智能变电站继电保护的可靠性

摘要：智能化继电保护对智能变电站的平稳运行具有重要影响，为了确保变电站运行平稳，需要提高继电保护的可靠性。文章分析了智能变电站继电保护的要点，并从变压器保护、电压限制延时和线路保护等方面出发，给出了提高智能变电站继电保护可靠性的方法，为促进国家智能电网的发展助力。

关键词：智能电网；智能变电站；继电保护

随着科学技术的不断发展，行业创新层出不穷。在此背景下，国家电网公司也开拓创新，大力发展建设智能电网。在智能电网的建设中，变电站是电网建设的关键环节，要顺应智能化的发展趋势，使智能变电站成为建设的重心，而智能变电站最终实现高效运作，离不开配套的继电保护装置[1]。文章讨论了智能变电站继电保护中的关键问题，并就如何提高继电保护的可靠性提供了一些建议。

1智能变电站概述

智能变电站是指使用数字化智能设备的新型变电站，其配套的智能化装置可自动收集、监视和控制电网信息，并操控电网，从而使电网系统能够实现智能调节[2]。智能变电站的结构如图1所示。智能变电站是变电站的最终发展模式，采用了智能终端柜和合并单元的模式，使保护就地化，具有保护可靠性高、智能化程度高、维护工作量少的优点[3]。针对智能变电站这一综合、复杂、智能化的新生事物，运行人员需要认真学习智能站的运维细则，刻苦钻研智能站的信息流图，吃透其原理和内部逻辑，成为一个合格的智能变电站运维人员。

2智能变电站继电保护的要点

2.1可靠性

继电保护的可靠性主要包括以下两个方面：（1）保护的选择性。当智能变电站发生保护区域内故障时，应及时采取保护措施。（2）保护的可靠性。在电力系统正常运行时，保护装置应避免误动或异动[4]。随着整个电力系统的自动化和数字化，电子信息技术正逐渐成为智能变电站的核心。鉴于此，信息电子设备必须被正确应用在继电保护中。许多因素会影响电子设备的稳定性，如设备电池的兼容性和设备的使用频率，这些都会影响继电保护的可靠性。为确保智能变电站继电保护的高可靠性，必须使用高稳定性的光缆，并采取措施减少来自电子设备频率的干扰。因此，有必要研发更先进的电子信息技术，并将其应用于智能变电站的继电保护系统自检，确保能及时响应系统的错误告警，采取预控措施。电网故障诊断的流程如图2所示。此外，应建立数学模型以定量分析继电保护的可靠性[5]。

2.2实时性

实时性是电力系统智能变电站继电保护的重要性能指标[6]。在数字采样的过程中，数字采集器可能在某些因素的影响下产生时间误差，在传输过程中发生严重的数据丢失。基于以上原因，在电力系统的采样过程中，采样方法应科学可行，应预估产生错误的可能性，再实施采样。在实际操作的过程中，应并行计算采样结果，以尽量减小采样结果的误差和减少延迟，从而全面提高继电保护的实时性。

2.3同步性

在传统变电站中，变压器等电力设备的使用不需要通过时间函数同步，因此传统电力系统缺乏同步保护[7]。智能变电站的信息采集依赖数字化的方法，因此继电保护需要同步。有以下两种方法可以提高智能变电站继电保护的同步性：（1）将同步检测装置和差动保护装置用于线路保护，由于同一条线路的本侧和对侧的同步装置收集的是来自不同变电站的信号幅值和相位，因此最重要的是要确保整个系统的保护同步和正确执行；（2）电力系统实施过流和过压保护，这两个保护功能很容易实现，只需在继电保护系统中输入正确的定值，保护功能实现期间不需要同步过程。

3提高智能变电站继电保护可靠性的策略

3.1加强对变压器的保护

在电力系统中，电力设备的额定电压是固定的。当系统电压高于或低于额定值时，将对系统和设备产生不良的影响。电力系统中最重要的调压装置是变压器，它也是继电保护中的重要装置。因此，将数字式电压互感器装置用于智能变电站继电保护系统时，变压器可采用分布式配置方式，以充分利用继电保护中的差动功能。此外，智能变电站可通过集中配置变压器装置实现后备保护，以加强智能变电站继电保护的可靠性。

3.2保护电压延时元件

智能变电站在日常运行中很容易受到外部因素的影响，如电流、电压因素等，任何异常状态都可能导致不必要的跳闸或电流过载问题。虽然过载电流与正常电流没有明显区别，但是，在电流过载的情况下，如果智能变电站同时发生外部干扰的故障，跳闸的可能性会很大，这将严重威胁智能变电站继电保护的动作可靠性。为此，在智能变电站的系统电路中采用电压限制延迟动作元件时，需要通过计算每条电路的电流量准确计算总电流量，如果系统中出现过载电流问题，系统就可以立即发出告警信息，所有相关分支系统会实时激活保护命令，从而显著提高继电保护的可靠性。

3.3加强线路保护

在电力系统中，线路的保护极为重要，线路保护不仅可以有效保护各级电压中的单元间隔，切除站外的故障，而且在电力系统的控制、测量、通信监控等功能实现中起着重要作用。在继电保护中实施正确可靠的线路保护配置工作，可以显著提高整个系统继电保护的可靠性。因此，技术人员应做好线路保护的正确、有效配置。可以采用垂直差动联动保护方式，这种保护方式灵敏、可靠，基本可以使所有的系统线路得到有效保护。垂直差动联动的原理如图3所示。当线路正常运行的时候，线路电流I1、I2的大小相同、方向相同，差动电流为零；当线路上发生接地故障时，I1、I2的方向发生变化，差动电流达到保护启动值。在线路保护中，差动保护动作主要有主保护和后备保护两种保护方式。在两者有效结合的情况下，如果线路中任何一个保护出现问题，配置的另一个保护都能及时动作、切除故障，从而提高电力系统的可靠性。

