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智能变电站继电保护系统及其应用探讨周文达

发表时间：2020/4/9 来源：《电力设备》2019年第23期作者：周文达

[导读] 摘要：针对智能变电站继电保护的运行维护的影响因素进行分析，并简单介绍了能变电站继电保护系统的组成，简单阐述了智能变电站继电保护系统的应用。

        （国网天津市电力公司蓟州供电分公司天津市蓟州区 301900）
        摘要：针对智能变电站继电保护的运行维护的影响因素进行分析，并简单介绍了能变电站继电保护系统的组成，简单阐述了智能变电站继电保护系统的应用。
        关键词：智能变电站；继电保护；维护
        1.对能变电站继电保护造成影响的关键因素
        作为智能电网中的智能节点，变电站智能化将是未来变电站发展中不可逆转的趋势，而影响智能变电站继电保护的关键因素可概括为4个方面。
        1.1IEC61850通信技术体系.IEC61850共包含14个标准，其主要是对变电站的通信进行信息分层、面向对象建模、使用统一的描述语言和抽象服务接口。我国目前采用《DLT860变电站通信网络和系统》行业标准，该标准对变电站功能架构、通信体系及继电保护系统产生重大影响。
        1.2智能一次设备的出现.当前一次设备的智能化主要通过“电子式互感器+合并单元”（或“常规互感器+合并单元”）实现采样系统的信息化，通过“一次设备本体+传感器+智能终端+在线监测单元”来实现一次设备的智能化。
        1.3网络通信技术应用.智能变电站全站通信均采用工业以太网组成，大量使用了工业级交换机应用到过程层、站控层网络中。
        1.4智能变电站自动化系统总体架构.自动化系统总体架构设计影响着保护装置的接口要求、设备配置、实现方式、维护方式及运行可靠性。
        2.智能变电站继电保护系统组成及应用探究
        根据IEC61850系列标准分层的变电站结构，智能变电站体系分为三层两网（逻辑上三网、物理上两网），即站控层、间隔层、过程层；站控层网络、过程网网络。过程网网络主要传输的是SV和GOOSE报文，站控层网络主要传输的是MMS报文。GOOSE网、SV网、MMS网一般情况下相对独立，GOOSE网与SV网可合并。
        2.1过程层设备，过程层设备指一次设备的智能化部分，常见的主要是电子互感器、合井单元，智能终端。
        2.1.1电子互感器，电子式互感器是一种计量传感装置，由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流（或电压）传感器组成，用于传输正比于被测量的电流/电压，最终供给继电保护、测控装置和电能计量等二次装置。相比于常规互感器，其具有优良的绝续性能、无铁磁谐振问题、抗电盛干扰性能好、无开路短路危险、暂态响应范围大、测量精度高、频率响应范围宽等优点。各类电子式互感器的实现原理、构成、技术均有较大差异。
        2.1.2合并单元，合并单元作为过程层的重要设备，其功能是配合传统电磁式互感器或电子式互感器实现数字化的采样；并将处理后的采样数据传输给间隔层设备，满足智能化变电站二次保护、自动化设备对采样精度的要求。
        2.1.3智能终端考虑安全可靠性与经济性以及技术发展的不同阶段，一次设备的智能化可考虑与智能组件一体化设计和单独设置2种不同的方式。（1）与智能组件一体化设计，可优化安装结构，保证一次设备运行的可靠性及安全性。（2）智能组件单独设置，将智能终端、在线监测装置就地安装在智能组件柜或断路器的汇控箱中，可实现一次设备的部分智能化功能。
        2.1.４智能终端与各设备之间的关系。智能终端与一次设备之间采用电缆连接。智能终端接收断路器位置、隔离开关及接地开关位置、断路器本体信号，具备跳合闸自保持功能、控制回路断线监视、跳合闸压力监视与闭锁功能等，不设置防跳功能，能就地设置把手实现遥分、遥合功能，跳合闸出口回路设置硬连接片作为明显断开点。与间隔层二次设备之间与保护采用光缆直连方式连接，与测控等二次设备之间经过过程层交换机，通过组网方式连接，上传一次设备及过程层二次设备状态信息。

