智能变电站继电保护的运行和维护技术研究

【摘要】伴随着社会经济的高速发展，我国的智能电网建设步伐也不断加快，我国已经迈入智能电网全面建设时期。智能变电站作为智能电网的重要组成部分，其继电保护的运行与维护技术是保证智能电网安全、稳定运行的关键。当前我国智能变电站继电保护的运行和维护还处于摸索阶段，如何改进继电保护的系统维护技术已成为智能电网建设中亟待解决的问题。本文主要介绍了智能变电站的主要结构及继电保护的技术要点，重点研究了智能变电站正常运行时及异常情况下的系统维护，以期为智能变电站继电保护的运行与维护技术的发展提供理论指导，进一步推动智能电网的快速发展。

【关键词】智能变电站；继电保护；运行与维护

引言

智能电网的发展推动我国继电保护技术发展进入了一个新的阶段，智能变电站是对电网发展理念的全面革新，给继电保护的原理、运行、维护等多个领域带来了新的思路。在智能变电站中，继电保护设备对安全性、可靠性、速动性的要求最高，因此，有必要深入研究智能变电站继电保护的运行和维护技术，推动我国电网建设深入发展。

一、智能变电站继电保护技术要点分析

智能变电站是智能电网发展的主要节点，它基于高速网络通信技术，以变电站的一次设备和二次设备为对象，通过数字化信息实现站内外的信息共享和互操作。智能变电站具有三个关键特征，为：数字化的一次设备、全数字化的二次设备、全站统一的通信标准平台。智能变电站通过引入先进的电子设备及网络通讯系统，实现了变电站的数字化、信息化、网络化管理，完善了自身的的信息测量、控制以及保护、检测等功能，提高了电网运行的安全性及稳定性。智能变电站对运行方式、设备管理模式以及信息保障体系都有了更高的要求，在运行方式方面降低人工操作的工作量，智能变电站的常规运行与维护都由智能设备来完成；在设备管理模式方面逐渐上升到变电站综合管理的层次，极大得提高了管理效率；而在信息保障体系方面则明显提高了对信息及网络的依赖性，这就需要更为科学的信息保障体系提供信息支持。

1.1智能变电站的主要结构

下图1为智能变电站典型的“三层两网”结构：

1.1.1过程层：如上图1所示，过程层主要包括各类电子式电流互感器（ECT）、电压互感器（EVT）、智能断路器和开关设备、合并单元和智能终端，主要用来完成对全站保护设备的保护和测控信息采集，并将之经合并单元处理后，成为全数字信号上送过程层网络。

1.1.2站控层：站控层是智能变电站的最抽象和最高级别的管理层，也是智能变电站的控制中枢，通过电力通信、系统对时、站域控制等功能，实现全站保护和控制设备的状态采集和信息交换，对采集到的保护信息进行逻辑判断，并输出相应的跳闸、闭锁等控制逻辑。

1.1.3间隔层：间隔层是过程层和站控层之间的过渡层，主要是指各类二次设备，包括继电保护装置、安全自动装置、各类监控和测量仪表等，对智能变电站中继电保护的运行和维护技术的研究，就是在间隔层展开。间隔层实现了过程层与站控层的联系，从而保证了一个间隔的数据可以作用于该间隔一次设备的功能。

1.2智能变电站继电保护的技术要点

与传统变电站相比，智能变电站更加依赖于信息和网络，在继电保护构成形态、运行模式、传输方式、设备建模等方面，都具有较大区别，智能变电站继电保护的技术要点主要体现在以下几个方面：

1.2.1智能变电站的继电保护构成形态和运行模式发生了很大变化

智能变电站基于全光纤通信实现继电保护的模拟量、开关量采集，能够更加智能化、自动化的实现对保护的量值采集和逻辑判断，继电保护的构成形态和运行模式发生了很大变化，例如，电子式电流互感器的采用，解决了传统互感器存在的饱和问题，差动保护的判据中，不再需要进行互感器饱和的判断。因此，智能变电站的继电保护在维护内容、运行方式等方面都与传统变电站有所区别，需要建立新型运行和维护标准。

1.2.2二次信息的网络化传输使得继电保护二次回路可以监测，使得继电保护设备状态检修成为可能。

状态检修技术在电力系统内部提出已久，然而并未获得大规模应用，智能变电站出现后，包括继电保护装置在内的二次设备实现了网络化传输，二次设备的状态能够以全数字的方式采集和传输，通过合并单元采集模拟量，通过智能终端采集开关量，从而实现对二次回路信息的全采集和全监测，这使得智能变电站中状态检修成为可能。

