李霞

摘 要：電氣智能化技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子式互感器、智能開關(guān)等新型元器件在變電站中得到了逐步推廣應(yīng)用，各種新型網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也日漸發(fā)展成熟，IEC61850標準的發(fā)布與應(yīng)用統(tǒng)一了變電站內(nèi)的通信協(xié)議，奠定了數(shù)字化變電站內(nèi)部實現(xiàn)交互操作和通信功能的基礎(chǔ)，從而大大的推廣了數(shù)字化變電站技術(shù)的使用。文章從測量精度、電力系統(tǒng)運行可靠性和設(shè)備間互操作等方面闡述了數(shù)字化變電站相對傳統(tǒng)變電站具有的優(yōu)勢，簡要介紹了傳統(tǒng)變電站和數(shù)字化繼電保護在結(jié)構(gòu)特點和組成方面的差異以及數(shù)字化變電站對繼電保護技術(shù)的影響，最后點明數(shù)字化變電站在信息傳輸安全方面還需進一步完善。

關(guān)鍵詞：變電站；數(shù)字化；繼電保護；測量精度；電子式互感器

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0068-02

1 數(shù)字化變電站相對傳統(tǒng)變電站具有的優(yōu)勢

1.1 測量精度方面

數(shù)字化變電站相對傳統(tǒng)變電站在測量精度方面有了巨大的提高。這是因為數(shù)字化變電站中使用的互感器采用了新型電子式互感器來代替電磁式互感器，一次和二次設(shè)備間通過光纖取代傳統(tǒng)金屬電纜傳輸數(shù)字編碼方式的電壓電流狀態(tài)量和控制命令等信息。光導纖維抗外界電磁干擾能力強，數(shù)字信號在傳輸過程中不會引入誤差，從而提高了變電站保護、測量和計量等系統(tǒng)的精度。而傳統(tǒng)變電站互感器輸出的模擬信號利用金屬電纜傳輸，傳輸過程會產(chǎn)生誤差，系統(tǒng)精度很難提高。同時，數(shù)字化變電站通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)字編碼信號中除了狀態(tài)量、采樣值、控制命令等有效信息外還添加了傳輸信息對應(yīng)的校驗碼和通道自檢信號，這些措施保證了信號和通信系統(tǒng)的正確性。光電互感器也可以進行自我檢查，當檢測到通信故障或互感器故障時，二次設(shè)備會感測到不到正確的校驗碼數(shù)據(jù)，從而判斷出互感器異常并報警，提高了信號傳輸可靠性。

1.2 提高電力系統(tǒng)的安全可靠性

數(shù)字化變電站一、二次設(shè)備之間信號傳輸使用光纖， 實現(xiàn)了一、二次側(cè)電氣設(shè)備間的電氣隔離，從根本上解決了傳輸信道的抗干擾問題，光纖也避免了傳統(tǒng)電纜避免不了的電磁干擾和傳輸過電壓問題，也避免了設(shè)備二次側(cè)發(fā)生兩點接地的可能性。傳統(tǒng)變電站通過金屬電纜傳輸模擬電壓、電流信號，使用的金屬電纜容易受外界電磁干擾，還會傳導一次側(cè)傳輸?shù)倪^電壓，這些都可能引起設(shè)備不正常運行，此外金屬傳輸電纜較長的情況下由于對地分布電容的影響，還可能會造成保護誤動、拒動問題。采用光電互感器不存在傳統(tǒng)電磁式電壓互感器二次側(cè)短路或電流互感器二次側(cè)開路引入的危險；解決了絕緣油或絕緣氣體絕緣強度下降帶來的問題，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。另外，數(shù)字化變電站的設(shè)備間通信采用計算機通信技術(shù)，一條信號傳輸信道可傳輸多個上級設(shè)備傳輸?shù)男盘枺喜卧拇嬖谑沟枚俗优诺氖褂么蠓鶞p少，簡化了二次設(shè)備間接線復(fù)雜度，使得信號傳輸電纜的使用量大大降低。

1.3 解決設(shè)備間的互操作問題

數(shù)字化變電站按照國際電工委員會頒布的IEC 61850標準規(guī)范按統(tǒng)一的通信協(xié)議建立設(shè)備間的信息交互模型和通信接口，使得設(shè)備間無縫通信連接成為可能。傳統(tǒng)變電站中設(shè)備由于沒有統(tǒng)一通信協(xié)議保障導致不同生產(chǎn)廠家的二次設(shè)備間不能完全可靠完成互操作，需要設(shè)置通信接口裝置和規(guī)約轉(zhuǎn)換器等設(shè)備，增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，給系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、維護增加了難度，通信系統(tǒng)的性能也較低。

2 數(shù)字化變電站保護裝置的結(jié)構(gòu)特點

2.1 數(shù)字化變電站保護裝置與傳統(tǒng)變電站保護裝置硬件

的區(qū)別

微機保護裝置在傳統(tǒng)型變電站中普遍應(yīng)用，該裝置主要由微處理器為核心的數(shù)字電路構(gòu)成。還含有模擬量采集單元、CPU、開關(guān)量輸入/輸出接口、人機對話接口和通信接口等部分，傳統(tǒng)危機保護裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。然而數(shù)字化變電站繼電保護裝置利用的數(shù)據(jù)信號來自電子式互感器（EPT，ECT），通過光纖傳輸采樣信號，與傳統(tǒng)的微機繼電保護裝置硬件結(jié)構(gòu)形式存在差異。數(shù)字化變電站繼電保護裝置通常包括光接收單元、開入量接受單元、CPU、出口單元、人機對話接口和通信接口等，如圖2所示。

