智能变电站继电保护分析及异常情况处理

智能变电站继电保护分析及异常情况处理

龚志明

珠海电力建设工程有限公司

摘要：自动化技术是高新技术当中普及率比较高的一种，将自动化技术和继电保护技术结合起来，是未来一段时间确保电力系统稳定运行的必然选择。从实际情况来看，继电保护自动化技术在电力系统中的应用确实发挥了应有的作用，但是其具体的应用细节还不够清晰，这方面的研究，可谓是势在必行。

关键词：智能变电站；继电保护；异常情况处理

引言

变电站的自动化综合设计本质是为了提升变电站的安全性和可靠性，同时降低运行过程的风险，保障电能供应质量。而通过功能组合和优化设计之后，能够借助先进的计算机技术和通信技术等强化系统的操作能力和判断能力。近年来我国大多数变电站精密自动化改造阶段完成了二次回路综合设计，本次研究也将围绕二次继电保护改造工程当中的回路问题采取相应的技术检验和监控监测措施。

1智能变电站概述

智能变电站一次基于传统变电站，使用数字平台，采用IEC61850标准，然后以通信规范和相关理论知识为参考信息，实现变电站内部信息与外部设备的共享与协作。由于变电站的高度集成性，通过一些智能操作、通信以及运维集成，大大提高整个电力系统的运行质量和效率。以网络通信技术为中心，还可以对电站设备进行实时控制，科学的运行管理可以提高整个变电站的效率，为电力企业的可持续发展做出贡献。在运行过程下，智能变电站继电保护过程中存在一些危险，一次体现在：（1）当GOOSE保护装置的接收软件板出现问题时，例如漏投问题，保护装置将无法继续处理其他设备发送的GOOSE信号，这很容易导致拒动故障。（2）如果保护装置的GOOSE漏投，则该装置不会将GOOSE信号发送到其他相关装置，也就是说无法发送命令来控制软压板。（3）保护装置中的SV软压板也可能会出现漏投的问题，这个问题相应的合并单元将不会执行逻辑运算，同样保护装置将拒动或误动，无法正常工作。（4）如果保护装置的软压板有漏投问题，则保护装置没有相应的功能。（5）在实际工作中，如果开关中智能终端的检修压板不能正常工作，则仅当其处于保护工作状态时，才不会进行跳闸操作，否则可能导致严重事故。（6）保护装置检修压板误投时，保护装置很容易失去其原有功能，并且也将进行封闭操作。在这种情况下，事故也将很严重。这些危险隐患将极大地影响智能变电站的正常运行状况，甚至会对社会的整体稳定产生负面影响。因此，如何管理这些危险因素已成为智能变电站继电保护运维防误技术研究及应用的重点。

2智能变电站继电保护工作的重要作用

1. 智能变电站中拥有大量的电气设备。此类设备的运行稳定性与变电站的稳定性相关。如果变电站中的某些设备出现故障，可能会产生连带影响。继电保护装置能够及时发现运行过程中出现的故障，并及时从电路中切除，确保整个电路运行的稳定性。继电保护工作能够实时监控变电还在那的运行情况，在设备故障时向着距离最近的断路器发出跳闸指令，确保变电站工作的稳定性与安全性。

2. 在电气设备工作出现异常时，继电保护工作能够根据运行实际情况发出相应的信号信息，确保工作人员能够及时采取有效措施处理，争取在短时间内快速解决安全隐患，确保变电站内设备的正常运行。运用继电保护装置能够完成远程自动化控制的目标，通过自动重合闸、备用电源及遥测设施完成远程控制。

3智能变电站继电保护存在的问题

3.1继电保护运行中的电压问题

（1）当系统中不存在电压，或同期重合闸线路的检测是继电保护装置的重要组成部分，同样也是电力系统在实际运行时需要重点关注的内容。当各个主变压均不满足其自身的充电条件时，必然会导致电力系统在运行中出现继电保护的相关问题，这不仅影响着系统运行的稳定性，也在很大程度上左右其长期运行的安全性。（2）继电保护触点方面的问题在继电保护中需要重点关注的就是其触点问题，结合相关实践操作和理论研究表明，继电器触点受多方面因素的影响，是一个复杂的耦合性问题。例如，继电器在运行过程中，自身的工作频率、工作器件的材质、工作电压以及负载等参数都会导致触点问题的出现，而且各个因素之间还存在一定联系和相互限制，所以继电器的触点问题十分复杂。（3）继电保护装置在数据收集上的问题在继电保护运行中，系统的数据是根据系统所处工况发生实时变化的，继电保护装置的数据采集组件可以对数据进行精确采集，并且将采集到的数据以数字信号的形式上传至微机装置，控制器需要根据相关的计算逻辑对数据进行处理和分析，将分析结果进行输出或者作为其他操作指令的判定标准。

