探析数字化继电保护在智能变电站中的应用

摘要：近年来,随着计算机信息系统的不断发展和网络技术的引入,新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中,不断地刷新继电保护历史,从而使微机控制继电保护的研究向更高的层次发展,其未来趋势向计算机化,智能化,网络化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。本文结合笔者多年工作实践，对数字化继电保护在智能变电站中的应用进行了探讨。

关键词：数字化；继电保护；变电站；应用

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：

1. 数字化继电保护系统概述

近几年来，随着社会经济的飞速发展，现代科学技术和网络技术也上了一个新的台阶。变电站也逐步进入智能化和数字化发展时代。智能变电站与传统变电站相比具有先进性和优越性，是未来变电站发展的新方向。数字化继电保护以数字化为显著特点，通过数字信号的方式在设备之间传递和通信。新一代的数字化继电保护系统采用电子式互感器、智能操作箱、光纤等新配件设备，在应用中比传统的微机保护系统具有明显的高效、快捷等现代化特点。

2.继电保护组成及原理

在智能变电站中，继电保护装置的类型有许多种，根据继电保护装置的功能与构成来划分，可以分为：机电型和静态型，以及整流型三种继电器。其中，机电型和静态型继电器又分别分为：感应式继电器和极化式继电器、电磁式继电器；晶体管继电器和集成电路继电器等。根据继电保护装置输入的电气量和量度来划分，可以分为：电流、电压继电器和频率、阻抗、差动继电器等。这些继电保护装置都是由逻辑和测量，以及执行三个模块所构成。通过测量模块对电力传输系统中相关的保护对象信号进行采集，并将采集到的信号与整定值相比较后，传送结果到逻辑模块中。逻辑模块通过对组合测量模块中的各种参数进行运算，更具运算结果确定动作是否进行。当运算结果为1时，动作信号将直接发送给执行模块在实现响应后，对智能变电站是否安全运行执行报警命令。

3. 数字化继电保护在智能变电站中的应用

3.1继电保护的智能测试检验方法

保证变电站的正常运行和安全高效的第一道防线就是继电保护，对智能变电站来说，传统的继电保护方式也应随之走向科技化和现代化，笔者认为数字化继电保护是应用于智能变电站的有效保护方式，所以要改进继电保护设备之间传递信息的方式实现数字化，就要使用电子式互感器、有智能单元的断路器和变压器，用光纤连接设备使信息换地实现网络化等。笔者根据设备的变化，提出了以下几种新的测试检验方法：

第一，传统的方式是将电压、电流模拟量输入保护装置，现在发展为光纤数字信号。光纤数字信号的要求是要对有跨间隔数据要求的继电保护装置，传递数据如果是在不同间隔间要尽量保持时间的一致性，如果无法确定或是有明显超出接受范围的差异，保护装置就无法正常发挥作用。

第二，从实践中总结来看传统的变电站继电保护大多使用接点直接跳闸，发展到智能变电站，新的网络系统被应用到继电保护中，数字信号通过这一网络系统输送给智能终端之后跳闸，这样增加系统正常运行的安全和可靠性，对设备检修和扩建来说也更加及时有效和安全。

第三，传统的变电站的继电保护装置信号的传递需要经过GOOSE 协议下通过网络传输，智能变电站经过改进将智能变电器增设了优先级别，用 GOOSE 报文传递数字信号。在测试检验中可以利用整组传动试验，对智能变电站继电保护装置的输入和输出信号传输进行准确度和时间上的检验。

第四，数字化继电保护采取的光纤数字信号的输入方式是最新的技术应用成果，所以必须加强对数据同步性的测试与检验，如母差保护、对变压器差动保护等，同时测试实验的内容还包括对不同的同步间隔数据的检验与测试。

第五，光纤以太网检验的是误码率以及光收发器件的功率，这一检验是为了确保连接的准确从而保证安全生产。数字化继电保护系统对这一检验过程也是应用的现代化检验手段，通常借助网络进行检验分析、模拟等操作。

第六，合并单元的检验。这一检验测试主要针对的是合并单元能否及时、准确的传递一次电压和电流信号，智能变电站强化这一测试检验主要是为了提高数据传输准确性和及时性做好基础工作，为控制系统提供数据并作出相应的处理。

