智能变电站继电保护配置的展望及分析

智能变电站继电保护配置的展望及分析

李 立

（国网安康供电公司，陕西 安康 725000 ）

摘要：随着中国经济的高速发展，电力系统的技术与设备也不断地更新进步，新型设备、智能装置和先进技术在保障电网稳定运行的同时，促进了智能电网的高速发展。继电保护装置一直以来是电网的神经中枢，一次元件的运行与配备都与继电保护设备息息相关，而智能电网的高速发展是以智能变电站为基础，智能变电站的发展是以二次设备的通讯规约为基础，智能变电站的核心二次设备便是智能化继电保护。因此，继电保护在电力系统的智能变电站中占据着重要的位置，且对电网的稳定运行起着至关重要的作用。本文对智能变电站继电保护配置的发展前景以及作用进行了分析，并且对保护与稳控、备自投等安自装置配合方面进行了相关分析，以供参考。

关键词：智能变电站；继电保护配置；展望与分析

在电力系统发展过程中，变电站中的继电保护装置在电网系统运行中起着至关重要的作用，它可以在电力设备以及元件出现故障时，及时断开电源装置（跳闸）或者发出告警信号，保护了电力系统中重要设备与元件，避免了资金与物力的大量浪费。因此，继电保护是电力系统安全运行的必备设备。

1. 智能变电站

智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。

智能变电站系统分为3层：过程层、间隔层、站控层。过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。站控层包含自动化系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制(SCA—DA)、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

在智能变电站中继电保护相关设备集中在间隔层和过程层。首先一次设备的电流、电压、刀闸位置等信息通过过程层的合并单元设备将模拟信号转换成数字信号，一次设备的开关位置、储能情况、环境温度、湿度等信息通过智能终端转换成数字信号。其次，合并单元、智能终端通过光纤（缆）将这些信息传输给保护（测控）装置，保护装置对信号进行计算、处理判定一次设备运行情况后给出相应的反应，通过光纤（缆）将保护计算后的结果传输给智能终端，完成保护跳（合）闸。

智能变电站与常规变电站主要区别在于其采样值（SV）、面向对象的变电站事件（Goose）均通过光纤（缆）进行传输；基于61850规约将信号等信息通过以太网传输至站控层后台；利用北斗卫星和GPS的精密时钟同步协议标准对时。

二、继电保护配置的分析探讨

在智能变电站的继电保护配置中，根据一次设备、电源点及变电站接线情况，配置相应的保护设备。

一般情况下，主变设备配置双套主变保护、合并单元、智能终端及本体智能汇控柜；线路开关配置单套线路保护、合并单元、智能终端并根据线路是否为电源线路考虑配置备自投装置；母线设备配置含失灵保护的母线保护装置、电压合并单元及电压并列装置；根据一次接线情况，部分变电站考虑配置断路器保护装置、高抗保护装置、短引线保护装置。除开保护装置外，智能变电站还应配置故障录波装置、网络分析仪、保信子站系统、低频低压减载装置及小电流接地选线系统。根据电网运行情况，配置相应的主变过载、线路过载的联切稳控装置，通过以上保护及安自装置的配合，保护电力系统一次设备在不正常运行时、故障时能够迅速隔离电网。因此，在电网运行中，继电保护为电力系统带来了方便，并且使设备与元件的损失率降到最低，促使了电网的正常与安全运行。

三、过程层的继电保护分析

1. 线路保护分析

在电力线路运行中，一般的线路保护具有光纤差动过流保护、距离保护、零序保护、PT断线过流保护以及重合闸、重合闸前加速、重合闸后加速保护单元，它可以为电网的发电、输电、供电以及配电提供安全与稳定的运行路线，促进整个电网的正常运行。

2. 主变保护分析

主变压器是变电站的核心设备，它的正常稳定运行对变电站电能传输具有重大影响，所以主变压器保护是智能变电站保护配置的核心之一。如果主变压器发生故障，将会影响整个变电站所有电压等级系统，甚至威胁区域电网安全。而主变压器保护又具有其特殊性，其同时具有电气量保护和非电量保护，作为主保护的非电量保护主要依靠继电器反应主变本体故障，其保护动作正确性主要由继电器制造水平决定。电气量保护涵盖主变分相差动保护、分侧差动保护、复压过流保护、过负荷、闭锁调压、启动风冷、间隙保护、中性点过流保护等，其保护算法及策略的不断改进提高主变保护性能。智能变电站主变非电量保护部分相较传统变电站而言没有明显提升，仍通过瓦斯继电器、压力释放继电器、油温继电器等反应主变本体故障。因此，智能变电站变压器保护需要在不断完善电气量保护的同时提高非电量继电器及本体智能终端的工艺及设计水平，以更高的灵敏度、更精确的返回时间达到全面提高智能变电站变压器保护性能的目的。

