浅析数字化变电站的继电保护技术
时间：2022-06-13 08:42:31
【摘要】当今社会，计算机技术以及人工智能技术迅猛发展，基于数字化变电站的基本概念在我国愈加普及。数字化变电站的继电保护系统与常规变电站的继电保护有明显区别。为了能更好的应对未来的技术发展可能出现的问题，数字化变电站的继电保护技术需要进行更进一步的研究。同时也由于科技的飞速进步，目前我国投入运营的变电站的继电保护仍存在着不少问题。本文笔者将结合自身实践经验，简要介绍数字化变电站及其目前的发展情况，并分析数字化变电站对继电保护在技术方面的新要求，以及当前数字化变电站的继电保护技术存在的问题。
【关键词】数字化变电站 ；继电保护； 技术
变电站在电力系统中起到连结输电和配电的枢纽作用，是在电力系统的重要设施。信息化、自动化是数字化变电站与常规变电站相比更显著地特点。数字化变电站将使常规变电站所有信息的采集，处理，传输的模拟信息转化为数字信息并且建立起与之相配套的通信网络和系统。显然，数字化变电站的建设能够促进建成结构更为合理，技术更为先进，运行更为灵活的坚强智能电网。但是，目前国内的继电保护技术无法完全适应数字化变电站的数字化设备的检测要求。
1.关于数字化变电站
光学互感器和智能断路器是数字化变电站的主要设备。其中光学互感器又分为光学电压互感器以及光学电流互感器。光学互感器有诸多优点：它不易受电磁干扰，有更大的测量范围，且体积小，重量轻等。智能断路器接口为数字化接口，能够控制断路器，监视断路器状态，给出断路器的健康状况、检修意见。
数字化变电站可以实现变电站智能电气设备之间的信息共享。其特点主要有三个：智能化的一次设备，网络化的二次设备，自动化的运行管理系统。鉴于以上的三个特点，数字化变电站有六个主要优点：一是在信息共享下各种功能共用统一的信息平台，避免了设备的重复使用，设备的使用更加高效；二是测量的精度高，没有饱和；三是二次接线更为简便；四是，光纤取代了电缆，有优越的电磁兼容性；五是管理能够实现自动化；六是信息传输通道能够自我检测，信息可靠性高。由此可见，数字化变电站的信息全部数字化，设备智能化，信息质量高。从1995年提出制定IEC61850的设想开始，数字化变电技术的研发和工程实践取得了很大进步。20世纪90年代中期，计算机技术，网络通信技术飞速发展，出现了分布式变电站自动化系统。2005年以来，我国相继拥有了IEC61850标准的变电站并且投入使用。我国山西省于2008年，开展了“全数字化变电站动态仿真系统开发研究”的项目。2010年9月，国家电网公司首座智能变电站――四川北川永昌110千伏智能变电站，开始投入运营。
2.对继电保护技术的新要求
变电站的继电保护装置包括线路保护，母联保护，主变保护。线路保护一般使用二段式或者三段式的电流保护。母联保护需要同时装设电流速断保护以及过电流保护。继电保护装置的不断发展使得电力系统对快速性，可靠性，以及灵敏性有了更高的要求。
如果采用基于IEC61850标准的数字化变电站技术，在不增加硬件设备，不重复采集信息的前提下，因为二次电缆少，各个间隔保护单元都有相应的保护功能，由此，就可以实现网络化的母线保护，可以基本上消除限制继电保护运行水平继续提高的瓶颈。可见，数字化变电站能够提高继电保护的运行水平。由于直接使用数字信息，具有真实的反映系统的一次电气量信息的特点，同时装置可以采用更为先进的算法，具有更高的集成度，更强的抗干扰能力。