3.2继电器保护方面不健全

在电力系统中，继电保护装置主要通过断开故障元件来实现断电，这样可以极大地避免因故障而出现大面积停电事故，从而保证其他设备正常运转。在保护装置中，继电保护单元是一个非常重要的组成单元，可以借助自动化装置对控制单元提供相应的保护，从而能够有效地缩短电力故障对系统产生干扰，最快速度恢复供电，由此可以看出继电保护装置可以保障系统的高效运行。但是，通常情况下继电保护装置往往存在一定的隐形故障，若出现故障将对电力系统起不到相应的保护。

4继电保护隐性故障的处理措施

4.1进行对隐性故障的科学检测

结合上文可以得知，继电保护隐性故障具有较强的不确定性，只有在电力系统出现一定的峰值波动时才会比较明显的表现出来，这意味着仅采用常规化的监测手段很难有效的检测出这种故障，即便使用离线式检测也很难实现对隐性故障的实时监控。在这种情况下，要等到隐性故障真正暴露出存在特性之后，再采取切实可行的技术措施对继电保护系统进行监控，尤其要注重对脆弱性区域和脆弱性指数的观察，从而达到降低故障发生几率的目的。在具体的工作中，可在变电站内安设智能化监控系统，要对容易出现隐性故障的位置进行重点的监控，期间需要合理的调节监控设备的接收信号和继电器接收信号，确保两者保持较高的一致性，这样才能帮助工作人员全方位的监控到继电器的运行情况。通过深入的分析所得出的监控信号和设备的各项性能，根据分析结果对系统中设备的数量做出合理化的调整，据此来鉴别隐性故障的发生几率或发生位置，从而提高故障检测的精准性，争取做到防患于未然。

4.2装置就地操作防误技术的应用

就地防误技术的目的是简化运维人员的工作，并避免发送一些错误的控制命令。在对所有防误因素的综合分析中，防误技术可以分为三个不同的阶段。首先，在操作设备时，操作和运维人员必须按照相关规定应用控制因素要求，全面的分析可以提高就地装置的应用性能的因素。其次，在实际操作中，相关人员可以从设备中的一些现象入手，并根据实际情况选择适当的防误技术，以协调不同设备之间的关系。第三，在就地操作阶段，操作员必须详细讨论设备中的一些自动控制技术，然后根据控制指令进行相关工作。出现就地误操作的原因表现在两个方面：一方面是数据收集。由于数据收集时间有限，因此整个防误规则均出现异常。另一方面，这是由于设备中有许多相同的面板，并且由于运维人员的疏忽，极有可能会导致进入其他间隔中。考虑到以上两个问题，相关人员可以建立一套完整的三层防误系统进行就地操作，运维人员在运行过程中需要从综合监控系统中将控制指令发送出去，点亮整个液晶显示器防止误操作。同时，运维人员还可以在实际操作过程中将相应的请求报告发送到监控系统，并根据防误规则评估操作的正确性。

4.3完善继保检修方案

上述主要提到了针对变电站继电保护缺陷的检修方法，为了提高方案的可行性和有效性，需要对缺陷率、家族性缺陷等进行分析。1)针对缺陷率进行分析，其目的在于全面掌握继电保护设备的运行情况。通过实践可知，如果继电保护设备的投运时间低于12年，往往会表现出较低的缺陷率。大量实践证明，继电保护设备稳定缺陷阶段和损耗缺陷阶段的分界往往为14年。2)针对家族性缺陷进行分析，通过分析实践经验可知，影响电力系统装置缺陷率的主要因素在于其生产企业、类型和批次存在差异，而在同样的公司和批次中也会存在问题，即家族性缺陷，因此必须开展针对家族性缺陷的分析工作。

4.4在线故障诊断

接收端设备会设定好固定的频率并接收GOOSE发布的有关信息，如果在某段频率之下无法接收到信息，则说明整个系统有故障情况产生，因此系统就会发出自动报警的信号，便于操作人员观测和判断各个接收装置的链路工作情况，直观地以对比结果来寻找故障点位，然后分析每个故障点产生的概率，最终予以精确的定位。智能变电站采取的双AD采样方法，可以对两种装置的数据展开对比。如果两种数据的误差在限定阈值之内，则说明二次回路运行状态保持正常。反之，当误差超过阈值之后说明继电保护装置有异常信号产生，即交流回路产生异常。

4.5母线继电保护

继电保护自动化技术在电力系统中的应用，具有不可忽视的实际价值，除了上文中提到的内容之外，其还能在母线保护中发挥作用。母线是电力系统中最重要的组成部分。母线出现故障的情况下，电力系统必然无法正常运行。从目前来看，继电保护装置能够通过比对相位的方法，确保电力系统的稳定性。技术人员可以通过优化母线元件设计的方式，合理利用电流互感器保证继电保护装置能够发挥应有的作用，在安装好电流互感器的基础上，根据母线运行实际情况选择最佳的连接位置，从而达到提升母线继电保护效果的目标

