智能变电站继电保护系统及其应用探讨

刁惠源 马美婷 郭书波 赵理威

摘要：随着电力系统建设的不断完善，供电网络规模和电压水平的不断提高，对电力系统的安全可靠性提出了更高的要求。电力工业为人们提供优质、安全、经济的电力是当前亟待解决的首要问题。智能电网建设是国家提出的战略布局，智能变电站是通信网络技术与控制技术相结合的产物。二次系统信息传输方式发生了很大变化，实现了变电站运行信息的采集、测量和保护，保护和控制功能可与电网自动化相结合，为在线分析、决策和智能调整提供依据。

关键词：智能变电站技术;继电保护;探讨

引言

在信息时代背景下，智能变电站技术以其强大的应用优势得到了广泛的应用和发展。该技术不仅可以优化继电保护系统，而且可以保证电力系统运行的稳定性和可靠性，在一定程度上促进了我国智能电网的发展。本文主要详细介绍了智能变电站技术的基本情况，总结了智能变电站技术对继电保护的影响。

1智能变电站

智能变电站区别于数字变电站在于它是采用更先进、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的变电站。

2影响智能变电站继电保护的关键因素

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2个方面。

2.1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。

2.2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。

3智能变电站继电保护系统组成及功能

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。

3.1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。

3.1.1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。

3.1.2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。

3.1.3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。

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。

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。

3.2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。主要传输两類信息：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。

3.3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。

3.3.1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。

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。

3.3.2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。

3.4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。

4结束语

智能变电站作为智能电网的重要组成部分，有助于保证电网在实际运行中的稳定运行。数字继电保护作为智能变电站的主要形式，在许多方面都优于传统变电站，显示了智能变电站技术的强大应用优势。然而，变电站智能继电保护装置的技术管理是一项比较复杂和系统的工作。在实际运行过程中，相关操作人员除了具有较强的专业技术水平外，还需要对智能变电站保护技术有全面的了解，掌握其具体应用过程，总结该技术的实际应用情况。只有加强智能变电站技术的应用，才能全面提升智能变电站继电保护装置的应用水平。

参考文献：

[1] 何晔，何瑾.智能变电站继电保护系统及可靠性研究[J].数字通信世界，2018（06）.

[2] 岳红.智能变电站继电保护系统可靠性研究及分析[J].数码设计（下），2018（9）：114-115.

（作者单位：国网昌吉供电公司）