1.2.3实现了基于IEC61850的统一建模。

如上文所述，传统变电站中，变电站设备的接入需要通过大量的二次接线进行，而智能变电站下，全站统一的IEC61850标准是重要技术特征之一，基于IEC61850标准完成对全站设备的统一建模，实现设备的互操作性，将大量的二次接线转化为系统的模型文件配置，通过单独的SCD和CID文件进行对应。当变电站的工作和运行状态出现变化，需要更新相应的文件与之对应。

二、智能变电站运行维护技术研究

目前，智能变电站试点工程不断出现和建设，近三年来兴建的变电站几乎均为智能变电站。但与此同时，智能变电站作为新兴事物，在相关标准的完善、对技术规范的理解等方面，还存在一定的差异性。例如，目前业界对IEC61850的理解，就存在差异性以及扩展定义的不规范性，有些细节还存在争议，这给智能变电站的运行和维护也带来一定挑战。

结合上文分析可见，智能变电站的更大规模推广尚需要解决一些现实问题，因此，有必要以智能变电站继电保护的运行和维护技术为切入点，对智能变电站技术进行深入研究。现将智能变电站的运行和维护技术总结如下：

2.1正常运行时的系统维护

安全稳定运行时智能变电站日常运行的目标，而在未出现突发事故的情况下，智能变电站的日常运行主要是以日常检修与维护为主要工作。检修与维护的对象包括变电站内新增设备的运行情况，原有设备的巡视与检修，及时发现设备故障并排除安全隐患。

2.1.1继电保护装置的维护

智能变电站继电保护的管理涉及运行、检修、调度、整定等方面，由于全数字化继电保护的采用，变电站二次设备在表征、结构、特性等方面均与传统变电站有所区别，基于此，在智能变电站继电保护的运行和维护时应该注重以下几个方面：

（1）专业巡视目标及周期的调整：传统变电站专业巡视主要关注系统的交直流回路采样、继电器工作情况，对交流电流、直流回路、电压回路进行电气测量，实时关注继电器电路元件的运行情况，及时发现设备故障，有效规避安全风险；传统变电站的继电保护巡视周期则多为一年巡视4次，并且每半年对整个机电系统进行测量试验。与传统变电站相比，智能变电站应用了大量的电子设备及信息通讯系统，因此其专业巡视的目标及周期都需要进行一定的调整。首先，智能变电站二次系统实现了对电气量采集、信息传输、跳合闸控制命令的全面监控，设备缺陷及运行故障可以通过先进的设备自检系统进行监控，这种情况下，专业巡视的目标就需要侧重于变电设备运行中的维护，主要包括电子设备及信息通讯系统的运行监测；其次，考虑到设备故障自检系统的应用，在专业巡视周期的调整中，可以适当减少巡视次数，降低专业巡视的人工量，进一步提高智能变电站的运行效率，降低运行成本。（2）注重运行参数及设备信息的备份工作：智能变电站引用了大量电子设备及信息通讯设备，在变电站的日常运行过程中会进行实时自检以保证安全稳定运行，也保存了大量的运行数据及设备信息。但是智能变电站在实际的运行过程中，会出现因电子设备故障而导致设备信息丢失，因此对智能变电站的保护和安全自动装置的各种参数应该进行及时的备份，如设备的模型配置信息、参数设置、运行数据等。另外，对于相关电子设备应设置必备的保护装置，如室外的智能终端箱等设备，应该安装相应的温度控制设备，避免由于高温等恶劣天气而导致的设备故障。（3）加强通讯光纤的检修与维护工作：由于智能变电站应用了大量的电子设备及网络通讯装置，传统变电站的二次电缆也被大量的光纤接线代替，这些通讯光纤日常的检修与维护工作就显得尤为重要。首先，在智能变电站的日常运行中，应定期检查保护的交流采样是否正确完好、光纤连接是否可靠接触良好、站内运行设备是否有报警信息等。其次，对于间隔层内的跨间隔设备，如数据集中器等，还应该认真检查中间环节是否正确。

2.1.2网络交换机和报文分析仪

智能变电站的日常运行中主要包括MMS报文、GOOSE报文、对时NTP报文、PTP报文等四种保温，通过监视网络运行报文的正常与否，可以实时监测到智能变电站设备动作的运行情况，因此可以发现智能变电站的正常运行对网络通信系统具有极大的依赖性，这就要求智能变电站高度重视网络交换机及报文分析仪的检修与维护工作。

（1）首先，必须重视IEC61850的一致性测试，检查网络交换机以及相关通信设备是否符合IEC61850要求的一致性，是否符合相关技术标准及技术要求，网络交换机的型号、配置及参数也必须保证与要求相符。其次，定期检查网络交换机的以太网端口设置、速率、镜像功能是否正常，确保网络交换机内部的生成树协议、VLAN设置、网络流量与设计要求一致，实时监测网络交换机的冗余度、传输延时等运行性能，确保网络交换机的各方面性能能够满足设备运行要求。

