统的变电站，智能变电站技术对继电保护的影响，主要有以下几个方面：

（1）由电磁式互感器转变为电子式互感器，继电保护源数据的性质发生了变化。这就

需要对电磁互感器传变特性设计的一些算法以及整定原则做出相应的调整和改善；还需要对电子式互感器采样就地数字化可能造成的数据同步、延迟等问题进行评估。

（2）二次信息的网络传输代替了传统的二次电缆硬连接，改变了继电保护数据的传输方式，二次信息的网络传输实现了设备的信息共享，使跨间隔保护更加便捷，能够实现继电保护的跨间隔以及跨电站；另外，网络化传输提升了数据保护的实时性和可靠性。

（3）继电保护数据的处理和利用方式发生了变化：智能变电站中，IEC61850的应用实现了不同设备间的互联、互通、互操作甚至是互换，这就促成IED设备和二次信息的分离。

4结束语

智能变电站是智能电网建设的核心环节，基于以上背景和思考，有必要开展对智能变电站新技术条件下继电保护的新原理、组织模式、架构体系的研究，解决智能变电站技术发展、实施及推广过程中关键性技术，满足电网安全稳定运行对于继电保护的要求，确保继电保护技术发展方向的正确性、科学性以及前瞻性。

参考文献：

[1]洪鸣.基于智能变电站的继电保护分析[J].中国电业（技术版）,2013(09).

[2]肖虎,缪玉生.智能电网中继电保护技术的应用分析[J].科技创新与应用,2014(35):132.