4.6断路器的继电保护

在确保电力系统运行安全的过程中，断路器所发挥的作用也非常明显，它能在系统出现故障后，及时地切开电源，从而避免电力安全事故的发生，因此对于断路器的继电保护也同样非常重要。在断路器中运用继电保护装置，就能通过对其内部相关元件的保护从而确保断路器能正常地向设备发出跳闸命令，进而在确保断路器得到良好运行的情况下，保障整个电力系统的安全运转。此外需要注意的一点是，在电力运转的过程中，如果断路器中的元件出现故障，那么借助继电保护装置就能绕过故障元件向最近的断路器发出跳闸命令，这样便能使发生故障的元件与电力系统相脱离，从而减少其所造成的损坏。

4.7查验技术

查验是继电保护装置安装完成后必须做的工作，查验结果将直接决定电力系统是否可以投入正常使用。在当下科学技术背景下，现代化信息技术手段更多的被应用到查验工作中，利用这些先进的技术可以将城市用电数据进行科学分类，之后结合实际需求来分析继电保护情况，确保继电保护系统可以发挥其功能。另外在查验环节，查验人员还应当在安全范围内完成电路故障模拟，这样可以掌握继电保护设备是否存在误触动或触动延迟的情况，同时还要对电气自动化系统进行测试，并安排专业技术人员对各硬件设备的连接进行测试，检查是否存在连接错位的问题。重点检测继电保护设备的抗干扰性能，定期反复检查和试验，确保设备整体安全稳定运行。参考实际环境温度，完善继电保护安全技术的标准和要求。

4.8就地化保护技术

我国的智能变电站大都采用安装于就地的合并单元和智能终端，通过光纤与保护装置进行信息交互，不再需要铺设大量的电缆，更加经济可靠，但也带来了一些问题。一是与传统变电站比每个间隔均增加至少2个装置，提高了系统风险；二是采用组网结构的网络需要使用以太网交换机，一旦交换机故障会影响多个设备的正常运行。为解决这些问题，诞生了就地化保护。将保护装置就地化布置，通过电缆进行直采直跳，增设智能管理单元，并采用即插即用的就地安装方式。与传统的智能站保护相比，就地化保护具有更简单的机构、更高的可靠性和更快的响应速度，且不依赖外部时钟，是目前继电保护技术的一项研究热点。

4.9提高输电断面安全性

在智能电网建设、运行过程中，继电保护技术能够有效增强输电断面安全性能，协调断面上保护和稳控装置的动作，避免断面内支路发生连锁过载跳闸，维持输电断面的传输能力，防止断面上潮流的大幅度转移。当系统存在连锁过载跳闸的可能时，通过安全稳定控制系统进行紧急控制，消除支路过载，并允许过负荷保护延时跳闸]，防止连锁过载跳闸引起的停电事故，有效抑制系统故障的发展蔓延，保证电力系统的安全稳定运行。

4.10加强直流电源管理，降低直流接地问题发生概率

要确保直流电源的安装质量，首先要对直流电源的设计、安装、调试等部分的质量提高要求。第一，要严格按照继电保护装置的实际情况调整继电保护装置的电源系统，以确保直流电源的规范性。第二，在具体的操作过程中，要具体问题具体分析，尤其要特别关注问题频发的部分和位置，需要使用高效的手段去解决。第三，需对直流电源的管理和维护加强关注，以确保相关人员在调试与安装过程中能够严格按照操作规范执行，同时要最大限度地让电池的容量达标，确保继电保护装置的正常运行。

5发展趋势探讨

如今随着信息技术的不断普及，大部分的变电站已经实现了数字化、智能化与网络化。而通过这些技术，就能对整个电力系统的运行进行实时的监控与智能化的管理，而其中很大一部分数据信息还可以实现共享，从而促进各级变电站之间的互联。目前对于变电站的继电保护已经是相当成熟，其技术的应用也逐渐稳定，而随着信息化的发展，一些新建的变电站已经实现了数字化的保护。因此在未来，继电保护与智能化保护相融合是其主要的发展趋势，在实际运用中也将向安全、共享、简易、灵活等特点靠拢，而数字化继电保护也将得到更迅速的普及与更深层次的应用。

结束语

因此在智能变电站的继电保护运行中仍然存在许多危险因素，这表明继电保护中确实存在着很多隐患。因此要在实际条件下重视解决这些问题，对智能变电站继电保护运维防误进行进行研究与应用，在实际工作中加强运维管理，减少继电操作中的错误次数，提高我国安全用电管理的总体水平。

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