摘要：在社会经济发展及科学技术进步的推动下，智能变电站获得快速发展。在电力系统中，长期采用阶梯式后备保护，这种保护方式存在着动作延时长、整定配合较为困难，容易导致连锁跳闸等问题，这种后备保护方式不能满足智能电网建设的要求。提出建立新型的智能变电站站域后备保护原理，并对其实现技术进行分析，成为了智能电网发展需要面临的重要问题。本文提出电流差动站域后备保护原理，并对其实现技术进行初步探讨。
关键词：智能变电站；站域后备保护原理；实现技术
1 智能变电站概述
智能变电站是未来变电站发展的主要趋势，通过应用可靠、集成、先进、环保、低碳的智能设备，应用通信技术、计算机技术、数字化技术等先进技术，实现信息采集、测量、控制、计量、监测等功能的自动化，支持实现自动控制、在线分析决策、协调互动、智能协调等功能的变电站。智能变电站在科技高度发展的成果，具备着信息共享标准化、高级应用互动化、全站信息数字化以及通信平台网络化等特征。
近年来，随着电网系统的普及，对于世界能源的需求日益增加，因此用户对电能质量的要求也越来越高，这就对电网行业的安全、可靠提出了更高的要求。变电站是电网系统的重要一环，联系着发电厂和用户，其主要功能是完成高压到低压的转换、电网能量的汇集与调配、电网能量的传输方向以及电网电压的自适应调整等。九十年代以来，如何实现变电站的自动化，一直是电网行业追求的目标之一，国内外也开始进行有关变电站自动化的研究，随着电力电子技术、数据库技术、自动化技术和通信技术的迅猛发展，出现了智能化变电站新技术，它是在数字化变电站所涉及的理论及应用的基础上，在整个变电站内部采用统一的信息采集、信号传输、数据归集和处理，可使变电站实现自动控制方式下的运行模式转换、实现变电站设备的各个运行状态的检修和维护、变电站电能分配策略的智能决策等功能，大大提高了变电站的管理和运行效率。国外实现智能化变电站的典型公司有ABB和西门子等，这些大公司在运用智能化变电站的理论，成功开发了一系列智能化一次设备和二次设备。
2 传统变电站继电保护配置及其问题
在传统变电站运行中，为满足系统及其设备运行的要求，多应用独立、双重主保护加后备保护的配置形式。双重主保护建立于电流差动原理基础上，具备较好的选择性及速动性，一旦出现区域故障，可以快速准确地切除区域故障。当主保护出现拒动问题时，通过后备保护进行区域故障切除。后备保护多是采取的是零序过流保护原理，为保证后备保护的选择性，需要结合动作时限、定值整定等配合，在保证选择性的同时，会牺牲后备保护的速动性。虽然这种配置方式存在着一定优势，但其动作延时性的存在，容易对电网造成极大损害。
3智能变电站站域后备保护原理
当前，对站域后备保护仍没有具体明确的定义，一般来讲，智能变电站站域后备保护是建立于智能变电站非电量、开关量及模拟量数据信息的基础上，对变电站系统及其设备中存在的故障进行精确、快速、可靠定位，并实现故障切除的一种继电保护方式。在本文中，提出建立于电流差动原理的站域后备保护。
电流差动原理具备动作速度快、选择性完全、选相能力突出等优势，主要应用于变电站主保护之中。差动保护在应用过程中，可以实现差动电流的不间断测量，如出现不平衡差动电流，可以快速发现，并执行保护动作。当前，差动保护原理仅仅应用于主保护中，在后备保护领域中却一直缺乏实际研究与应用。本文提出将电流差动原理应用于智能变电站站域后备保护之中。
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站域后备保护基本原理：
在电流差动原理应用范围不同的基础上，将整个站域后备保护区域分为边界差动区、站内差动区、元件差动区及搜寻差动区四个差动区。在四个差动区中，搜索差动区范围在故障定位过程中会发生变化，而边界差动区、站内差动区、元件差动区则相对较为稳定，基本不会发生改变。通过研究发现，站域后备保护在四个差动区之中，存在着以下几个特点：第一，不管智能变电站站域后备保护区域中如何出现故障问题，其边界差动区总会存在差电流，如在正常运行过程中，或故障出现于保护范围之外，则边界差动区不会出现差电流，由此，可以将边界差动区是否出现差电流作为启动判据；第二，在变电站出现出现故障问题时，站内差动区不会出现差电流，边界差动区则会出现差电流，可以将此作为判断故障为出现故障及内部故障的依据；第三，在搜寻差动区中包含故障元件后，会出现差电流，正常元件不会出现差电流，由此，作为故障元件判断的依据。
根据不同类型差动区中存在的特征，可以通过智能变电站站域后备保护原理对故障元件进行准确定位，并配合主保护动作，当主保护电断路器失灵或主保护出现拒动问题时，通过跳闸区域扩展实现站域后备保护。
4 智能变电站站域后备保护实现技术
智能变电站站域后备保护实现技术在智能电网实践中具有十分重要的意义。为保证智能变电站站域后备保护装置设计能够满足智能变电站建设的要求，需要结合硬件平台设计技术、嵌入式软件设计技术、电磁兼容性技术、机电保护集成设计技术、网络通信技术等。
4.1智能变电站站域后备保护装置硬件设计
在智能变电站后备保护实现研究中，决定在其硬件平台中采取CPU与DSP相结合的双处理器架构，选择大容量FLASH、DDR2-RAM，大容量FRAM存储器。数据处理模块为DSP，综合处理模块为FPGA，应用双口RAM，实现数据接收与发送等功能。
4.2智能变电站站域后备保护装置软件设计
在进行智能变电站站域后备保护装置软件总体架构设计中，其软件总体架构主要包括应用软件设计、操作系统设计、支持包设计。在站域后备保护装置中，硬件驱动程序允许直接对外部存储器、硬件寄存器、定时器等访问。在软件设计中，实时多任务操作系统介于应用软件及硬件部分之间，其上层为应用软件，应用软件提供服务成程序访问接口函数。多任务操作系统，主要承担着任务管理、内存管理、调度等功能，可以建立文件系统，存储智能变电站站域后备保护装置信息模型文件。
建立电流差动原理的智能变电站站域后备保护，在进行硬件设计实现与软件设计实现的基础上，需要实现通信系统的设计。在智能变电站站域后备保护通信系统中，主要包括两个部分，分别为该变电站中内部过程层通信网络及输电线路对端变电站采样值通信网络。选择IEC 61850标准进行过程层通信网络构建，选择1G以太网交换机作为采样值进行采样值网络构建。数据通讯系统的完善，是保证站域后备保护实现的关键。
5结论
智能变电站属于未来电力系统发展的重要趋势。在传统变电中多应用阶梯式后备保护方式，其后备保护存在着动作延时长、整顿配合困难等问题。为满足智能变电站发展的要求，需要研究新型的智能变电站站域后备保护原理及实现技术。本文提出建立电流差动站域后备保护原理，对电流差动站域后备保护原理进行了分析。通过电流差动站域后备保护原理装置硬件及软件系统设计，对智能变电站站域后备保护原理的实现技术进行了初步研究。实践证明，电流差动站域后备保护原理效果良好，应进一步深化研究并推广。
参考文献：
[1]刘益青.智能变电站站域后备保护原理及实现技术研究[D].山东大学，2012.
[2]田聪聪，文明浩，刘航，等.基于相邻变电站信息融合的广域后备保护系统[J].电力系统自动化，2012，36（15）：83-90.
论文作者:张勋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：变电站论文; 智能论文; 差动论文; 电流论文; 原理论文; 站站论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第34期论文;