摘要：隨著大量新能源的接入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定提出了更高要求。在此背景下，繼電保護(hù)作為主流的智能電網(wǎng)保護(hù)方案，對(duì)保障智能電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行有著重要意義。繼電保護(hù)可有效解決電網(wǎng)故障問(wèn)題，并發(fā)出故障警報(bào)。運(yùn)維人員可在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障情況，快速處理故障問(wèn)題，縮短停電時(shí)間，降低電力公司損失。對(duì)于電力公司而言，如何正確應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)，保證智能電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)營(yíng)，是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題?；诖?，分析了智能變電站結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，并探究了繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用方案以及過(guò)程層組網(wǎng)方式，旨在保障智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)繼電保護(hù)過(guò)程層保護(hù)配置組網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM753

ApplicationAnalysisofRelayProtectionTechnologyinSmartGrid

WEITianshu

PeixianPowerSupplyBranchofStateGridJiangsuElectricPowerCo.，Ltd.，XuzhouCity，JiangsuProvince，221600China

Abstract：Withtheintegrationofalargeamountofnewenergyintothepowergrid，higherrequirementshavebeenputforwardforthesafeandstableoperationofthepowergrid.Inthiscontext，relayprotection，asamainstreamprotectionschemeforsmartgrids，isofgreatsignificanceinensuringthesafeandreliableoperationofsmartgrids.Relayprotectioncaneffectivelysolvepowergridfaultsandissuefaultalarms.Operationsandmaintenancepersonnelcandetectfaultsinashorttime，handlethemquickly， shortenpoweroutagetimes，andreducelossesforthepowercompany.Forpowercompanies，howtocorrectlyapplyrelayprotectiontechnologytoensurethesafeandreliableoperationofsmartgridsisakeyissuethatneedstobeconsidered.Basedonthis，thisarticleanalyzesthestructureandcharacteristicsofintelligentsubstations，andexplorestheapplicationschemeofrelayprotectiontechnologyinsmartgridsandtheprocesslayernetworkingmethod，aimingtoensurethesafeandstableoperationofintelligentsubstations.

KeyWords：Smartgrid;Relayprotection;Processlayer;Protectionconfiguration;Networking

智能變電站中繼電保護(hù)系統(tǒng)主要包括智能模塊、電子互感器、同步時(shí)鐘模塊等。電子互感器、合并單元通常采用總線連接方式，進(jìn)而連接間隔層設(shè)備。采用光纖電纜連接互感器、斷路器、保護(hù)裝置。電子互感器主要采用光波信息輸出形式，在獲取保護(hù)裝置信息為數(shù)據(jù)控制總線方式，以同步時(shí)鐘裝置來(lái)保證電流、電壓等信號(hào)采集的精準(zhǔn)性。為了確保智能電網(wǎng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性，必須要合理應(yīng)用繼電保護(hù)系統(tǒng)，為變電站運(yùn)維提供技術(shù)支持。總之，智能電網(wǎng)與常規(guī)電網(wǎng)運(yùn)行方式不同，常規(guī)變電站繼電保護(hù)技術(shù)不適用于智能變電站，這就需要針對(duì)智能變電站深度研究繼電保護(hù)技術(shù)的有效應(yīng)用。

1智能變電站的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

智能變電站是指應(yīng)用多種智能化電力設(shè)備與保護(hù)裝置，且在生態(tài)環(huán)境方面具有低碳、環(huán)保等功能的變電站設(shè)施。同時(shí)，智能變電站相比傳統(tǒng)變電站諸多功能可以自動(dòng)運(yùn)行，如信息自動(dòng)采集、自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)、自動(dòng)保護(hù)監(jiān)控等。在實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，可以結(jié)合電力公司實(shí)際需求設(shè)置相應(yīng)自動(dòng)化功能，如系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)、變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能分析、智能決策、智能交互等[1]?？梢?jiàn)，智能變電站通過(guò)應(yīng)用數(shù)字化一次、二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，以通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為核心，借助標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信息實(shí)現(xiàn)信息傳遞、共享、應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各類自動(dòng)化功能。相比常規(guī)變電站，智能變電站二次系統(tǒng)的變化最大，其采用全面的智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息收集到輸出的整個(gè)流程，完全顛覆了常規(guī)變電站的信息應(yīng)用模式。智能變電站二次系統(tǒng)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

