摘要：智能电网建设水平的不断提升，进一步促进了电力数字化技术的普及与应用，全面提升了电力输配送环节的自动化水平与实际运行效率。随着光电技术在传感应用领域的迅猛发展，IEC61850的普及，以太网通讯技术的应用和智能断路器的迅猛发展，数字化变电站己经成为了未来变电站自动化技术发展的主流，许多新的特征也随着数字化变电站应用而展现。继电保护系统作为变电站的重要组成部分，在维护电力系统安全与稳定性等方面有着突出的作用。本文探讨分析了数字化变电站继电保护系统的设计与应用的相关内容，旨在提供一定的参考与借鉴。
关键词：数字化变电站；继电保护系统；设计；应用
1数字化变电站继电保护系统的关键技术
1.1基于过程层的分布式母线保护
母线是电力系统的重要元件，母线故障也是电力系统最严重的故障之一。传统集中式母线保护存在二次接线复杂、易受干扰、不易于扩展等缺点，而分布式母线保护面向间隔，具有分散处理能力，是母线保护的主要发展方向。数字化变电站先进的网络技术，采用了分布式的电子式互感器以及合并单元的数据采集模式进行，为了要实现数据采集的同步和各保护之间信息交互与相互配合，需要一个统一且精确的时钟来作为系统的时钟源，并且通过精密的对时技术来实现各个数据采集单元时钟、各个保护装置时钟的准确同步。
1.2数字化的变压器保护
保证变压器差动保护正确工作的两个关键问题正确识别励磁涌流与故障电流及防止外部短路时暂态不平衡电流造成差动保护误动。励磁涌流中含有较大成分的非周期分量，而电磁式电流互感器不能有效传变非周期分量，从而使二次侧电流所表现的涌流特性有所变化，可能造成保护的误判。利用电子式电流互感器的高保真传变直流和高频分量的特性，根据励磁涌流发生时电流的非周期分量大而故障时非周期分量小的特点，可提出正确区分励磁涌流与故障电流的新判据，从而有效防止变压器差动保护出现误动。
1.3输电线路数字化保护
数字化变电站的纵差保护，其数据取自无饱和的电子式电流互感器，从根本上解决了这一难题。电子式电流互感器的差动保护灵敏性显著提高的结论。对于数字化的距离保护，采样值来自电子式互感器，不存在铁芯磁饱和问题，保护的起动元件、选相元件以及距离阻抗元件的性能得到提升，动作准确率大大提高。数字化变电站中通过采用无饱和的电子式电流互感器提供采样数据，消除了电流传变程中引入的误差，从根本上改善了保护的动作性能。
1.4基于电子式互感器的数字化保护接口
常规保护配置方案和采用常规互感器时的保护配置一样，按对象进行配置，如线路的保护、母线的保护、主变的保护、开关的保护等。将原来保护装置内的交流量输入插件替换成数据采集光纤通信接口，I/O接口插件替换为GOOSE的光纤通信接口，对CPU插件的模拟量进行适当的处理、更换为通信接口。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采样的过程是一个“主动”的过程，继保装置可以根据自己的需要完全掌握采样的时间间隔，也可以根据A/D采样芯片的配置来设置采样值的数据格式。为了满足继电保护系统对采集数据的要求，就必须解决好合并单元数据采样率与保护装置所要求采样率的配合问题。在电子式互感器数据接口中采用PLL同步锁相技术和基于插值的采样值计算方法，能够实现根据频率测量值实时调整数字接口中的采样频率。该方法可有效地对电子式互感器的数据按要求进行高精度的同步采集，具有较好的实用性。
2数字化变电站继电保护系统的设计与应用
（1）数字化保护装置采用电子式互感器采集数据，无模拟量输入、采样保持、A/D转换等插件，硬件结构大大简化。同时，数字化变电站全站统一的数据平台的建成以及GOOSE通信技术的应用，为数据信息的实时共享提供了可能性。保护装置的功能得到大大扩充，许多依靠传统设备完成的功能，比如测量、录波、开关状态监视等功能都可以在保护装置内部实现。
（2）在数字化变电站中，由于用光缆代替铜缆，大幅度减少了系统中元件的数量；数字化保护的网络化配置不但在系统层面，而且在元件层面实现了真正的冗余；另外数字化保护系统和元件都具备自检和监视功能，这些改变使得保护的可靠性进一步提高利用电子式互感器的线性度好、动态范围大的特点，可以改善现有保护原理中存在的问题，提出新的保护动作判据。理论分析和实验比较表明，采用电子式互感器的数字化保护的性能具有很大的优越性。
（3）随着数字化变电站技术的发展，智能化开关、电子式电流电压互感器技术日趋成熟。对于安装于数字化变电站的完全采用IEC61850标准的继电保护装置，试验仪可以通过以太网接口，按一定的采样间隔持续向保护提供符合IEC61850-9-2标准的数字化模拟量，送出相当于智能高压设备及合并单元输出的数字化模拟量信息给继电保护。一对一的测试方法中一台试验仪通过两根以太网线（一根双绞线以太网线，一根光纤以太网线）连接一台保护装置，提供数字式模拟量，发送/接收GOOSE消息。
此外，利用以太网的扩展性，一台试验仪也可以连接并且同时测试多台继电保护，试验仪通过HUB和多台被测保护连接。在测试系统上开发特定的测试软件，控制测试仪向多台保护发送不同的数据流，产生需要的试验量，从每台保护那里接收GOOSE消息，得到反馈，可实现多台保护的整组试验。
结语
综上所述，电子互感器的应用和IEC61850的普及，网络技术（特别是以太网）在电力系统的广泛推广，以及基础设备操作的智能化等等，为变电站自动化的发展和应用迎来了新的明天。数字化变电站的提出为变电站自动化和测量系统和带来了新的发展，同时进一步提高了数字化变电站继电保护系统的实际性能水平。
参考文献：
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[2]张弛，曹建东，李一泉，王慧芳. 数字化变电站继电保护方案定量评估系统研究[J]. 广东电力，2012，（05）：24-27.
[3]文君. 继电保护装置测试在数字化变电站中的应用[J]. 广东科技，2010，（24）：172-173.
论文作者:李全杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
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