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1、数字化变电站继电保护调试技术应用研究 摘要：随着电子技术、光缆传播技术等不断发展，我国变电站逐步实现了由传统向信息化的转变。继电保护装置是维持变电站正常、稳定、安全运行的重要因素，但随着信息化程度逐渐加深，旧的继电保护调试方案已经无法适应数字化变电站，数字化变电站继电保护调试技术的研究迫在眉睫。文章对数字化变电站继电保护调试技术应用进行了研究 关键词：数字化；变电站；继电保护；调试技术；电子技术；光缆传播技术 文献标识码：A 中图分类号：TM774 文章编号：1009-2374（2016）26-0048-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.26.023 变电站在
2、电力系统中担任着转变电压、控制电压、控制电流方向、接受和分配电能任务的电力枢纽装置角色，它是整个电力系统配电与输电的控制中心。目前我国的电力信息化技术仍处于起步阶段。现阶段，对各种信息化的变电站技术处于开发、创新、研究阶段，并且信息化变电站与传统变电站有着本质上的区别，为了维持变电站的正常运行，对继电保护的研究非常有必要 1 数字化变电站的具体内容 1.1 数字化变电站的定义 数字化变电站是由电子式电子互感器、智能开关等构成的人力依赖性较小的新型变电站。数字化变电站是在传统变电站的基础上，实现了对信息的输入、输出、编译，处理由模拟信息的向数字信息的转变。相较于传统的变电站，数字化变电站的自动化
3、程度更高，对信息处理的速度更快，极大地减少了信息的重复性录入。信息在转变为数据处理之后，可以利用数学建模等方式，使测量的精度更高、计算速度更快 1.2 数字化继电保护装置的特点 1.2.1 数字化变电站继电保护装置相较于传统继电装置的区别。传统的变电站继电保护装置与数字化变电站继电保护装置的区别体现在多个方面 硬件方面与软件方面。传统的微机保护装置，其主要部件有数据采集单元、数据处理单元、通信接口等。通过数据采集单元采集模拟量U、I，汇总到总线后进行处理，可以经过开关量输入/输出回路来执行回路，以达到人机对话。传统的微机保护装置总线上接口较多，所有数据均由总线进行处理处理较慢，容易出现数据重复
4、计算或者信息的遗漏。数字化保护装置与传统微机保护装置最大的区别就在于接口。数字化保护装置拥有主CPU处理器以及从CPU，主从CPU通过双端口RAM进行数据的交互，主CPU上有光接收单元、开入单元接口，从CPU上人机接口以及通信接口。光纤信号取代了传统的模拟量，开入量通过开入单元进入主CPU进行处理。通过主从处理器多接口分流处理，类似于双核处理，相较于传统的微机保护装置，其数据处理速度较快，数据累赘率减小 继电保护功能的方面，由于数字化变电站中的继电保护装置拥有多接口以及多处理器，形成了类似于网络化的结构，各种数据无需每次都经过总线进行处理，数据信息在经过CPU处理器处理计算后，装置直接将数据传
5、输到相应的接口，从而形成了网络化的保护功能，提高了继电保护装置的运行效率 继电保护装置功能方面，由于数字化变电站的继电保护装置只需考虑程序处理、通信、电源等方面，所以其间隔层的功能只要能保证以上功能正常实现即可维持整个变电站的逻辑以及数据处理，这需要设计一个通用的间隔装置，即可维持变电站的正常运行，相比于传统的变电站，这大大降低了数字化变电站继电保护装置的维护难度 1.2.2 数字化继电保护装置接口的实现。数字化继电保护装置接口的实现方式和传统继电保护装置接口的实现方式不同。在传统继电保护装置中最具代表性的是微机继电保护装置，现在很多电力系统中使用的仍是微机继电保护装置。在微机继电保护装置中有