3.2 继电保护应用分析

3.2.1 网络自动化应用分析

计算机的发展带动了继电保护的发展。在智能变电站中，微机保护不仅要从基本功能上进行改善，还需要从存储故障信息和数据的空间、对数据的快速处理、语言编程和通信能力，以及其它保护和控制、网络等方面进行改善。计算机网络自动化作为当代信息技术和通信的桥梁，大大提高了继电保护实现网络化的可靠性和高保护性。在计算机网络化基础上实现智能变电站的继电保护，使整个智能变电站建立在一个智能的终端上，方便获取智能变电站运行和故障中的信息与数据，并将获取到的保护信息通过任意一个终端传送给网络控制中心。不仅有利于继电保护装置完成对智能变电站的功能保护，还有利于在智能变电站安全正常的运行状况下，完成对电气设备的测量和控制，以及通信，实现继电保护在智能变电站中应用的一体化。

3.2.2 智能化应用分析

随着目前智能变电站的发展，在智能变电站中的继电保护领域人工智能化技术也得到了相应的广泛应用，例如：神经网络和模糊逻辑等技术，其中神经网络技术属于非线性的映射手段，它能够解决智能变电站中任何复杂的非线性问题。例如：在高压输电线路方向保护的时候，采用人工智能化神经网络作为辨别保护方向的元件，对故障进行快速、准确的判别。

3.3 继电保护在智能变电站中应用故障排除

其一，直流接地和信号回路故障。由于接地查找故障的方式是先检查室外再检查室内，先检查电缆再检查装置，以及先检查旧设备再检查新设备，因此，在对直流接地进行检查的时候，将直流电源断开，极容易影响到继电保护与二次回路。而信号回路故障由于指示灯、光耦等设备长期受到冲击带电的损坏，因此，造成故障的发生。要解决这两种故障就必须在必要时打开跳闸压板和更换新的元件。

其二，控制回路故障。由于控制回路故障多发生在断路器中，因此，操作回路如果设计和接线不合理、相关操作把手与指示灯失灵，以及人为的错误操作与闭锁回路接点出现异常等等，都将造成控制回路出现故障。为了避免这些故障的发生，在改造设备和更换线路保护的同时，还要进行日常设备的维护与保护校验，不断提高继电保护工作人员的技能，以确保设备的最佳运行状态，并且还要做好每项故障的总结与分析记录，以快速、安全的方式消除故障，做好故障排除的准备。

3.4 提高继电保护效能的方式

随着继电保护技术的广泛应用，要想提高智能变电站中的继电保护效能，就要全面掌握和熟知相关电子技术和继电保护的知识，以及相关工作原理与性能。根据保护与自动装置所具有的现象对电力故障和发生原因进行详细分析，快速找到电力故障位置，并根据继电保护二次回路接线图和整组调试记录等相关资料，通过正确的检查方式进行故障的检查，一般都能够被检查出来。假如在经过常规检查还未发现故障的话，那么就要通过逐级逆向和全面的检查方式从故障暴露位置点依次分析故障原因或依照顺序逐一对装置进行故障原因的检查，以判断故障具体范围。近年来智能变电站设备在不断地推行状态检修，相信随着微机继电保护装置的自身可靠性逐步提高，继电保护等二次设备实行状态检修也将是大势所趋，通过对微机继电保护装置的在线监测，结合历次检修调试数据和异常情况分析判断，实现根据设备状况延长检修周期、减少停电频次的目的，从根本上提高继电保护装置投运率和使用效能。

4.结语：

随着计算机技术的不断发展,继电保护技术将由人工管理转向计算机系统自动控制,通过指定程序设计,实现计算机自动控制,减少运行过程中的人工监控,以提高工作效率,减少失误率,减少解决故障的时间,减少因其带来的损失。加快计算机智能系统技术的研究与开发,通过新材料,新技术,新管理系统的运用,提高计算机管理系统的智能水平,使其具有更高的故障分析、解决以及预测能力,提高继电保护水平。

参考文献：

[1] 徐晓菊，数字化继电保护在 110kV 智能变电站中的应用研究，[J]，数字技术与应用，2011(10）.

[2] 夏勇军，蔡勇，陈宏，陶骞，胡刚，110kV 智能变电站继电保护若干问题研究，[J]，湖北工业大学学报，2011,26(1).