2.2 數(shù)字化變電站保護配置方案

常規(guī)的數(shù)字化變電站繼電保護配置方案和傳統(tǒng)變電站采用常規(guī)互感器時的保護配置方案一致，都是按照保護對象進行配置，保護邏輯原理并沒有發(fā)生改變，保留原有非數(shù)字化保護的邏輯，如主變壓器保護、母線保護、線路電流三段保護等，只是將原來保護裝置的模擬量輸入元件替換為新的數(shù)據(jù)采集光纖的通信接口，原有輸入輸出I/O接口替換為新的GOOSE 結(jié)構(gòu)下光纖通信接口，原本由中央處理器進行處理的模擬量也交給通信接口來進行處理。這種常規(guī)的數(shù)字化變電站保護配置方案的保護對象具體，已經(jīng)具有豐富的運行經(jīng)驗，可以很好地幫助傳統(tǒng)保護向數(shù)字化保護的過渡，但這種保護方案網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，數(shù)字化變電站的優(yōu)勢沒能充分發(fā)揮。如圖3所示：

3 數(shù)字化變電站對繼電保護技術(shù)的影響

數(shù)字化變電站將站內(nèi)設(shè)備分歸為過程層、間隔層和變電站層，位于過程層的電子式互感器、合并單元、智能斷路器及智能控制器等設(shè)備代替微機保護設(shè)備的工作，例如狀態(tài)量的交換、采集信號等功能。將原來統(tǒng)一由微機保護完成的測量、控制、保護和數(shù)據(jù)通信等功能拆分為兩部分完成，采集數(shù)據(jù)及斷路器的控制等功能交給過程層中的設(shè)備完成，原來位于間隔層的微機保護裝置在數(shù)字化變電站中只完成數(shù)據(jù)的計算、邏輯處理和數(shù)據(jù)通信等任務(wù)。

3.1 繼電保護功能網(wǎng)絡(luò)化

合并單元設(shè)備是電子式電流、電壓互感器（ECT，EPT）的應(yīng)用所必須的，它的存在使得過程層中數(shù)據(jù)的數(shù)字化和交互傳輸成為可能。繼電保護裝置擁有了數(shù)據(jù)共享功能，就能實現(xiàn)集成多種類型保護功能，進一步提高了數(shù)字化變電站的綜合自動化能力。例如數(shù)字化變電站中具有網(wǎng)絡(luò)通信處理功能的母線單元，它能接收過程層設(shè)備傳輸?shù)拈_關(guān)量信號并進行處理，處理結(jié)果通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)傳送至對應(yīng)的下級處理模塊，下級處理模塊按照需要執(zhí)行相關(guān)動作實現(xiàn)保護，減少了互感器的需求，充分利用了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢，使保護功能網(wǎng)絡(luò)化。

3.2 繼電保護的可靠性得以提高

IEC 61850標準規(guī)范的使用，使得數(shù)字化變電站中一次和二次設(shè)備間信號傳輸電纜的使用大大減少，將傳統(tǒng)繼保的相應(yīng)功能拆分，使保護具有網(wǎng)絡(luò)化特點。采集的數(shù)據(jù)信號為數(shù)字量，不需要再進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，消除了數(shù)模轉(zhuǎn)換可能帶來的錯誤。進一步整合在線監(jiān)測、自檢等模塊后，繼電保護裝置的運行可以更為穩(wěn)定。另外，由于數(shù)字化變電站光纜的利用，代替了大量使用的金屬電纜，大幅度減少了系統(tǒng)中元件的復(fù)雜性，實現(xiàn)了真正的去冗余。

3.3 繼電保護技術(shù)面臨的新問題

數(shù)字化變電站內(nèi)采取對等（P2P）通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式后，傳輸信息的安全性問題就變得十分重要。所有IED設(shè)備在LAN上交互信息，意味著每個IED設(shè)備都具有對其他IED設(shè)備進行信息交互的能力，因此，一旦某個IED設(shè)備受到惡意破壞攻擊時，在數(shù)字化變電站缺乏信息有效安全防護的情況下有可能給整個變電站自動化系統(tǒng)安全運行帶來嚴重影響。

4 結(jié) 語

目前，數(shù)字化變電站的建設(shè)沒有統(tǒng)一的標準要求，數(shù)字化變電站的常規(guī)繼電保護配置沿用運行檢驗豐富的保護邏輯原理，即分散單獨保護，有利于傳統(tǒng)變電站繼電保護向數(shù)字化變電站的過渡，但沒有充分發(fā)揮數(shù)字化變電站設(shè)備無縫通信的優(yōu)勢。未來可以采用系統(tǒng)化的繼保配置方案，保護對象面向多個元件，使得每套繼電保護裝置可以完成主變保護，母線保護，出線保護等保護功能，減少變電站設(shè)備數(shù)量，充分利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和信息共享功能。

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