智能变电站保护措施及监测技术

智能变电站保护措施及监测技术

张勇

（国网浙江省电力公司检修分公司浙江杭州310000）

摘要：新一代智能变电站以“系统高度集成，结构布局合理，装备先进适用，经济节能环保，支撑调控一体”为目标，更加注重变电站建设的投资与效益。本文分析了新一代智能变电站的关键技术，及二次设备在线监测和评估。

关键词：智能变电站；层次化保护；集成整合型测控；在线监测

引言

智能变电站间隔功能自治，保护，为单个对象的配置装置的测量和控制，未能充分利用变电站网络丰富的信息资源，造成整个站内采集信息的分散、重复，站内IED、屏柜数量多，网络接线复杂，建设成本较高；另外，随着电网容量的增加，继电保护设备的增多，单纯按固定的时间间隔对设备进行定期检修的做法存在很大的强制性和盲目性，造成了人力、物力资源的浪费，增加了事故发生的概率。本文分析了新一代智能变电站的关键技术，及二次设备在线监测和评估。

1层次化保护

层次化保护由面向被保护对象的就地层保护、面向变电站的站域层保护控制和面向区域电网多个变电站的广域保护控制组成。

就地层保护实现间隔内元件保护功能，是整个保护体系的基础。由于保护装置靠近一次设备安放，简化了二次接线，有效减小了保护小室的面积，大量的直采信号实现就地化采集，减少了变电站二次电（光）缆长度。保护的就地化布置要求二次设备在环境（温度和湿度）和抗电磁干扰方面具备较强的防护能力，如果一味地要求二次设备本身提高其防护水平，必然导致成本较高，难度也大，更为经济合理的做法是依靠柜体提供良好的运行环境，解决温度、湿度、电磁干扰等对保护装置产生的影响。

新型就地化安放设备预制集成舱融合了户外柜和集装箱的优点，箱体良好的抗干扰能力使二次设备不易受自然气候环境和电磁干扰等外界影响，舱内所有设备均在工厂内完成相关接线及调试工作，剖面图如图1所示，作为一个整体运输至现场，从而有效缩短土建施工、调试周期，使用寿命大于20年。

站域层保护基于整站信息共享优势，利用站内多个对象的电压、电流、开关和就地级保护设备状态等信息集中决策，实现保护的冗余和优化。针对不同电压等级，可整合备自投、小电流接地选线、低周/低压减载等控制功能，减少二次设备布置，同时作为广域级保护控制系统的子站，联络站端与调度中心。

基于广域信息的后备保护与控制通过对区域内各变电站全景数据信息的综合分析，实现区域电网内的后备保护、保护定值调整、优化安稳控制策略。

三层保护协调配合，构成就地层保护为基础、站域层保护与广域层保护为补充的多维度层次化继电保护系统。层次化保护系统提升了继电保护性能和系统安全稳定运行能力，降低了变电站整体建设成本。

2集成整合型测控

集成整合型测控按其集成的方向分为面向多间隔的集中式测控和面向单间隔的多功能测控，具体如图2所示。

集中式测控利用过程层丰富的数据资源，以高可靠性、高速处理能力、大容量数据传输的软、硬件平台为基础，实现全站或多间隔设备模拟量和开关量的采集，同时对多个间隔的设备进行操作控制。一些跨间隔的操作如间隔层联锁、顺序控制等都可在装置内部实现，避免了通过网络方式交互信息存在的风险。

多功能测控基于面向功能整合的思想，装置集成测控、同步相量测量（PhaseMeasurementUnit，PMU）、非光口计量等功能，实现面向间隔的测量数据的全面整合，装置内部通过多应用数据的并行计算将原先基于光纤交换机传输的外部数据变成装置内部的实时数据。

集成整合型测控能够有效减少间隔层设备的数量，有利于站内一体化信息平台的搭建；站内设备的布置更加集中优化，便于配合保护就地化实现对主控室设备的整合；减少二次电（光）缆长度，优化二次回路设计，简化施工和维护要求；减少交换机数量，节省投资，降低工程造价。

3二次设备在线监测和评估

目前智能变电站二次设备本身已具备SV通道异常、GOOSE通道异常、ＲAM出错、电源出错等自检功能，但这些自诊断状态信息不够全面，达不到实现状态监测和评估的要求，网络交换机及一些过程层设备也没有纳入监测范围，运行人员无法全面掌握变电站各个节点的运行状态和健康状况。二次设备在线监测系统实现对全站二次设备全面健康状态的分析和诊断，如保护设备的工作电压、CPU温度、过程层光强、网络状态、保护动作信息等。

整个系统基于现有的站控层、过程层网络，由动态记录装置和综合应用服务器实现其功能。动态记录装置用于对保护装置、过程层交换机状态信息的采集、存储、可视化展示和分析诊断，并将诊断结果按设定时间间隔上送至综合应用服务器；过程层设备的监测信息通过公用测控装置上送至综合应用服务器；综合应用服务器综合展示全站二次设备当前的运行状态、网络状态、诊断结果、报警信息等。二次设备在线监测整体实现方案如图3所示。

二次设备状态评估由综合应用服务器和保护装置、过程层设备共同完成。首先根据运行历史数据建立保护系统运行历史库，根据历史库资料和已出现的故障特征综合判断故障的性质和程度，评估出设备劣化对设备运行安全性及变电站运行安全性的影响，并将分析结果上报运行人员，运行人员再根据安全评估指标，综合运行信息、设备信息、电力市场信息等作出检修决策，制定检修计划。二次设备在线监测技术使变电站保护系统具备强大的信息在线监视能力，站内二次设备大部分信息均能够通过在线监测系统实时获取；基于综合评估系统的状态检修，减少了停电时间，能够推进二次设备的全寿命周期管理，提高设备使用率和安全可靠性，提升电网整体经济效益。

参考文献：

[1]孔凡坊，杨彬伦，王瑞，等．智能变电站数字化采样测试技术及应用探讨［J］．电测与仪表，2013，50（5）：42－46．

[2]黄益庄．智能变电站是变电站综合自动化的发展目标［J］．电力系统保护与控制，2013，41（2）：45－48．