1. 二次系統(tǒng)中應(yīng)用了新型、智能的傳感測(cè)量技術(shù)檢測(cè)信息數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地獲取電網(wǎng)電氣量；（2）可有效對(duì)測(cè)量對(duì)象展開(kāi)精準(zhǔn)控制，無(wú)須人工介入；（3）可自動(dòng)對(duì)實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，同時(shí)借助專家數(shù)據(jù)庫(kù)等實(shí)現(xiàn)智能決策；（4）如果電網(wǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題，可借助智能決策和自我修復(fù)等功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排障（軟件故障）。
2. 2繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1繼電保護(hù)配置原則

繼電保護(hù)配置原則為以下幾點(diǎn)：

1. 二元化配置下，兩個(gè)獨(dú)立保護(hù)裝置應(yīng)獨(dú)立處理系統(tǒng)可能存在的故障。兩個(gè)獨(dú)立保護(hù)系統(tǒng)有電氣連接，一套保護(hù)系統(tǒng)故障時(shí)自動(dòng)切換另一套保護(hù)系統(tǒng)；
2. 雙重保護(hù)系統(tǒng)獲取各自獨(dú)立單元的電流、電壓數(shù)據(jù)；
3. 雙配置合并單元分別采樣互感器的獨(dú)立回路數(shù)據(jù)；
4. 雙配置保護(hù)應(yīng)用獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)正常運(yùn)行；
5. 智能終端分別采用獨(dú)立的繼電保護(hù)系統(tǒng)，包括跳閘回路、電路器等；
6. 縱差保護(hù)配置獨(dú)立的通信模塊和基礎(chǔ)模塊，通信模塊獨(dú)立配置電源；
7. 保護(hù)雙配置與間隔器、過(guò)程層單獨(dú)配置通信模塊和電源模塊；
8. 采用goose的雙配置傳輸網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)設(shè)置智能終端、保護(hù)設(shè)備的相互啟動(dòng)功能，實(shí)時(shí)傳遞各類狀態(tài)信息。其中，雙配置保護(hù)之間應(yīng)保持獨(dú)立性，不得直接交換信息。

2.2線路保護(hù)

為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全，當(dāng)今智能變電站多數(shù)采用雙母線連接方案。每組線路配備單獨(dú)的兩套保護(hù)裝置，“一用一備”。智能終端、MU為雙機(jī)配置模式，光纖連接保護(hù)設(shè)備、MU，直接采取運(yùn)行數(shù)據(jù)信息[2]。CT、PT負(fù)責(zé)獲取電流、電壓數(shù)據(jù)。母線PT負(fù)責(zé)母線數(shù)據(jù)采集，通過(guò)合并單元發(fā)送采樣信息至間隔合并單元以及間隔保護(hù)裝置，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能。光纖連接保護(hù)裝置、智能終端，一旦檢測(cè)到故障問(wèn)題就會(huì)自動(dòng)跳閘。

2.3變壓器保護(hù)

變壓器電量保護(hù)采用雙保護(hù)“一用一備”模式；非電量保護(hù)可采用單保護(hù)模式。變壓器低、中、高側(cè)均配備兩套智能終端。變壓器保護(hù)采用直接采樣、直接跳閘模式，借助goose網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)跳母聯(lián)開(kāi)關(guān)、斷路器失靈的跳閘功能。非電保護(hù)為電纜跳閘，智能終端將跳閘信息傳輸給goose系統(tǒng)。

2.4母線與母聯(lián)保護(hù)

母線保護(hù)采用雙保護(hù)方案，采用直采直跳方式。在母線保護(hù)系統(tǒng)系統(tǒng)中集成失靈、差動(dòng)、母聯(lián)死區(qū)等保護(hù)功能。該設(shè)計(jì)方案可減少變電站設(shè)置的保護(hù)裝置數(shù)量，降低后期的運(yùn)維工作量和系統(tǒng)運(yùn)行壓力[3]。

