叶长勇
（深圳唯诚电力技术有限公司 广东深圳 518000）
摘要：作为增强智能变电站运行可靠性与安全性的重要装置，继电保护装置能否准确实现跳闸，决定了其继电保护作用能否顺利发挥。本文从智能变电站中常见的继电保护跳闸实现方式入手，明确了不同跳闸方式的基本特征，然后重点对保护网跳闸可靠性以及延时性等进行了探讨，希望为后续相关研究与应用提供一些指导。
关键词：智能变电站；继电保护；跳闸；实现方式
随着智能电网的建设，智能变电站内部配备了越来越多的电力设备，这在改善电力运行条件的同时，也增加了其出现运行故障的概率，此时为了降低智能变电站运行故障发生概率以及故障造成的损失，就必须要做好继电保护装置的科学设置。如果继电保护跳闸方式选择不合理，就会影响装置运行可靠性，所以必须要结合实际情况来优选继电保护跳闸方式。
一、智能变电站中常见的继电保护跳闸方式
1.1 保护网跳闸方式及特征
在智能变电站，保护网跳闸方式是比较常见的一种跳闸方式，其是将智能终端与保护装置均连接入过程层的交换机当中，保护跳闸等相关的GOOSE信号，确保它们可以在网络中进行顺利传输。以母线保护跳闸为例，该种跳闸方式构成的网络图如图1。在母线保护动作后，基于网络交换机，从母线保护的CPU中按照IEC 61859通信规约模式向系统网络中传送跳闸指令。在相应的跳闸命令传送到系统中那些联系该信息的线路间隔智能终端设备后，会相应地将跳闸出口程序启动，以此来促使相关元件发出相应的“保护跳闸”信号，借此来保护系统中相关硬件运行的安全性。
保护网跳闸方式的基本特征主要包括：其一，具有比较少的光纤熔接点和故障接点；其二，具有相对较少的光纤敷设数量。此外，该种跳闸方式不会借助专门的光纤来对保护信号进行传输，且在安装期间比较便捷，同时光线接口比点对点跳闸方式更小，所以这样可以减小事故发生概率，也有助于更好地判断故障成因。但是该种跳闸方式也存在一些弊端，具体表现为需要借助交换机来对跳闸信号进行处理，这就会使得其跳闸期间出现一些延迟问题。
图1 保护网跳闸方式网络图
1.2 点对点跳闸方式及特征
该种继电保护跳闸方式是为了有效连接智能终端和保护装之间的独立光线，确保借助该光纤来传输保护跳闸信号，而其他的信号则可以借助网络中的过程层交换机来进行传送，这样就可以借助专门的跳闸信号传送方式来确保继电保护跳闸动作执行的可靠性与实时性，相应的网络接线图如图2。
图1 点对点跳闸方式网络图
点对点跳闸方式的基本特征主要包括：其一，不涉及网络传输方式和交换机，所以在实际的应用中不会出现交换延时情况；其二，具有比较多的熔点和光纤接口，所以非常容易出现各类故障问题；其三，装置光口以及CPU等具有比较大的发热量，加快了各类设备出现老化的速度，相应的设备故障率也大大增加；其四，系统中涉及到比较多的硬件设备，增加了系统建设的工作量，同时也增加了故障隐患的分析难度；其五，在维护相关设备的时候，也涉及到比较大的工作量，且全寿命周期维护会在很大程度上增加设备的建设造价。
1.3 保护网跳闸方式和点对点跳闸方式的差异性
通过上述对保护网跳闸方式和点对点跳闸方式这两种跳闸方式及特征进行分析，可知二者的跳闸方式和原理也各不相同。比如，点对点跳闸方式需要借助光纤来对保护信号进行传递，这种跳闸方式较于保护网跳闸方式会耗费更多的光缆。而保护网跳闸方式则不需要耗费光缆，但是却需要借助交换机来直接连接智能终端和保护装置，这会在一定程度上增加了中间环节。可见，无论是保护网跳闸方式还是点对点跳闸方式，各有其优势和不足，实际的应用中需要结合实际条件来进行综合分析。
二、智能变电站继电保护网跳闸方式可靠性分析
2.1 抗电磁干扰的能力分析
在智能变电站继电保护网络中，所设置的过程层交换机均要通过KEMA的专项认证，确保其符合国家电工委员会所编制的IEC等标准与要求，同时还要采用静态振动测试、抗电磁干扰测试以及电磁辐射测试等来检测所用交换机等设备的运行质量，确保它们可以在恶劣工作条件下同样能够保持稳定运行状态。