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两套智能终端双重化配置智能终端时，应具有输出至另一套智能终端的闭重触点，逻辑为：遥合（手合）、遥跳（手跳）、保护闭锁重合闸、TJR、TJF的“或”逻辑。
        2.2过程层网络，过程层网络是连接过程层的智能化与一次设备和保护、测控、状态监视等间隔层二次设备的通信网络。主要传输两类信息：SV采样报文和GOOSE报文。前者实现了电流、电压交流采样值的上传，后者实现了开关量的上传及分合闸等控制量的下行。该网络的通信是实时的、高可靠性的、数据共享的，它的可靠性对于智能化变电站的安全运行起着至关重要的作用。
        2.3间隔层设备，间隔层包括继电保护装置、测控装置、故障录波器、网络报文分析仪等二次设备。
        2.3.1继电保护装置，继电保护装置对实时可靠性要求高。保护通过SV报文接收电流、电压信号，应直接采样：保护通过GOOSE报文实现装置之间状态和跳合闸命令信息传递，对于单间隔的保护应直接跳闸，涉及多间隔的保护宜直接跳闸，对于启失灵、闭重信号等间隔层设备间信号可采用GOOSE网络传输。保护装置通过MMS报文与站控站层设备直接通信，保护装置的功能投退和出口连接片均采用软连接片，软连接片支持遥控。应该注意的是智能终端检修压板投入，则智能终端上传的所有信息均带Test的品质位。那么线路故障时，保护装置发送动作信息给智能终端，智能终端虽然接收到保护动作信息，但不做处理，相当于传统变电站的开关拒动。在智能变电站中，保护装置中的间隔SV投入软压板非常关键，相当于间隔接入保护的“总开关”，当这块软压板投入时，相当于“总开关”是运行的，保护装置接收该间隔的SV采集量，并纳入计算；当这块软压板退出时，相当于“总开关”是退出的，保护装置不接收该间隔的SV采集量，不纳入计算。因此，在间隔运行时，保护装置中的该软压板必须在运行。
        2.3.2故障录波及网络报文分析记录装置，网络报文记录分析装置和故障录波器具备变电站网络通信状态的在线监视和状态评估功能，主要通过对全站各种网络报文进行实时监视、捕捉、存储、分析和统计来实现，其对报文的捕捉应安全、透明，不得对原有的网络通信产生任何影响。故障录波器监视及捕捉SV、GOOSE网络报文，网络报文记录分析装置可以监视SV、GOOSE和MMS报文。故障录波文件应由一体化监控系统II区综合应用服务器采集、处理，并通过II区数据网关机向调度端上送故障录波文件。过渡阶段同时允许站内故障录波器与调度端故录主站通信。
        2.4站控层网络，站控层网络是连接间隔层和站控层的网络，实现网络无缝切换，完成MMS数据传输及对时信号传输等功能。
        2.5站控层，站控层主要由一体化监控平台、输变电状态监测系统、辅助系统、电量采集器器、网络报文分析仪（MMS网）、时钟系统等构成，提供人机联系界面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站监控管理中心，并实现与调控端及其他主站系统通信。一体化监控平台应具备继电保护信息分类、信息采集处理、信息上送、信息应用等处理功能。上送至调度端的告警直传信息应同时在稳态监控告警窗和工次设备在线监测及分析应用界面显示，保护专业使用信息仅需在二次设备在线监视及分析应用界面显示。
        结束语
        综上所述，根据我国能源分布与负荷消费地域分布特点，智能电网建设是适应我国当前和未来社会发展所采取的电网发展方式，对各类能源，尤其是大规模风电和太阳能发电的计入和送出适应性强，能够实现能源资源的大范围、高效率配置。国家对智能电网的建设相当重视，已列入国家发展规划，前景十分广阔。
        参考文献:
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