6、微处理器，所有的电路均为数字电路，其中的接口主要有两种类型：一种是模拟量输入接口；另一种是开关量输入输出接口。在数字化变电站技术出现以后，新型的变电站继电保护装置应运而生。数字化变电站继电保护装置接口和微机继电保护装置不同，其中主要包括通信接口和人机接口，信息的接收和处理均通过数字信号完成。传统的继电保护装置数据采集主要是通过模拟信息的录入实现的，处理模拟信息时，需要较多的A/D变换插件以及低通滤波插件，信息处理效率低。数字化变电装置通过光纤传播数据，减少了数据传输的时间，通过电子互感器将信息转换为数据信息，实现数据的传输。最后交由合并单元进行数据处理，转换所需要的信息。对比传统变电站，利用光
7、纤传输转换为数据的信息，大大提高了传输效率，提高了变电装置的稳定性与安全性 2 数字化变电站继电保护的调试技术研究 2.1 数字化变电站继电保护的调试技术 2.1.1 数字化变电站继电保护的调试阶段。数字化变电站继电保护的调试主要分为三个阶段，分别是单体调试、单间隔调试和整组联调。以下是三者的具体内容： 首先是单体调试。虽然我国数字化变电站继电保护调试技术的发展取得了很大进步，但目前我国的数字化变电站继电保护装置在研发水平和产品制造方面还处于发展完善阶段，有很多装置在现场运行时还存在很多问题，而且这时候又不宜对其硬件进行更换和对其程序进行修改的工作。所以相关工作人员在进行调试工作时，一定要对保
8、护装置与厂家一起在保护装置出厂前进行联合调试工作。调试人员还需要重视装置的完整性，保证装置被送到现场后能够正常运行。另外，单体调试的项目很多，主要有遥信测试、模拟量测试、压板投退测试、定值测试、保护录波文件、保护告警、保护事件、网络切换、网络中断、动作逻辑测试和对时测试等 其次是单间隔调试。智能终端、保护装置以及测控装置三者之间的通信正常对于数字化变电站继电保护的调试工作有着极其重要的影响。单间隔调试就是确保三者通信正常的一种技术方法。除此之外，上行、下行报文的监控也是单间隔调试的工作重点。总地来说，单间隔调试主要的内容有GOOSE能否实现间隔防误闭锁功能，任意选一个测控装置和任意选两个测控装
9、置在违反和满足五防闭锁条件下的两种情况分别进行相关的操作。 最后是整组联调。联调的测试内容主要是GOOSE网检测、保护逻辑功能的测试和遥控功能的测试，其中GOOSE网检测是联调的重点内容。联调GOOSE测试主要包括七个部分的内容：第一，GOOSE的报文测试；第二，GOOSE的发布是否是正确的；第三，GOOSE的订阅是否正确并相对应；第四，将GOOSE的参数设置错误，检查一下看被测装置是否能够及时有效处理；第五，检查GOOSE断链是否能够正常上报；第六，检查GOOSE的发送策略，比如发送间隔和发送序号是否符合标准；第七，装置固定以后，GOOSE的报文当前的数据是正确发送的，并且没有遗漏 2.1.
10、2 数字化变电站继电保护的调试方法。数字化变电站继电保护的测试方法不仅改善了传统变电站存在的不足，还在传统变电站的基础上取得了突破发展。数字化变电站继电保护装置的测试分为采用传统继电保护测试仪和采用数字继电保护测试仪两种方法。对于采用传统继电保护测试仪，其原理是在电流互感器和电压互感器模拟器中加载传统继电保护测试仪所输出的电流和电压，通过电流互感器和电压互感器模拟器来把电压和电流的模拟信号转变成特殊的数字光信号。再把这些数字光信号送到合并单元中，并通过SMV交换机最终取得保护设备的作用。对于采用数字继电保护测试仪，其原理是直接输出数字化的电压量、电流量和开入量。同时读取出GOOSE出口报文测量
11、保护动作时间，直接起到保护装置的作用。与传统继电保护测试仪相比，数字继电保护测试仪在很大程度上简化了测试流程，不仅提高了设备的测试效率，还精确了测试结果，是一次巨大的突破 2.2 继电保护技术在数字化变电站中面临的新形势 2.2.1 继电保护性能加强。数字化变电站下的继电保护装置将原来的模拟信息转换为了数据信息，大大减少了存储信息所需的空间，存储能力大大提高。数据信息的计算相比于模拟信息的计算更加方便准确，利用数学建模、空间坐标、参数设定能够快速地计算测定变电站内的信息情况，从而对状况进行准确而快速的处理。而且在准确度方面，数字化继电保护装置的系统更加优化，模糊控制更加精准、神经网络更加完善、