2.2 电网风暴抑制能力分析
在智能变电站运行期间，电网风暴是比较常见的一类问题，具体成因比较复杂，包括如下几个方面：其一，如果某一交换机等装置或设备发生异常问题，那么就会造成报文多发情况，这样就无法有效地防护交换机的运行。其二，如果网络中非法接入了某些电力装置，那么就会相应地发出“未知单播地址”等类似的报文，这时候交换机本身所包含的“未知单播地址抑制”这项功能就可以相应地发挥防御功效。其三，如果网络中存在诸多异常广播，那么交换机当中的“端口速率抑制”这项功能也会相应地发挥防御功效，这样就可以增强跳闸保护中抵御电网风暴的能力。
2.3 高负载的处理能力分析
该处所指的高负载，主要是面向于交换机。有关调查研究表明，当下过程层所采用的工业交换机一般应用转发机制或存储机制，且会相应地采取完全双工的方式来加以连接，所以在数据流量增加的时候不会存在延时增加的变化情况。如表1所得的网络传输延时测试结果可知，在交换机处于高负载运行条件时，变电站自动化系统过程层交换机存储延时时间都低于300μs，远低于继电器动作时所对应的抖动延时时间，所以可以确保继电保护速度性满足实际的使用需求。
此外，当下继电保护系统中过程层网络均主要应用双网结构，所以其中任何一个网络环境如果出现问题，那么均不会产生保护拒动动
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作，所以在当下智能变电站继电保护系统中应用保护网跳闸方式可以有效地确保其动作的可靠性。三、智能变电站继电保护网跳闸方式延时性分析
3.1 报文发送延时分析
出现报文发送延时问题的根本原因是由于相关报文发送装置运作需要一定反应时间，如通信处理器在处理报文信息时候会耗费一定时间。根据相关实验研究结果可知，通信处理器等装置对于各个端口的报文数据处理，需要相应地耗费25微秒，并且相应的耗时会因为叠加而增加整体的报文发送延时时间。比如，在第一个数据处理端口存在25微秒，第二个数据处理端口同样会存在25微秒延时，这样完成这两个数据端口数据处理就会相应地耗费50微秒时间。
3.2 网络传输延时分析
网络延时问题的诱因也比较多，如交换机交换动作或存储动作等均可能会产生延时问题。考虑到当下网络交换机中主要应用存储交换模式，所以在存储或转发数据的过程中必然会相应的存在延时情况。在交换机交换动作期间，相应的交换延时一般为固定值，且该值和交换机芯之间具有一定联系。基于当前的生产工艺，可知该交换延时小于10微秒，这为交换机高效运行提供了可靠保障，有助于确保智能变电站运行的可靠性和安全性。在光缆传输数据期间同样会诱发延时问题，如1000m光缆的数据传输会相应地造成5微秒的延时时间。此外，在交换机在实际的应用期间，同样会因为机帧的排队而产生延时问题，这时候可以借助以太网交换机来解决相应的问题，即应用队列结合的方式来对报文进行存储与转发。
总之，继电保护网跳闸方式的实现，对增强智能变电站运行可靠性与安全性至关重要。通过本文研究发现，较于点对点跳闸方式，保护网跳闸方式在速动性和可靠性方面的应用优势更加突出，具有更强的应用和推广价值。因此，在未来的发展中，要高度重视继电保护跳闸方式的选择与实现，确保不断推动国内智能变电站的发展。
参考文献：
[1] 国家电网公司. 智能变电站继电保护技术规范[S]. 2010.
[2] 高翔. 智能变电站应用技术[M]. 北京：中国电力出版社，2008：16-29.
论文作者:叶长勇
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/12
标签：方式论文; 变电站论文; 保护网论文; 交换机论文; 智能论文; 报文论文; 继电保护论文; 《河南电力》2018年19期论文;