3. 母线保护分析

母线保护是智能变电站继电保护配置的重要组成部分，如果母线出现故障，会损坏母线直接连接的所有设备和器件及线路对侧设备，影响电网的安全可靠运行，引起变电站一段母线甚至变电站全停的电网事件，影响部分地区的供电可靠性，甚至会危及到社会的发展。母线保护主要分为母线差动保护和母线失灵保护两大块。母线保护相关的各支路合并单元、母线合并单元中交流量信号必须正确、准确、准时、同步，确保母线保护装置不会发生不正确动作。因此，必须对母线保护与相关设备的配合及验收严格要求把控，完善好回路及虚端子，保证智能变电站继电保护设备的选择性、速动性、安全性与灵敏性。

4. 备自投装置分析

如果某智能变电站的电源线路超过两条，考虑检修及避免变电站失压情况，应配置线路备自投装置。通过采集母线电压、线路电压、电流情况，通过装置判断，形成一个变电站电源自动控制的系统，确保供电可靠性的同时使得电力设备操作趋于简单化。

四、智能变电站继电保护配置的发展前景

随着我国社会经济的不断发展和微电子技术的不断进步，信息数字化技术在各行各业生根发芽，传统微机继电保护装置在新时代中已经逐渐难以满足电网发展要求。为了使电力系统稳定可靠运行，智能变电站广泛采用信息自动化技术，有效的实现了智能变电站继电保护配置系统智能化，以简单、高效、安全的继电保护配合、验收、运行，促进全球能源互联网事业不断进步。

1. 采用数字化技术

数字化技术在智能变电站的继电保护配置中占据非常重要的位置，随着电力系统中数字化以及智能化设备设备的逐渐增加，提高了电力系统的整体工作效率与质量，这种新型的技术在智能变电站中也得到了应用，以GOOSE报文的形式取代了传统的电缆连接，节省了电缆用量及验收、维护时间成本，由于数字化技术运行速度快以及安全指数高，使得数字化技术控制电力系统的运行快速取代了以往的人工操作技能，并将一次设备与控制网络紧密连接，从而提高了整个电网的统一运行与管理能力。

2. 广域信息保护

在现代电力系统的发展过程中，由于网络控制系统的引入，提升了不同设备之间信息交互的能力，使得对电力设备采用广域电网信息保护成为可能，比如，利用广域网保护系统对电力系统的运行进行定时的监控、检测与维护。可以在电网中对设备采用一些网络自动计算保护法，运用一定的的策略对电力系统进行实时监控与控制，起到减少设备不良工况的作用。如果智能变电站中实现广域信息保护，则无论电网的某个系统发生故障，则广域信息保护在第一时间内起作用，将电力系统的损失率降到最低。

3. 将分布式新能源接入继电保护装置

由于分布式新能源对继电保护装置有重要的影响，为了使电网可靠与安全运行，将分布式新能源接入到几点保护装置中。首先，在电网的运行过程中，如果任何一处出现故障，断开所有DG，采用相关的保护策略，从而使得整个电网处于正常运行状态，并且可以快速提高设备运行的效率，但是这种方式会使大量能源浪费，会影响电网系统。其次，在电网的运行过程中，如果某处发生故障，DG以独立的形式向各个设备进行电量传输，从而确保了程序的正常操作，但是利用这种方式，会在电路中出现电压不稳定的现象，不能使电网运行长久。因此，在应用分布式新能源接入继电保护装置的过程中，从电网的根本出发，对设备进行一定的革新，并且合理的将相关新能源结合到一起，促使智能变电站的继电保护装置更加完善与健全，使我国的电力事业长期、有效的发展。

五、结语

综上所述，继电保护在智能变电站中起着重要作用，在电能的传输过程中，它不仅可以促使电量稳定安全的运输，而且可以对电网进行实时监控、检测与维护，给电力行业的发展带来方便，大幅度提升了电力事业的效率与质量。为了使智能变电站的继电保护装置更加健全，应该加强电力保护的探索与研究，为电力系统建立保障系统，从而实现统一性的管理。

参考文献：

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