3.4完善线路保护机制

目前，智能变电站继电保护的主要方法是加强双重保护配置。对于后备保护，可以采用集中配置实现调节，以避免交换机故障。同时，在线路保护相邻区间和整个系统中应用双向总线，可以便于利用后备保护反馈保护信息，通过后备保护可以判断整个电网的运行情况，并对问题进行预处理，从而防止事故发生。此外，技术人员还应制订合理的策略解决线路跳闸问题[8]。在目前的保护机制下，应努力寻找更多更完善、合理的技术，以实现智能变电站的技术调整。同时，需要根据电网的整体运行情况，科学有效地分析变电站内的设备运行方式，以确保运行计划科学合理，从而进一步提高智能变电站继电保护的可靠性水平。

4继电保护案例分析

4.1案例概况

2021年4月19日，某换流站极2的最后断路器保护动作闭锁。最后断路器一般用于换流变交流进线，最后断路器跳开前需要闭锁直流，以防对设备造成损坏，断路器保护以最后一个开关的辅助接点跳开作为检测判据。故障前，双极为全压600MW平衡运行，故障后，极2功率转移至极1，未造成功率损失。闭锁前，该站极2换流变仅带5041边开关运行，5042中开关正在进行某Ⅱ线扩建后的保护定检。经分析，故障原因为该站最后断路器保护存在软件缺陷，软件以跳开关的命令作为保护判据，而正确的逻辑应以开关的辅助接点作为判据。现场人员在校验时发现，开关失灵保护时发出了跳边开关的命令，而之前的安全措施已将失灵保护跳边开关的压板退出，因此边开关虽没有跳闸，但由于误采用了跳开关命令作为判据，导致了最后断路器保护误动作。

4.2电力条例

此案例涉及的相关电力条例如下。（1）最后断路器保护设计应可靠，应避免仅以断路器辅助接点位置作为最后断路器跳闸的判断依据，防止接点误动导致直流双极强迫停运。（2）新建、扩建或改建工程的继电保护和安全自动装置应零缺陷投入运行；在新建、扩建或改建工程中，继电保护和安全自动装置缺陷处理记录等资料在投运前应移交运维检修单位，由运维检修单位负责统计存档；对于工程质保期内发生的继电保护和安全自动装置缺陷，由建设单位负责处理，运维检修单位配合。（3）在设计保护程序时，应避免使用断路器和隔离开关辅助触点位置状态量作为选择计算方法和定值的判据，应使用能反映运行方式特征，且不易受外界影响的模拟量作为判据。若必须采用断路器和隔离开关辅助触点作为判据，断路器和隔离开关应配置足够数量的辅助触点，以确保每套控制保护系统采用独立的辅助触点。

4.3应对措施

此案例事故的应对措施如下。（1）继电保护检验人员应了解有关设备的技术性能及调试结果，并认真检验自保护屏柜引至断路器（包括隔离开关）二次回路端子排处的电缆线的连接的正确性及螺钉压接的可靠性。（2）对保护装置进行计划性检验前，应编制保护装置标准化作业书；检验期间，应认真执行继电保护标准化作业书，不应为赶工期而减少检验项目和简化安全措施。（3）对运行中的保护装置外部回路接线或内部逻辑进行改动工作后，应做相应的试验，确认接线及逻辑回路正确后才能投入运行。（4）对于试运行的新型保护装置，应进行全面的检查、试验，并由电网公司继电保护运行管理部门进行审查。（5）在现场进行检验工作前，应认真了解被检验保护装置的一次设备情况，相邻的一、二次设备情况，与运行设备关联部分的详细情况等，并据此制订检验工作计划。在检验工作的全过程中都要确保系统的安全运行。

5结束语

智能变电站继电保护的要点包括继电保护的可靠性、实时性和同步性。继电保护的可靠性关系到整个智能变电站和电力系统的安全稳定运行。因此，电力企业应重点关注智能变电站的特殊保护需求，不断加强变压器保护、电压限延时、线路保护机制等，以有效提高继电保护的可靠性，推动智能变电站和电力系统的发展，最终实现电网的持续、稳定、健康发展。

参考文献：

[1]蔡志峰.电力系统中电气主设备继电保护技术研究[J].光源与照明,2021(6):81-82.

[2]雍明月,张秉楠,高尚,等.变电站在线监测智能电子设备自动化测试研究[J].工程技术研究,2020,5(21):115-116.

[3]陈宇翔.智能变电站保护系统可靠性研究[D].广州:广东工业大学,2021.

[4]邬小坤,赵武智,牛静,等.一种智能变电站二次设备状态评价方法[J].电子器件,2021,44(3):664-669.

[5]刘元生,王胜,白云鹏,等.面向智能变电站的威胁与风险评价模型研究与实现[J].重庆大学学报,2021,44(7):64-74.

[6]李辉,张孝军,潘华,等.面向智能变电站通信网络可靠性研究[J].电力系统保护与控制,2021,49(9):165-171.

[7]朱寰,刘国静,李琥,等.“新基建”下变电站资源综合利用发展研究[J].电网与清洁能源,2021,37(3):54-64.

[8]杨凌.智能电网继电保护设备运行与维护研究变电站[J].工程技术研究,2019,4(22):127-128.

作者：吴魏峰 孙斌 单位：国网嘉兴供电公司