另一方面，数字化变电站对继电保护技术也提出了更高的要求。数字化变电站需要更高的继电保护性能。目前，继电保护装置充分的利用起了半导体处理技术，拥有超高的运算能力，完备的存储能力，以及各种高效率的算法，同时又使用的是大规模集成电路，这显著提高了系统的响应速度，同时也确保了可靠性更强。但是，由于数字化变电站的不断发展，相应地，继电保护技术也需要更高的性能：
首先是更高的继电保护性能。它包括了准确快速检测实时电力状态参数的能力，更强的存储能力，自动控制能力，先进的算法和技术用以确保运行的准确。
其次是更好的软硬件系统的扩展能力。继电保护系统的可扩展性是一个非常重要的因素。在国际标准IEC61850的推广下以及我国变电站的逐步发展下，对于变电站所采用的硬件平台性能的可扩展性提出了更高的要求。
最后是可靠性。用光纤取代电缆，信息传输通道可以自我检测，信息传输的可靠性能显著提高。统一的信息协议使得数据交换无缝。另外，数字元件在温度变化，电源波动等外部环境的变化下，不易受到影响。
3.继电保护技术存在的问题
（1）TA 饱和问题
10kv线路出口处的短路电流较小，尤其是在农网中的变电所。它们大都距离电源远，系统阻抗大。随着系统规模的扩大，10kv短路电流也会变大，有时会超过TA一次额定电流。在10kv线路短路的时候，因为TA饱和，感应到的二次侧电流趋近零，，会导致保护装置拒动。
避免TA饱和主要有两个方面。一是不要选择变比过小的TA，一般10kv的TA变比不小于3005。另一方面要尽量减少TA的二次负载抗阻。这样能有效防止TA饱和问题。
（2）励磁涌流问题
由于空投变压器时，铁心中的磁通不会发生突变，非周期分量磁通的出现使变压器的铁心饱和，导致励磁电流剧增。励磁涌流的最大值可超过变压器额定电流的6倍甚至达到变压器额定电流的8倍，这与变压器容量有关。衰退时间也是如此，变压器容量越大，励磁涌流存在的时间越长。
励磁涌流有两个明显特征，一个特征是大量的二次谐波，另一个特征是励磁涌流的大小随着时间的延长而衰减。利用励磁涌流的这些特性就可以很好地解决励磁涌流引起的误动作。
解决励磁涌流问题比较容易解决：只需在电流速断保护中加入延时，就可以防止其引起的误动作。这种方法最大的优点是，只做简单改造，就可以保证可靠地避免励磁涌流带来的问题。为了保证更可靠的避免励磁涌流带来的问题，在加速回路中也要加入延时。并且实践证明，通过在电流速断保护中加入时限的这种方法，就可以很好地避免励磁涌流造成的误动作。
（3）所用变保护问题
所用变容量较小，但需要很高的可靠性，并且安装位置特殊（一般接在10kv母线上）。长期以来，人们对所用变重视不足，这可能对10kv系统的安全运行带来很大的威胁。
传统所用变使用熔断器保护，安全性还是比较高的。但是现在新建或改造的变电站大多配置的是开关柜，人们往往会忽略的是-rA饱和问题。所用变容量很小，同时保护计量公用TA，当所用变故障的时候，-rA将严重饱和，所用变保护装置会拒动。
如何解决所用变保护拒动的问题，应该从合理配置保护入手。选择-rA时要谨慎考虑所用变故障饱和的问题。计量和保护-rA要分开。
4.结束语
当今时代计算机网络技术和电力系统正在飞速发展，继电保护技术也相应的进行了升级，跨入了信息时代。同时，继电保护技术也因为数字化变电站的进一步推广面临着新的挑战。继电保护的工作者也因此面临着艰巨的任务。此时更需要建立一支强有力的继电保护团队，结合各个地区的用电实际情况，不断创新技术。使我国的各项发展拥有高质量的电力保障。
参考文献
[1]刘成君，张恺凯.数字化变电站及其对继电保护的影响[J].电工电气，2010（4）.
[2]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京：电力工业出版社，1999.