母聯(lián)保護(hù)同樣采用雙保護(hù)方案，如圖1所示，PT/CT、母聯(lián)開(kāi)關(guān)分別負(fù)責(zé)電流合并單元和智能終端，通過(guò)SV網(wǎng)和goose網(wǎng)作用于母聯(lián)保護(hù)裝置。其目的是保證過(guò)程層的獨(dú)立性，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的分段跳閘方式。

2.5中低壓間隔保護(hù)

中低壓是指35kV和110kV電壓等級(jí)，中低壓間隔采用保測(cè)一體裝置，每隔間隔均配置單獨(dú)的保護(hù)裝置。通常在高壓室中通過(guò)開(kāi)關(guān)柜布設(shè)中低壓間隔保護(hù)，根據(jù)間隔開(kāi)關(guān)柜安裝具體位置同時(shí)安裝保測(cè)一體裝置。中低壓設(shè)備通常使用常規(guī)互感器，非特殊情況下不應(yīng)用電子互感器，使用常規(guī)二次電纜直接完成保護(hù)跳閘等功能，一般在開(kāi)關(guān)柜出廠前在廠家均已完成配線。

2.6繼電保護(hù)配置方案

2.6.1常規(guī)保護(hù)配置方案

常規(guī)配置方案針對(duì)單獨(dú)保護(hù)對(duì)象，配置時(shí)主要使用常規(guī)互感器。常規(guī)互感器由于技術(shù)成熟，且配置具有針對(duì)性、獨(dú)立性，因此在智能變電站建設(shè)初期可有效完善系統(tǒng)保護(hù)功能。考慮到智能變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加復(fù)雜、設(shè)備種類較多，無(wú)法發(fā)揮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。該方案下，主變均配備單獨(dú)的合并單元負(fù)責(zé)獲取母線、線路側(cè)的電流電壓參數(shù)，為變壓器、保護(hù)裝置等提供信息支持。光纖分別連接主變壓器、故障濾波器、差動(dòng)保護(hù)器、電能表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)直采功能，保護(hù)裝置、測(cè)控裝置連接交換機(jī)[4]。為了實(shí)現(xiàn)跳閘信息遠(yuǎn)距離傳輸功能，應(yīng)在站控層、goose網(wǎng)絡(luò)中接入監(jiān)控與保護(hù)裝置?？梢?jiàn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜。該配置方案也有一定的優(yōu)勢(shì)，由于多數(shù)是采用常規(guī)保護(hù)配置方案，運(yùn)維人員對(duì)此更為熟悉，所以可更方便開(kāi)展繼電保護(hù)運(yùn)維工作，但“智能化”的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到有效利用。

2.6.3系統(tǒng)保護(hù)配置方案

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)不斷成熟以及IEC61850協(xié)議更加規(guī)范，智能系統(tǒng)保護(hù)配置方案應(yīng)用也愈加廣泛，通過(guò)搭建網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)信息共享以及遠(yuǎn)程操作、互操作等功能，有助于進(jìn)一步完善繼電保護(hù)配置方案。系統(tǒng)保護(hù)配置方案應(yīng)貫徹雙重化配置原則（兩套系統(tǒng)），從而實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能以及保護(hù)功能。兩套系統(tǒng)的運(yùn)行原理相同，但均保持獨(dú)立性，可相互備用，相比單一保護(hù)系統(tǒng)雙重化配置故障分析更全面、應(yīng)用更安全。每臺(tái)變壓器均設(shè)置單獨(dú)的合并單元，使用兩根光纖連接合并單元，合并單元、系統(tǒng)保護(hù)由交換機(jī)用于連接載體，交換機(jī)接口可根據(jù)變電站規(guī)模進(jìn)行選擇，對(duì)于中小型變電站，采用10-20光纖接口的交換機(jī)即可滿足配置保護(hù)需求。交換機(jī)負(fù)責(zé)上傳指令（保護(hù)測(cè)控裝置）信息，并上傳到goose網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)判斷終端和斷路器動(dòng)作[5]。系統(tǒng)保護(hù)配置方案整改難度不高、架構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求低（100Mbps即可滿足需求）。作為一種新型繼電保護(hù)配置方法，系統(tǒng)集成度更高，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題，系統(tǒng)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分析、信息共享、決策等功能。整個(gè)方案中所投入的保護(hù)裝置少，站控層結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，主要注意保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)必須滿足使用要求。系統(tǒng)保護(hù)配置方案作為一種新的配置方式，可實(shí)現(xiàn)諸多自動(dòng)化、智能化功能，相比常規(guī)保護(hù)配置結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，是當(dāng)前乃至未來(lái)我國(guó)繼電保護(hù)配置的主流形式。

