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智能变电站继电保护安全措施探析杨涛宇

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：杨涛宇

[导读] 摘要：随着社会的不断发展，电力系统的供电可靠性对社会的影响越来越大，在电网发生故障后，尽快查明故障情况、快速恢复供电显得越来越重要。

        (乌海市海金送变电工程有限责任公司内蒙古自治区乌海市 016000)
        摘要：随着社会的不断发展，电力系统的供电可靠性对社会的影响越来越大，在电网发生故障后，尽快查明故障情况、快速恢复供电显得越来越重要。基于此，从继电保护的基本概念着手，通过对智能变电站继电保护安全措施的分析，研究继电保护技术在电力系统中的实际应用。
        关键词：电力系统；智能变电站；继电保护技术
        一、智能变电站概述
        在智能变电站中应用了数字化技术和自动化技术，能够实现信息数据的高效化采集，是我国智能电网建设的重要环节。设备智能化、运行网络化与自动化、信息网络化和协议统一化得以有效实现，不仅能够降低工程造价，而且解决了传统电磁互感器引起的变电运行问题。过程层、间隔层和站控层是智能变电站的主要组成，应该保障其数据连接通道的通畅性，才能保障数据的同步传输。与传统变电站相比较而言，智能变电站在环保效果上更加优越，集成电子设备的能耗得到控制，充油式互感器也逐渐被电子式互感器取代。对于信息的采集与分析实现了自动化，对信息数据进行实施共享，能够增强系统之间的互动，增强电力系统的运行可靠性。
        二、继电保护技术的概念
        继电保护技术是指在电力系统中，通过对系统运行中的故障检测及异常信号分析，从而对故障区域发出警报，或者直接隔离系统故障部分，以保障电力系统正常运行的自动化管理技术。继电保护技术分为四大类，包括按保护对象分类的线路保护与设备保护；按保护功能分类的异常保护和故障保护；按信号处理方式分类的数字保护和模拟保护；按保护动作分类的高、低电压保护、过电流保护、高频保护、功率保护等。现阶段电力系统继电保护措施是继电保护技术与信息处理技术的结合，包括了继电保护、数据收集、信号传输、数据处理等多方面的内容，是电力系统中重要的安全保护措施。
        三、智能变电站继电保护系统所面临的问题
        1.信息沟通障碍
        由于智能变电站对于信息的处理和传输速度要求较高，所以一旦在继电保护装置运行过程中出现信息沟通障碍的问题，势必造成相关指令失效。用以支持继电保护设备信息沟通的主要手段在于光纤的使用，而由于光纤线路相对较为脆弱，所以一旦在工作当中光纤出现弯折或断裂等情况，则会直接影响信息的传输效率，不仅导致变电站工作受到阻碍，更加由于维修而产生大量成本支出。
        2.设备故障问题
        由于智能变电站当中的继电保护设备长期处于户外工作，所以外界气候因素和自然因素能够直接对设备造成影响，比如湿度或是温度发生变化，或是腐蚀物质的堆积，都会干扰设备的正常工作，不仅会导致设备短路，而且一旦故障扩散，势必引发更加严重的危机，造成供电企业大量经济损失，并对工作人员的人身安全产生威胁，除却日常自然条件变换外，自然灾害也是影响设备稳定性的主要因素。同时造成继电保护设备出现故障的人为因素，大致体现在工作人员综合素养不足，在设备的实际应用当中，由于自身专业水平缺乏，或是职业精神模糊，都会影响工作人员操作的规范性和标准性，进而导致设备产生故障。
        四、智能变电站的继电保护技术应用
        1.EPON技术
        EPON技术即无光源网络技术，其作为一种单纤双向系统，主要由光网络单元、光配线网络和光线路终端构成。光配线网络由分路器和光纤组成，对光网络单元和光线路终端进行连接，同时作为一个间隔节点存在。光网络单元和光线路终端的数据传输中，借助于分复用技术同时进行下发与上行。在构建星型拓扑组网结构时，其网络中心由间隔层保护装置组成，网络的间隔节点由智能单元和合并单元组成，能够保障数据下发与上行操作的准确性。