12、状态预测更加准确甚至人工智能方面也有了极大的进步。数字化的信息处理不仅使得继电保护性能大大提高，并且数据的计算相较于信息数据的处理成本更低，发展前景 较好 2.2.2 继电保护系统安全性提高。现在一般的继电保护装置稳定性较差，受温度湿度影响较大，极易遭受雷电天气影响，这面对飞速变化的电力发展趋势显然是不够的。继电保护装置要提高系统的可靠性，力求达到不受湿度、温度及天气变化的影响，不受小部件更换的影响，不受电源波动以及装置使用年限的影响。还要求装置能够定期对自身零件系统进行维护检查，排查故障，提高安全性 2.2.3 继电保护系统软件及硬件性能提高。一个装置的软硬件是装置运行的基础，好的部件决定了
13、装置的性能，要提高继电装置的性能，提高其软件及硬件的性能是必要的。在选择一个系统产品时，软硬件的可扩展能力往往居于首位考虑。近年来，国际标准IEC6182越来越受到国人重视，国内变电站建设逐步向国际看齐，提高软硬件的可扩展性越来越重要 2.3 数字化继电保护系统性能优化 2.3.1 分布式母线保护。在继电保护装置中，母线的地位极其重要，但在传统的继电保护装置中，因为模拟信息的数据处理量过大，难以将数据分流处理，只能进行集中处理。集中处理的效率不高且抗干扰能力较弱，对于第二次信息处理，传统继电器由于其母线抗干扰能力不强，极易出现数据混乱的现象。数字化变电站下的继电保护装置将模拟数据转换数字数据，
14、减少了数据处理量，分布式母线配合数字化继电装置的网络化结构，极大地提高了继电装置的抗干扰性能及二次数据处理性能 2.3.2 输电线路保护。数字化变电站下的继电器一般由电子互感器构建而成，电子互感器不存在传统互感器的饱和问题，因此能够降低纵差保护方面的误差，提高选相元件、距离阻抗元件等多种元件的性能，继电保护能力大大提高。但电子互感器在差动保护灵敏度这一方面不及传统的互感器 3 数字化变电站机电保护调试实例分析 本文所介绍的实例是邯郸名府220kV数字化变电站。该变电站是我国数字化变电站的典型代表，对其进行分析和研究具有重要意义。邯郸名府220kV数字化变电站是以IEC61850通信规范为基础的
15、，其中的一次设备实现了智能化，二次设备实现了网络化，一次设备和二次设备分层构建。邯郸名府220kV数字化变电站对接的是两个常规变电站，一个是大寨220kV变电站，另一个是魏县220kV变电站，两个常规变电站的配置是相同的，因此只研究一个变电站即可，本文研究的是大寨220kV变电站。邯郸名府220kV数字化变电站和大寨220kV变电站的一次系统简图和通信方式示意图分别如图3和图4所示。在调制的过程中会出现纵差保护时间同步问题，需要解决这一问题 在测试前要对装置和保护通道进行检查，检查结果显示，PSL603U装置、CSC-103D/E装置和CSC-186装置的通道都是正常的。在第一次测试时中采用的
16、是单端加测试量的方法，测试数据基本正常。第二次采用的是实际带负荷的方法，发现PSL603U角度偏差比较大，超过了10，通过对PSL603U装置的延迟时间进行调整，实现交流采样同步，解决了PSL603U装置角度偏差的问题 4 结语 由于数字化的继电保护仍处于起步阶段，各项技术都尚未达到成熟阶段，建设过程中仍存在着问题尚待解决。因此在发展信息化变电站下的继电装置，需要不停开发探索新技术，弥补不足，完善系统。将思维从传统中跳脱出来，发散创新性思维，解决电子互感器的一些先天性不足，使信息化系统更加完善 参考文献 1 王超，王慧芳，张弛.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究J.电力系统保护与控制，2013，（3）. 2 陈骁寅.数字化变电站继电保护适应性探讨J.通讯世界，2015，（19）. 作者简介：陈金泉（1973-），男，广东兴宁人，广东电网有限责任公司珠海供电局中级工程师，研究方向：电力系统继电保护 （责任编辑：蒋建华）