■ 文/徐文彬

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對電力系統(tǒng)自動化的需求日益增加。繼電保護系統(tǒng)作為智能變電站安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵保障，能夠及時檢測電力系統(tǒng)中的故障和異常情況，并做出相應(yīng)的保護動作，避免故障擴大和系統(tǒng)崩潰。

智能變電站的優(yōu)勢

隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷增加，傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)無法滿足電網(wǎng)安全、可靠、高效運行的要求。智能變電站的發(fā)展作為電力系統(tǒng)智能化的重要組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的智能感知、智能調(diào)度和智能控制，提升電力系統(tǒng)的運行效率和安全性。

●自動化與智能化

智能變電站采用先進的自動化技術(shù)和智能算法，能夠更有效地監(jiān)測、控制和管理電力系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化操作和控制，降低了人工干預(yù)的需求，提高了系統(tǒng)的可靠性和效率。智能變電站具有遠程監(jiān)控和管理功能，運維人員可以通過遠程系統(tǒng)實時監(jiān)測和控制設(shè)備的狀態(tài)，大大減少現(xiàn)場操作和維護的需求，提高了運維的效率和安全性。智能變電站具有更高的系統(tǒng)容量和可擴展性，可以適應(yīng)不同規(guī)模電力系統(tǒng)的需求。

●交互性

智能變電站利用先進的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)各種設(shè)備之間的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)傳輸和信息共享，并根據(jù)電力系統(tǒng)的需求和負荷情況，優(yōu)化能源的分配和使用。隨著可再生能源的快速發(fā)展，具備接納、轉(zhuǎn)換和調(diào)度多種能源能力的智能變電站，能夠更加高效地集成分布式能源，實現(xiàn)對清潔能源的優(yōu)化利用。

●可靠性

智能變電站通過大數(shù)據(jù)分析和智能算法，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析，提供決策支持和智能推薦。基于數(shù)據(jù)的預(yù)測和預(yù)警能力，智能變電站可以提前發(fā)現(xiàn)潛在故障和問題，采取相應(yīng)措施，降低故障風(fēng)險，提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。智能變電站具有智能化的繼電保護和自動裝置，能夠及時、準確地檢測故障和異常情況，自動切除故障設(shè)備，避免事故擴大，并迅速對電網(wǎng)進行恢復(fù)。此外，智能變電站的安全措施和網(wǎng)絡(luò)防護機制，可以提升系統(tǒng)的抗干擾能力，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和安全性。

繼電保護關(guān)鍵技術(shù)的分類

●線路中的繼電保護技術(shù)

線路中的繼電保護技術(shù)是用于保護電力系統(tǒng)中的線路設(shè)備免受過流、短路、接地故障等損壞的技術(shù)手段。繼電保護裝置通常與線路中的傳感器（如電流互感器、電壓互感器）配合使用，監(jiān)測電流、電壓、頻率等參數(shù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的保護邏輯和特定的動作條件，切斷電源或發(fā)出報警信號。線路保護裝置主程序是以數(shù)字信號處理（DSP）芯片為主中央處理器（CPU）來運行的。DSP 芯片是一種專門設(shè)計用于數(shù)字信號處理的芯片，具有高性能的運算能力和實時響應(yīng)的特點。此外，在線路保護裝置中，DSP 芯片常與ARM 芯片結(jié)合使用，這樣可以充分利用DSP 芯片的高性能、實時性和信號處理能力，同時利用ARM 芯片的控制和管理功能，實現(xiàn)復(fù)雜的保護算法和功能，并提供友好的用戶界面和系統(tǒng)集成能力。

●變壓器的繼電保護技術(shù)

變壓器的繼電保護技術(shù)是指一系列檢測和響應(yīng)變壓器設(shè)備內(nèi)部或外部的各種故障和異常情況的保護手段和技術(shù)措施，主要包括過載保護和短路保護等。過載保護用于監(jiān)測變壓器的負載電流，當電流超過預(yù)設(shè)的額定值或設(shè)定時間內(nèi)持續(xù)超負荷時，繼電器會觸發(fā)動作，切斷電源或采取其他保護措施。短路保護主要是監(jiān)測和比較變壓器不同側(cè)（高壓側(cè)和低壓側(cè)）的電流和相位差等參數(shù)，一旦檢測到短路情況，繼電器會迅速采取動作，切斷電源或斷開短路故障部分。此外，變壓器中的氣體繼電器可用于監(jiān)測變壓器油箱中的氣體濃度，一旦氣體濃度超過預(yù)設(shè)的閾值，繼電器會觸發(fā)警報或保護動作。

●限定電流輸出保護技術(shù)

限定電流輸出保護技術(shù)是一種用于保護電源輸出回路的技術(shù)手段，通過將電流限制在安全范圍內(nèi)，防止過載或短路等故障造成設(shè)備損壞或安全問題。常用的限定電流輸出保護裝置包括電流限制器、電流互感器、電子限流器和斷路器。電流限制器是一種用于限制電流的保護器件，當電流超過設(shè)定閾值時，電流限制器會自動調(diào)節(jié)或切斷電路。電流互感器是一種用于測量電流的傳感器，可將電路中的電流轉(zhuǎn)換為與之成比例的電流輸出，主要用于監(jiān)測電流并觸發(fā)保護動作。電子限流器通過控制電流的傳遞或采取電子調(diào)節(jié)手段，將電流限制在設(shè)定的范圍內(nèi)，以保護電源輸出回路，具有快速響應(yīng)和精確控制的特性。斷路器在電路中起斷開電路的作用，它具有過流保護功能，當電流超過額定值時，斷路器會自動切斷電源。

●微分欠壓保護技術(shù)