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光纤具有较大的容量，在数据同步处理中运用了分复用技术，因此能够在故障发生时及时向保护装置发送信息，智能单元接收保护动作信息后进行跳闸处理，能够有效防止堵塞问题出现在通信通道当中，真正符合智能变电站的继电保护特点。保护装置对星型拓扑结构的通信进行统一调度，延迟问题容易出现在端与端的通信当中，难以保障突发故障处理的实时性要求，在今后工作当中也应该对其进行逐步优化。
        2.滤波算法
        噪声信号存在于电流信号和电压信号当中，在对其进行过滤时运用滤波算法，保留基波与谐波。其中，卡尔曼滤波算法和傅里叶滤波算法是两种常用的滤波算法。在高次谐波的滤波当中，通常会采用傅里叶滤波算法，对于频率分量的提取主要依靠余弦函数和正弦函数的正交函数性质。卡尔曼滤波算法具有线性滤波的特点，保障了求解的便捷性且占用内存较少，因此在继电保护算法中的应用十分广泛。对于故障信号基波分量的计算可以通过卡尔曼滤波算法实现，在此过程中需要建立电压模型与电流模型。
        3.站内通信网络技术
        数据的处理除了需要借助于滤波算法外，还应该保障良好的传输通道，明确其通信组网方式，增强设备信息交互的实时性。在智能变电站的运行当中，通信系统发挥着关键作用，能够实现数字信息向标准网络信息的快速转换。在监测保护智能变电站的设备时，则主要以相关标准化信息为依据，同时能够保障信息交互的实时性特点。在设计通信网络时，通常采用了IEC61850标准，应该科学化设计通信网络的组网结构以增强继电保护实际效果。过程层设备和间隔层设备的通信，主要是借助于过程层网络实现，作为通信系统的重要核心设备，继电保护装置能够对智能单元和合并单元进行高效化管理。通过信息交互的方式，装置可以快速获取单元状态信息，在完成判断后进行自动化处理。在通信网络的运行过程中，不同单元之前的互信也十分关键。站控层网络具有较小的流量与规模，随着应用的驱动，过程层对通信网络的要求也更高，尤其是在当前用电用户数量逐渐增加的趋势下，必须提升过程层设备的数量。加强对过程层网络的优化，能够实现自动控制技术的合理应用，满足电网业务的发展需求，增强智能变电站各类数据获取的实时性。
        五、智能变电站继电保护对策
        1.加强继电保护设备管理力度
        在继电保护设备的应用当中，首先应当把控设备采购质量，确保设备能够达到行业标准，并符合本变电站工作需求，在设备安装完毕后，应当通过多次调试，验证设备的稳定性和工作水平，由于设备长期处于外界环境工作，所以还应当结合当地气候条件等因素，建设防护措施，降低风险，管理人员可以通过监控系统的布置和应用，提高对设备故障的发现能力和解决速度，并且在设备的使用周期当中，应当有针对性的制定维修和养护计划，对设备所存在的隐患排查和处理，提高设备的工作效率和使用寿命。
        2.优化智能变电站继电保护系统设计
        在智能变电站继电保护系统的设计工作当中，应当选取更加具有可行性和针对性的保护模式，在间隔型保护模式中，可以选择直采直跳，而如果是多间隔型保护，则可以通过SV或GOOSE模式。在电压限定延时的情况下，则需要确保系统能够在过负荷的情况下发出警报，以便于维修工作及时展开。此外，在继电保护系统中的间隔层和站控层中，除却需要通过断路器实现自动开断外，还应当开启后备的保护系统，避免由于开关失灵导致保护工作缺乏有效性和及时性。针对继电保护系统所进行的故障检测工作，需要工作人员能够对科技设备良好的应用，通过设备的可视化功能，更加直观的发现故障情况，以便于制定针对性的解决方案。
        结束语：
        继电保护技术在电力系统的应用不仅具有相当重要的实际意义，同时保障及维护电力系统输送网络的稳定，也是综合国力的象征，因此继电保护措施在电力系统中的发展及应用，亦具有非凡的政治意义。
        参考文献：
        [1]戴栩生.智能变电站继电保护失效机理与薄弱环节研究[J].南方农机，2019，50(20):154.
        [2] 闫喜鹏，管雪源，姚金刚.智能变电站继电保护及自动化系统分析[J].科技风，2019(26):190.