数字化变电站继电保护装置的配置方案探讨

数字化变电站继电保护装置的配置方案探讨

杨婷婷

国网山西省电力公司晋城供电公司，山西 晋城 048000

摘要：继电保护装置在变电站中属于二次电气设备，能够保护电网中的线路、变压器等设备，一般继电保护装置都是成套设备，位于主控室内的各个屏柜中。在数字变电站中，采用了大量的光纤作为设备间的连接通道，而降低了电缆在数字化变电站中的使用量，这样从变电站的建设成本方面具有较高的经济性，故未来数字变电站的应用范围将会越来越广泛。鉴于此，本文对数字化变电站继电保护装置的配置方案进行分析，以供参考。

关键词：变电站；智能；继电保护；配置

引言

电网的安全运行是电力企业追求的重要目标，继电保护装置在保护电网安全运行方面发挥了重要的作用，具有很重要的地位。变电站中的保护装置的类型较多，涉及到的保护动作原理也存在较大的差异，应该对各套保护装置进行合理的优化配置，保证变电站能够实现数字化、自动化和智能化，提高电力生产的效率。

1数字化变电站概述

数字化变电站和常规的变电站相比，在多个方面都具有更高的性能，能够使得网络通信方式在变电站中得到大量的采用。在数字化变电站中，所采用的网络通信协议一般为61850协议。在变电站中的继电保护装置建模的过程中采用这种协议，可以使得保护装置中的各类信号进行合理的传递和共享，提高了保护动作的效率和可靠性，降低了保护误动的概率。连续信号一般是有合并单元进行采集，主要包括的模拟量包括电流、油温、功率等数据[1]，并通过通信管理机进行上送到主站。离散信号主要是0和1信号，通过数字变电站中的智能终端动作与一次设备，实现对一次设备的远程遥控。

2数字化变电站继电保护中存在的问题

数字化变电站是将变电站的模拟信息数据通过解码转换，翻译为数字信息以进行处理。数字化变电站可以大大提高信息处理的效率，节省更多时间，可以很快查找到需要的信息。现有变电站的信息非常不好储存，尤其是历史年代比较久远的信息，丢失或破损等情况经常发生，而数字化变电站能够有效防止数字信息丢失或者破损。如果将变电站的资源进行共享，并及时整理更新，实现变电站的智能化管理，那么数字化变电站就能拥有自动化的特点，接线比较便捷。查找信息不再费时费力，只需通过数字化提供部分信息，就能查找到信息全貌，这样不仅节省人力资源，更节省了查找信息的人力时间与精力。如果数字化变电站改革能够成功，能够达到的电磁兼容性会更高，变电站会具有更高、更准确的计算测量功能，更安全、更可靠的网络平台，妥善利用可以为变电站带来巨大的经济利益。

3继电保护装置配置方案的优化

3.1在110kV数字化变电站中，继电保护装置主要包括变电站中的各套保护装置，一般而言，设备的保护主要有线路和变压器等。对于各套保护装置，应该合理进行优化配置，这样的好处是各套保护之间可以进行协调运行，不存在较大的保护误动概率。首先在数字变电站中，应该充分利用变电站内的电力监控系统，进行网络通信数据的传输和共享，提高数据交换和共享的程度。继电保护装置中的信号输入和输出可以通过光纤进行数据的传输。其次，在110kV数字化变电站继电保护装置配置方案中，对于不同的设备，由于其具有不同的电气特性，故在保护方面也应该采取不同的策略加以应对。不同的继电保护装置的实现原理也存在较大的差距，应该考虑保护不同的动作逻辑，采用光纤接口替代传统的电缆信号接口，使各个保护装置都能正常发挥相应的功能，这样能够在很大程度上提高电网的安全运行水平。