微分欠壓保護技術(shù)是一種電力系統(tǒng)保護技術(shù)，主要應(yīng)用于變壓器和發(fā)電機等設(shè)備，用于監(jiān)測電流或電壓的差異情況，以實現(xiàn)故障的快速檢測和保護。微分欠壓保護技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地檢測并保護設(shè)備免受內(nèi)部故障和供電異常帶來的損害，并在故障發(fā)生時迅速采取適當?shù)拇胧?/p>

微分欠壓保護技術(shù)基于微分保護原理和欠壓保護原理。微分保護通過比較變壓器或發(fā)電機高壓側(cè)和低壓側(cè)的電流或電壓差異來判斷設(shè)備是否存在內(nèi)部短路、相間短路以及大地故障等。當差異超過設(shè)定的閾值時，會觸發(fā)保護裝置，切斷電源或采取其他保護措施。欠壓保護技術(shù)還可以檢測到電壓異常下降或欠壓的情況。當電壓低于設(shè)定的閾值時，會觸發(fā)保護裝置，切斷電源或采取其他保護措施，以避免設(shè)備的過載或其他故障。

繼電保護關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

●采樣

采樣是指從電力系統(tǒng)中獲取電流和電壓的樣本值，并用于保護設(shè)備和系統(tǒng)的動作判據(jù)。采樣通常使用模擬電路或數(shù)字電路進行。在數(shù)字采樣中，電流和電壓的模擬信號首先通過數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由數(shù)字電路進行采樣和處理。以采樣值傳輸會不會經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)交換機為基準，采樣可分成網(wǎng)采與直采兩種。網(wǎng)采適用于大規(guī)模的電力系統(tǒng)，可以通過通信網(wǎng)絡(luò)將采樣數(shù)據(jù)從變電站傳輸?shù)竭h方的保護裝置；直采適用于局部的保護需求，保護裝置直接采樣附近的電流和電壓信號，無須傳輸數(shù)據(jù)。

●跳合閘

跳合閘是指電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障或異常情況時，保護裝置通過控制斷路器或刀閘等設(shè)備進行跳閘（斷開電路）或合閘（閉合電路）操作。跳閘操作的主要目的是迅速切斷電流，以保護設(shè)備或電路的安全。直跳和網(wǎng)跳是兩種常見的跳合閘方式。直跳適用于局部故障的快速隔離，減少對整個系統(tǒng)的影響；網(wǎng)跳適用于系統(tǒng)范圍內(nèi)的故障或超負荷情況，需要關(guān)閉整個系統(tǒng)以保護設(shè)備和確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

●對時

對時是指對各個保護裝置的時鐘進行同步，以確保它們在故障發(fā)生時能夠基于統(tǒng)一的時間標準進行協(xié)調(diào)動作和保護決策。時間同步方法包括使用全球定位系統(tǒng) (GPS)、國家的標準時間源、時鐘同步協(xié)議（如PTP 等）。PTP 是一種基于網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步協(xié)議，旨在實現(xiàn)高精度的時間同步，多應(yīng)用于需要高精度時間同步的工業(yè)自動化和電力系統(tǒng)領(lǐng)域。一般的電力配電系統(tǒng)可以使用更簡化的時間同步方法，如網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）。

●通信

智能變電站繼電保護中的通信技術(shù)對于實現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸和遠程管理非常關(guān)鍵。智能變電站繼電保護中常見的通信技術(shù)包括IEC 61850 通信技術(shù)、無線局域網(wǎng)（WLAN）通信技術(shù)、光纖通信技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）通信技術(shù)等。

IEC 61850 是一種基于以太網(wǎng)的國際標準通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于智能變電站中。它提供了一種開放、標準化的通信架構(gòu)，用于實現(xiàn)保護設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和互操作，能夠滿足保護裝置的高速通信需求。WLAN 通信技術(shù)可以在智能變電站內(nèi)部實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。它提供了高速的數(shù)據(jù)通信能力，可以連接各個繼電保護設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)和管理平臺，同時也支持遠程訪問和監(jiān)控。通過光纖可以實現(xiàn)高速、大容量的通信，光纖通信技術(shù)可以用于連接智能變電站內(nèi)部的設(shè)備，如繼電保護裝置、監(jiān)控設(shè)備和管理系統(tǒng)，并支持長距離的數(shù)據(jù)傳輸和遠程訪問。在智能變電站中，WSN通信技術(shù)通過無線傳感器節(jié)點的布置，可以實現(xiàn)對變電站內(nèi)各個設(shè)備的監(jiān)測和采集，從而實現(xiàn)智能化的繼電保護和設(shè)備管理。

常用的遠程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)（VPN）和專用線路等。通過這些網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)智能變電站與企業(yè)級監(jiān)控系統(tǒng)或上級調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)傳輸和遠程控制。

繼電保護測試和運維

在繼電保護的測試和運維過程中，通常結(jié)合使用軟壓板和硬壓板這兩種裝置。軟壓板主要用于遠程管理、配置和監(jiān)控繼電保護裝置，實現(xiàn)對設(shè)備參數(shù)的修改和診斷；硬壓板主要用于現(xiàn)場操作和手動控制，提供快速響應(yīng)和準確控制的方式。綜合使用軟壓板和硬壓板能夠更好地滿足測試和運維操作的需求，保證繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

綜上所述，發(fā)展智能變電站對于提升電力系統(tǒng)智能化水平、促進清潔能源發(fā)展、提高供電可靠性和降低運營成本具有重要意義。智能變電站繼電保護技術(shù)可以降低運營成本和提高運維效率，減少人工巡檢和操控的工作量，提高能源的使用效率和節(jié)能減排，降低運營成本。同時，智能化的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測功能，可以幫助運維人員進行繼電保護設(shè)備的維護和故障排查，減少故障損失和維修時間，提高運維效率，保障智能變電站運行的安全性。