探析智能变电站二次系统的优化

摘要：作为连接发电和用户的枢纽，变电站是整个电网安全和可靠运行的重要环节。相较于常规变电站，智能变电站具有节能环保、结构紧凑、自动化水平高和安全可靠的优点，实现了一二次设备的智能化和运行管理的自动化，能够更深层次地体现出坚强智能电网的信息化、自动化和互动化的技术特点。目前智能变电站的研究还处于初级极端，因此对智能变电站二次系统的优化配置进行研究具有重要的实际应用意义。

关键词：变电站 优化

1、引言

智能变电站相关技术的应用，对于变电站二次系统的发展具有深远的影响。智能变电站与传统变电站相比，对于继电保护技术来说，最大区别在于取消了电缆连接，变电站设备之间采用网络传输进行数据交换，这就使得各保护装置的配置原则、技术性能要求、功能划分和维护检修等都与传统变电站大不相同，因此本文对智能变电站二次系统的优化进行了探讨，以期提高变电站二次系统运行的可靠性和安全性。

2、智能变电站二次系统的优化方案

2.1 线路主保护方案的优化

基于固有频率的长距离输电线路保护方案是一种暂态量保护方案，其依据是故障后高频分量中的周期性分量发生后在输电线路上传播，并在短路点和电源阻抗之间来回反射形成的，在频率上表现为固有频率的谐波形式。该保护方案的故障信息容易提取，对采样率要求较低，不受系统运行方式、过渡电阻、故障时刻、故障点位置的影响，具有如下优点：（1）动作速度优于现有的工频量保护；（2）相较于行波保护，该方案不受故障时刻影响，不需要准确捕捉行波波头，不受母线出线数目的影响；（3）两端数据无需同时采样。因此对于智能变电站二次系统而言，可以在完全同步的情况下，主保护采取采样值光纤差动，基于固有频率的保护作为辅助。

2.2 变压器主保护方案的优化

变压器主保护采用不同励磁涌流识别原理的差动保护和瓦斯保护作为主保护，而长期的运行经验表明差动保护是能灵敏地区分区内和区外故障的。比率制动式差动保护，既能在外部短路时有可靠的制动作用，又能在内部短路时有较高的灵敏度。该保护最关键也是最困难的问题是防止变压器励磁涌流导致的差动保护误动作和提高空投于故障变压器（特别是匝间短路）时保护的灵敏度。研究表明：励磁涌流中含有较大的偶次谐波分量，并且二次谐波分量最大，而故障电流中二次谐波分量较小。

因此对于智能变电站二次系统而言，变压器主保护优化方案为：一套有励磁涌流识别的差动保护为主，基于广义功率的差动保护为辅的双重电气量主保护系统，同时瓦斯保护仍然作为电气量主保护保留。

2.3 母线保护方案的优化

作为电力系统中的枢纽元件，母线如果发生故障而又得不到及时切除，那将会给电力系统的供电可靠性造成严重影响。母线主保护常采用分相式快速虚拟比相式电流突变量保护和比率制动式电流差动保护原理。快速虚拟比相式电流突变量保护仅在故障开始时投入，然后改用比率制动式电流差动保护。两种原理保护均设有大差启动元件、小差选择元件和电压闭锁元件。母线主保护的处理方式有以下两种：（1）集中式保护。集中式处理的母线保护将母线视为一个主设备，在母线的智能单元内实现母线的保护，具体方法为：母线所有连接元件电流和隔离开关辅助接点以及开关的跳闸接点信息都要引入智能单元的保护模块内，保护模块执行保护算法，故障判断和处理。（2）分布式保护。分布式母线保护是将传统的一套母差保护装置的功能通过多台处理单元完成。每一个单元手机母线所连一个元件的电流信息，不同单元之间通过光纤通信网络实现数据共享，从而实现母线保护原理。

分布式保护又可以分为：（1）无主站分布式母差保护。各BU之间通过环形通信网络串接，接受其它所有BU（N隔单元Bay Unit）传过来的信息并向其它所有BU传递采集到的故障信息，各BU利用这些信息独自完成母线保护功能。（2）有主站分布式母线保护。各BU仅与主站进行通信，向主站传输信息并接收来自主站的信息和命令，保护功能由主站和BU共同完成。由于无主站分布式母线保护对通信的要求比较高，因此从现实的角度考虑，智能变电站二次系统优先有主站分布式母线差动保护。

2.4 后备保护方案的优化

目前电网中的后备保护包括过流保护、距离保护、零序保护、断路器失灵保护和复合电压闭锁过流保护，随着电网结构的日益复杂，这些后备保护方案的缺点日益凸显。

相较于传统的后备保护方案，广域后备保护具有如下功能：自适应跟踪系统运行方式、自适应投退相关保护功能、在线自适应定值整定计算、自适应调整保护定值和保护范围、潮流转移的识别和高级应用智能甩负荷为电气扰动提供快速甩负荷。因此对于智能变电站二次系统而言，后备保护方案可以优先广域后备保护。

2.5 电能计量方法的优化

电能计量方法有如下几种：（1）机械式的电能表。这是最为传统的计量方法，由电能表盘转动的圈数来反映电能量的大小，但是其无法与计算机直接接口，计量误差较大。（2）电能脉冲计量方法。电能脉冲计量方法又可以分为脉冲电能表、机电一体化电能计量仪表，两者准确性有所提高。（3）软件计算方法。软件计算方法并非不需要任何硬件设备，其实质是数据采集系统利用交流采样得到的电流、电压值，通过软件计算出有功电能和无功电能。由U、I值计算出电能量，不需要增加专门的硬件投资，硬件控而只需要设计好计算程序。因此对于智能变电站二次系统而言，日后电能计量方法优选为软件计算方法。

3、结语

作为变电站建设历史上第三次大的变革，智能变电站的建设给各个二次专业提供了一个崭新的发展机遇，不仅要实现全站的数字化，更要在数字化的基础上实现智能化。智能变电站的实现，势必要对当前变电站二次系统的架构体系进行全面升级和改造，因此本文从线路主保护、变压器主保护、母线保护、后备保护和电能计量方法等方面探讨了智能变电站二次系统的优化。

参考文献

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