3.2设备接口的数字化。数字化继电保护装置主要通过纤维来传递信息，装置内部利用纤维传递消息，与外界联系的网络端口接线也都是纤维。使用光纤的宽带网速一般较快，这是因为光纤有高速传递的功能。电子模式互感应器是数字化装置数据采集的主力，电子式的感应器将得到的信息进行进一步的收集、加工，配合更加精密的处理，之后利用装置内部的光纤进行高速传递，而且传递的过程中还会在低压端进行有效地合并单元后再次进行输出，得到更加精准的数据，这是传统继电保护装置做不到的。所以，设备接口的数字化和装置内部使用光纤传递信息是非常有用的，通过此类改造后，数据信息的传递速度得到大幅度提高，同时不再需要信息转化，工作效率向前迈进一大步。

3.3与对点跳闸延时比较。一般多数人会认为因保护网跳闸增设交换机，所以其延时问题会较为严重，更大于对点跳闸延时。然而在实际研究中明确，保护网跳闸延时情况在多数情况下，较之对点跳闸更好。通过对二次设备厂的调查研究，认为主要问题如下。多光口的数据传输，都是由相同CPU处理，并且其需要对各个端口按一定顺序进行处理，从而使得光口报文处理发生延时问题。相对地，网络化传输的过程中，因为设备不需要进行对点跳闸接口设置，同时厂家都会使组网端口位于第一优先位置，所以网络传输跳闸保护的速度较之对点跳闸更为迅速；对点跳闸的各个光口因为CPU需要按顺序进行处理，所以排列在尾段的光口延时相对更长。交换机延时相对较短，进行反应仅需要数十微秒的时间，因此保护网跳闸延时发生较之对点跳闸延时更为短；因为数据端口增加，装置的内部数据进行循环处理的时间上，较之单一端口的处理时间更长，所以保护网跳闸延时更短；通过多个厂商设备的研究发现，光口报文发出的时间差异均在25μs左右，如果将相同的报文发送到17个光口，那么最先将报文发出的时间和最后发出报文时间，差值则为400μs左右。

3.4双重化主变保护配置。当接线方式为双母线接线形式时，不同电压等级侧的智能终、合并单元采用双配套装置，即双重化保护保护配置。为了实现非电量保护从而实现非电量时延，采用直接电缆跳闸的方式。图1所示为双重主变保护配置方案，为了使每套装置都实现主保护和后备保护、各电压等级侧配置符合双重化标准，所以配置了双重化标准的变压器。与单套配置保护类似，对主单元和子单元进行分布式保护，利用断路器通过直接采样直接跳闸的方式实现主变保护，通过GOOSE网络对故障指令进行快速传输，传达至过程层。

图1双重主变保护配置方案示意图

目前，智能终端、非电量保护和主变本体测控单元的整合方案如图2所示。将智能终端、非电量保护和主编本体测控单元整理后放置于户外变电柜中，非电量保护采用硬接线直条的方式，用光纤连接方式构成GOOSE网络实现信息在过程层和间隔层之间的传输。

图2智能终端、非电量保护和主变本体测控单元的整合方案

结束语

电力发展与人民生活息息相关，随着社会经济的发展和科学技术的进步，人们的生活水平逐渐提高，对电网质量也有了更高的要求。电力行业正进行着数字化改革，使变电站的继电保护更加数字化，使数字化变电站的运行过程和运行环境更加有保障。提高数字化变电站继电保护能力的水平和进行继电保护适应性的改革已经成为了电力部门的重中之重，如果完成此目标，我国的电力行业又将向前迈进一大步。

参考文献

[1]孙宏斌.智能变电站继电保护装置自动测试系统的分析[J].机械管理开发,2019,34(12):124-125.

[2]莫如发.基于智能化变电站继电保护调试经验分析及总结[J].电子世界,2019(24):83-84.

[3]吴旭东.智能变电站线路保护测控装置的应用设计[J].工程建设与设计,2019(24):40-41.

[4]陈尧勋.智能变电站的继电保护措施分析[J].集成电路应用,2020,37(01):82-83.

[5]吕星.继电保护技术原则在变电站二次设计中的应用[J].时代农机,2019,46(12):78-79.

[6]张清华.智能变电站继电保护系统可靠性探究[J].通信电源技术,2019,36(12):260-261+263.