（2）必须重视报文分析仪的检修与维护工作。报文分析仪是对通信系统中传输的网络报文进行完全记录的重要设备，当智能变电站设备运行时出现网络故障，即可通过报文分析仪进行检测与查询，主要起到第三方保温记录、报文监视的作用，另外，还能够监视通信系统网络数据及运行状态。在智能变电站正常运行时的日常维护中，应重点关注报文分析仪的记录时间期限，保证其记录容量能够至少记录一星期以内的所有报文资料，并具有完善的报文分析能力，使智能变电站运行控制人员能够直观、明了得获取网络报文信息，从而对设备运行情况进行实时监控，及时发现设备故障。

2.1.3智能变电站监控系统

与传统变电站相比，智能变电站监控系统在规约方面采用了DL/T 860通信标准，而在系统配置方面，则采用了全站统一的SCD配置文件，并导入各装置的CID文件，这些方面的变化需要升级对传统变电站监控系统进行升级与优化，也是智能变电站监控系统的维护重点。

（1）智能变电站采用了全站统一的SCD配置文件，因此变电站监控系统维护人员应重点检查全站的SCD配置文件集成是否正确，各个设备的MMS数据集配置是否符合运行要求，以及站控层的GOOSE闭锁逻辑是否正确，在检查完毕后还应对相关数据一一验证，保证监控系统的正常、稳定运行。另外，监控人员必须密切关注设备的版本变化，及时升级设备版本，加强对设备版本的实时管理。

（2）智能变电站监控系统在对程序化操作功能的检查中，必须要求变电站所有设备满足单间隔、多间隔、保护功能投退等程序化操作的要求，以提高监控系统的稳定性。

（3）另外，必须重视对智能变电站站控层功能的验证，包括对软压板控制、定值区切换控制及定制召唤等功能的验证，并要求变电站站控层后台能够对定值区与软压板的状态进行实时更新，从而保证监控系统能够满足无人站值班功能。

2.2异常情况下的系统维护

智能变电站的正常运行与异常情况下的系统维护存在一定差异在异常情况下，如果出现与常规站类似的异常情况，则可以采取常规的系统维护处理方式，如果出现智能变电站新设备及新情况的故障，则必须结合新标准对设备故障进行重点分析与维护。

2.2.1间隔合并单元故障：合并单元故障时当前智能变电站内出现频率最高的故障类型，因此在设备的检修与维护时应给予重点关注，并研究其出现故障的原因。对于单套配置的间隔，应立即申请相应的间隔单元开关并退出运行；对于双套配置的间隔，若出现合并单元故障，必须立即推出本间隔与故障合并单元对应的保护出口压板，还应推出与故障合并单元对应的母线保护装置。

2.2.2智能终端故障：在智能变电站中，智能终端主要负责开关设备的跳合闸，因此，智能终端故障会直接影响到智能变电站运行设备的跳合闸。若出现智能终端故障，首先应考虑立即推出该智能终端的出口压板，防止因故障导致的智能终端无跳闸，然后再查明智能终端出现故障的原因并进行处理。

2.2.3交换机故障：若出现交换机故障，首先应根据GOOSE网络图、监控网络图等资料分析故障交换机造成的网络影响，然后判断故障交换机的类型，若过程层GOOSE网间隔交换机出现故障，影响到本间隔交换机构成的GOOSE链路，则可视为失去本交换机所连接的保护。

2.2.4过程层GOOSE网公用交换机故障：智能变电站过程层GOOSE网公用交换机故障会影响到母线保护、变压器保护、过负荷联切等公用设备。因此，当出现公用交换机故障时应首先根据交换枧所处网络位置以及网络结构，判断故障的影响范围，然后再对故障进行处理。

智能变电站异常情况下的系统维护除了注意异常设备故障及设备运行处理措施外，还应针对实际的设备故障情况，结合监控资料全面分析异常信号及正常信息，然后根据设备的实际情况进行故障诊断，从而迅速恢复故障设备，保证智能变电站的安全、稳定运行。

结语

智能变电站是智能电网发展的主要节点，主要通过数字化信息实现站内外的信息共享和互操作，数字化的一次设备、全数字化的二次设备、全站统一的通信标准平台是智能变电站具有三个关键特征。智能变电站的继电保护构成形态和运行模式发生了较大变化，其运行维护技术应针对正常运行及异常情况进行区别研究，在智能变电站正常运行时，应加强继电保护装置的维护，密切关注网络交换机和报文分析仪及变电站监控系统的运行情况；在异常情况下，则主要关注间隔合并单元故障、智能终端故障、交换机故障及过程层GOOSE网公用交换机故障，及时发现设备故障并进行检修与维护，保证智能变电站的安全、稳定运行。

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