摘要：在电力系统中，数字化变电站在不断创新和发展。数字化变电站实现一次电气设备、二次电子装置的通信数字化，并实现统一的全站数据通信和数据模型平台，并在此平台上完成智能装置间的互相操作性。继电保护系统是数字化变电站的重要组成部分，对于变电站设备的安全稳定运行起到了重要的支撑作用，同时能够有效现实设备故障问题的扩大与影响。本文探讨分析了数字化变电站继电保护系统可靠性设计技术的相关内容，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；可靠性设计
1数字化变电站继电保护系统可靠性设计技术研究
1.1保护单元失效的可靠性设计
通常继电保护系统保护单元失效均会导致停电检修，一次系统故障状态下的失效则会导致电网事故扩大。基于信息共享，则提出采用共享后备单元（SBPU）实现保护装置失效的后备。
当各保护单元工作正常时，SBPU并不采集数据。当某保护单元工作异常或失效时，由保护管理机检测到该单元异常时启动共享备用保护单元，并下载失效对象间隔的保护定值，此时备用保护单元可启动采集该间隔的数据，自动承担失效单元的保护功能，从而做到在线不停电的保护功能恢复。这一方案的优点在于：（1）环必对每个保护装置采用双重化配置即可实现保护装置的冗余，提高保护系统可靠性，特别适合于中低压电网未采用双重化配置的情况；（2）踩护装置失效时，不必马上停电检修处理，适用于无人值守变电站。（3）各间隔的数据送往备用单元无需电缆连接，仅采用光纤传输数字信号，实现备用容易、成本低。
1.2数字互感器失效的可靠性设计
数字化互感器是数字化变电站的主要特征，但电子/光电式数字互感器集成了多个电子模块，且工作在恶劣的电磁环境下，失效的概率有所增加。因此，提出采用信息冗余的软后备方案解决数字互感器失效的互感器后备方案。下图1是假设回路2互感器失效该回路数据由其他回路获取的信号流图。
图1 SB方案信号流图
在上图1中，当间隔2的保护单元检测到相应的互感器异常或失效时，该间隔的保护单元可向间隔1合并器和间隔3合并器申请传送线路L1和L3的电流，通过网络获得相关回路的电流采样值后用于代替L2的电流。此时保护单元2仍然间接获得了L2回路的电流数据，通过数据分析处理仍然维持对L2回路的保护功能。由上可见，这种后备方式无须添加硬件设备，仅通过软件功能的调用和信号传递方向的改变即可实现后备功能。
2数字化变电站继电保护系统可靠性保护策略
2.1与不同电子式互感器配合分析
通过对数字化变电站中电子式互感器的应用研究可知，电子式互感器具有多样性，根据功能方式，可以分为无源式和有源式两类电子式互感器，而根据原理标准划分，可以分为基于光学原理及基于Rogowski线圈原理电子式互感器，由此，电子式互感器的量程、延时处理等也会发生相应的变化。
首先，延时方面。为了有效避免由于测量延时误差对机电保护装置的影响，在其应用之前务必要进行检验电子式互感器测量延时，及时发现延时差异，并进行相应补偿，有效解决延时误差。其次，量程方面。测量值超出电子式互感器的输出量极限时，波形极易出现畸形。如果选择的电子式互感器量程不同，当测量值超出一定范围，即便是同一个测量值也会得出不同的结果，在实际应用过程中，会造成继电保护装置误动作情况。因此，为了避免量程对继电保护的产生不良影响，提高继电保护装置可靠性，应尽量选择同一厂家生产的相同型号电子式互感器，从源头上避免这一问题。
2.2对机电保护动作实时性分析
一般情况下，传统继电保护装置变电站动作时间要比过程层组网方式继电保护短，尤其是在高压电网中，继电保护动作时间越短，相应的制动面积就会减小，进而提升整个装置的稳定性。出现数字化变电站保护动作时间过长是由于受到保护装置采样值、电子式互感器处理等延时因素造成的。因此，为了有效减少动作时间，提高装置稳定性，应加强对继电保护算法，适当减少数据处理过程时间，对技术进行进一步研究，不断优化和完善过程层网络结构设计，从而提高数字化变电站继电保护装置性适应性，促进电力系统健康、稳定发展。
2.3电子式互感器数据异常处理
电子式互感器在传送数据过程中，在受到外界因素的影响时，会出现硬件故障等问题，导致数据传输异常，影响变电站正常工作。为了避免外界因素的影响，继电保护装置应结合数据传输情况，分析其有效性，并采取相应措施来规避继电保护误动作问题。一般针对电子式互感器数据畸变问题，普遍通过调整和完善故障判别算法、加强互感器的入网检测等方法解决继电保护误动作，保障数据传送稳定性，进而提高系统可靠性。
2.4与电子式互感器采样同步分析
与传统电磁式互感器进行的电气测量变电站不同，数字化变电站中的网络设备与电子式互感器结合，会致使数据传输出现延时问题，除此之外，还会导致传输数据时序上的差异，进而出现采样不同步情况的发生。基于此，解决数字化变电站继电保护与电子式互感器采样不同步问题至关重要，首先，设置一致外部时间源，确保时间来源统一性；其次，合并单元插值计算，协调算法处理数据；最后，将继电保护装置作为电子式互感器数据采集同步源。通过这种方式，不仅能够有效避免数据采样不同步问题，还能够确保电力系统稳定、可靠运行。
结语
综上所述，数字化变电站是建设智能电网的前提基础。数字化变电站系统工程的建设中，对继电保护技术提出了更多先进高标准的要求，继电保护系统设计与应用水平依然存在着较大的提升空间。在实际工作中，设计人员应紧密结合数字化变电站继电保护系统的性能要求，合理选择设备与构架模式，提升机电保护系统的工作可靠性。
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论文作者:张卫
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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