3智能變電站過(guò)程層組網(wǎng)方式

3.1SV與goose組網(wǎng)方式

3.1.1直采直跳

目前大多數(shù)智能變電站繼電保護(hù)都是采用直采直跳方案，該方案具有可靠性強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢(shì)，但該方案由于光口多、光纖熔接量大，所以網(wǎng)絡(luò)傳遞故障率高。智能終端配置需要有大量接口作為支持（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)跳閘），降低了繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，直采直跳方案難以保證鏈路冗余性，并且施工量較大。

3.1.2網(wǎng)采網(wǎng)跳

網(wǎng)采網(wǎng)跳作為目前及未來(lái)智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的主流模式，但相關(guān)技術(shù)依然不夠成熟。因此，可以將直采直跳方案和網(wǎng)采網(wǎng)跳方案相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)降低技術(shù)難度、保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的目標(biāo)。SV采用“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”直接輸出，保持同步信號(hào)獨(dú)立，避免GPS信號(hào)對(duì)同步信號(hào)造成影響。在SV和goose組網(wǎng)中，以公共網(wǎng)絡(luò)原則為基準(zhǔn)，并且在組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)aDb6VvF3xebanuMNVr31XQ==中應(yīng)用星形結(jié)構(gòu)[6]。

3.2過(guò)程層組網(wǎng)方式

獨(dú)立配置SV、goose網(wǎng)絡(luò)以及站控層網(wǎng)絡(luò)，采用分壓等級(jí)組網(wǎng)方式以及獨(dú)立數(shù)據(jù)接口控制器。智能終端、合并單元與繼電保護(hù)配置中選擇雙套配置方案，合并單元負(fù)責(zé)采集開(kāi)關(guān)等信息。測(cè)控裝置采用單套配置方法，SV負(fù)責(zé)收集單套合并單元數(shù)據(jù)，goose負(fù)責(zé)收集雙套合并單元，并與SV的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)一一對(duì)應(yīng)。差動(dòng)保護(hù)采用單模光纖，其他傳輸通道均采用多模光纖，電纜均要配置鎧裝。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)主要發(fā)展趨勢(shì)，保證智能電網(wǎng)運(yùn)行安全，對(duì)推動(dòng)我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提高電能供給質(zhì)量有著重要意義。這就需要加強(qiáng)智能電網(wǎng)中繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究工作，結(jié)合智能變電站的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，以繼電保護(hù)應(yīng)用原則為核心，制定符合智能變電站繼電保護(hù)模式，最大程度上降低智能變電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高變電站的運(yùn)維質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]馬曉光.智能電網(wǎng)中的繼電保護(hù)技術(shù)分析[J].集成電路應(yīng)用，2023，40（2）：228-229.

[2]汪凡.新時(shí)代背景下繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的運(yùn)用分析[J].模具制造，2023，23（8）：213-215.

[3]焦虹.智能電網(wǎng)中的繼電保護(hù)技術(shù)分析[J].光源與照明，2023（8）：150-152.

[4]楊紅.探析繼電保護(hù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)（文摘版）工程技術(shù)，2022（8）：223-225.

[5]劉源.基于Web的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)定值在線校核系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2021.

[6]徐可寒.適應(yīng)逆變型電源集中接入的線路保護(hù)與重合閘技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2021.