（国网新疆电力公司电力科学研究院 830000）
摘要：本文阐述了数字化变电站继电保护的特点，结合继电保护及自动化系统设计与实现的要求，我们分析了数字化变电站的过程层设备配置、合并单元配置、智能终端设备配置、一次设备智能化等。文章指出网络结构优化与二次系统整合，需要优化网组方式来加强二次系统整合。数字变电站在具体运行中需要采集和存储大量的相关信息。
关键词：数字化变电站；继电保护；自动化系统设计
一、前言
随着数字化智能技术在变电站中科学应用，促使常规变电站转变了经营模式。而继电保护在数字化变电站系统中是非常重要的部分，一定程度保证了电力系统运行的安全性。与常规变电站比较，数字化变电站相应优化了软硬件的设计，利用自动化手段提升运行的水平。为了在数字变电站中应用创新技术，有必要研究变电站的继电保护与自动化系统设计。
二、继电保护的特点
数字化变电站是有机组合光电信息、微电子集成与网络通信技术的具有自动管理特点的变电站。其中变电站的继电保护装置可以自主预警电力故障、线路设备异常等情况，进一步达到变电站的保护目标。通过自动断电、分离故障等方式保护变电站。
数字化变电站的继电保护装置一定程度扩大了数据信息的来源，同时提高了灵活性，因此技术人员通过分析继电保护的特点，最大程度提升变电站继电保护装置的能力。数字化变电站的继电保护与传统变电站比较，前者操作更灵活与便捷。
三、继电保护及自动化系统设计与实现
1.工程概况
数字化变电站为了适应更高的供电可靠性要求，一般采用双母线的主接线，选择户外HGIS作为配电装置。通过一体化理念设计保护系统，双重配置结构，系统网络架构体现为三层设计特点。按照双重设计方法对系统的运行实施控制，一方面了解系统运行的具体情况，另一方面使热备用功能全面发挥。如果系统在运行中产生故障，能立刻自动隔离故障设备，同时备用系统获得控制的自主权，保证系统正常供电。只有对系统故障全面检查与维护，才能真正投入使用备用的新系统。在完全独立运行的前提下，设计双重化保护系统，即两套保护系统均可正常运行，当发生严重的故障时，可以自行退出故障系统并改变相应的运行方式。
2.过程层设备配置
一是电子式互感器配置。统互感器已无法满足数字变电站的要求，电子式互感器具有绝缘简单、体积小、重量轻、无磁饱和、二次输出可以开路等优点，能更好满足数字变电站的要求OA，分类见图1。
图1 电子式互感器分类图
HGIS电子式电流电压互感器可采用六氟化硫气体的绝缘金属封闭开关设备，经数字化技术综合计量一次电流、检测电压和输出信号，并在继电保护装置中实现测控目的。
2.合并单元配置
并合单元对数字化输出的电子式互感器进行定义，有效连接了二次转换器和变电站二次设备。二次转换器数据通道可通过合并单元实现汇集目标。
1）科学配置。在保护屏内科学设置合并单元。装置采用一个半层4U标准机箱，相应节省了安装屏柜的空间。由一台合并单元对三个远端模块同时采集数据，获得线路间隔的全部模拟量。利用合并单元向多个保护测控、计量等装置传递采集的模拟量信号，进一步对数据实现共享。
2）合并单元的主要功能。合并单元采集三相远端模块的数据，利用重采样技术同步采集三相电流和电压模拟量。
3）通用数据帧作为传统采样的数据。合并单元利用标准定义发送数据帧，统一发送间隔的保护和测量数据。合并单元有效连接光线和二次设备，进一步达到数据通讯的目标，并借助IEC标准编码有效传输数据。
4）合并单元切换电压功能。自由切换双母线线路与母线电压之间的间隔，并利用线路隔离刀闸对开入开出板插件数据进行采集。合并单元采集Ⅰ和Ⅱ母线路隔离刀闸1G与2G位置，结合两个刀闸的位置对目前电压切换选择。在输出切换电压回路中，由合并单元开入开出板卡的开出空节点形成动作信号。
3.智能终端设备配置
智能终端设备主要包含以下功能：
1）智能操作箱功能。利用GOOSE网传递跳合闸命令，终端接收保护控制装置通过分相或三相操作回路使断路器完成跳合闸。
2）智能I/O功能。智能终端基于GOOSE网络，对隔离开关发出的分合与连锁命令及时接收，输出相应的动作接点。同时对间隔断路器、隔离开关的分合位置采集，对回路状态控制，借助GOOSE网络与MMS监控网将压力信息传递给测控装置与后台系统。
3）一次设备状态监测与诊断。当前很多变电站由于存在不统一的对外通信接口与协议，往往不能顺利接入变电站的自动化系统，不利于共享信息。由于一次设备状态监视信息存在不足，无法对设备状态全面掌握，增加了检修设备状态的难度，通过智能终端可在线检测一次设备，比如掌握断路器累计动作的次数，分析完成一次动作所需的时间，并利用监控网络向系统上传信息，有利于运行人员了解设备的状态。
4.一次设备智能化
在数字变电站中智能化一次设备是关键，传统开关设备利用继电器监视开关机构的各种回路，传统设备的机构存在回路复杂、调试维护等缺陷。而智能化开关可以利用CPU控制继电器回路，合并重复的回路，无形中简化了回路与调试操作。
四、网络结构优化与二次系统整合
1.优化网组方式
传统变电站的网络结构无法有效适应数字变电站的工作，因此在改造设备的同时，还要优化变电站的网组方式，如此才可以满足数字电网的运行需要。网组方式优化后相应改善了变电站的每个层次。首先在过程层，网络选择三网合一的模式，通过不同的网络达到组合目的。过程层内部逐步提升了A、B网的独立水平，如此保证设备的运行效率，进一步保证信息传输的实时性。其次智能变电站确保220kv和110kv不独立组网，一定程度减少使用交换机的数量，使网络更安全且稳定运行。最后间隔层的设计人员相应改造网络组，使电网运行更迅速。
2.二次系统整合
1）整合继电保护、测控装置。在已存在的变电站系统中，保护与测控出现一定缺陷，有必要对二者实施整合，便于采集与传输信息，提升系统的可操作性。
2）整合打印机配置。在实际工作中，科学配置三台不同的打印机，并发挥相应作用，其中，1号打印机对各种数据报表进行打印，2号打印机主要保护打印的信号，3号打印机发挥备用作用，有利于调试设备。
3）整合电量的计费系统。如此不仅提高了系统的工作水平，还保证了变电站的管理能力。
五、结束语
数字变电站在具体运行中需要采集和存储大量的相关信息，运行过程中出现的海量信息一定程度威胁了变电站的安全和防护。如果不能优化变电站的运作，必将影响未来电网不断强化运行的需求，因此，继电保护系统的可靠性变得至关重要。在目前情况下，传统变电站的继电保护系统不能很好适应数字变电站的发展需求，因此重点研究数字化变电站继电保护的自动化系统，可以逐步提高变电站运行效率。
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论文作者:高兴
论文发表刊物:《河南电力》2019年3期
论文发表时间:2019/10/10
标签：变电站论文; 系统论文; 继电保护论文; 设备论文; 单元论文; 回路论文; 数据论文; 《河南电力》2019年3期论文;