数字变电站对继电保护若干问题的思考

引言

　　数字变电站是一个不断发展的概念。理想的数字变电站是指变电站内一次电气设备和二次电子装置均实现数字通信，并具有全站统一的数据模型和数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。目前它是由电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850 (国际电工委员会IEC 制定的变电站内通信网络和系统标准体系)通信规范基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共亨和互操作的现代变电站。作为一门新兴技术，数字变电站从提出开始就受到了极大的关注，并已成为我国电力系统研究的热点之一。随着相关软硬件技术的不断发展和成熟，数字变电站必将成为变电站技术的发展趋势。

　　1 数字变电站的意义

　　数字变电站将会给我国变电站的运行和管理带来深远的影响，无论在技术方面还是经济方面，都具有重大的意义。

　　从技术方面来说，数字变电站可以减少自动化设备数量，简化二次接线，提高系统的可靠性;减少设备的检修次数和检修时间，提高设备的使用效率;方便设备的维护和更新，减少投运时间，提高工作效率。此外，还极方便了变电站的扩建及自动化系统的扩充。

　　从经济方面来说，可以减少占地面积，从而减少建设投资：减少变电站寿命周期内的总体成本，包括初期建设成本和运行维护成本;实现信息在运行系统和其它支持系统之间的共享，减少重复建设和投资等。

　　2 数字变电站的主要特征

　　2.1 数据采集数字

　　数字变电站的主要标志是采用数字电气测量系统采集电流、电压等电气量，实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，从而为实现常规变电站装置沉余向信息沉余的转变以及信息集成化应用提供了基础。

　　2.2 系统分层分布化

　　变电站自动化系统的发展经历了从集中式向分布式的转变，第二代分层分布式变电站自动化系统大多采用成熟的网络通信技术和开放式互联规约，能够更完整地记录设备信息并显著地提高系统的响应速度。

　　2.3 系统结构紧凑化

　　数字电气测量系统只有体积小、质量轻等特点，可以将其集成在智能开关设备系统当中，按照变电站机电一体化设计理念进行功能优化组合和设备布置。在高压和超高压变电站中，保护装置、测控装置、故障录波及其它自动装置的I/0 单元作为一次智能设备的一部分，实现了IED 的近过程化(processclose)设计;在中低压变电站可将保护及监控装置小型化、紧凑化并完整地安装在开关柜上。{page}

　　2.4 系统建模标准化

　　IEC61850 确立了电力系统的建模标准，为变电站自动化系统定义了统一、标准的信息模型和信息交换模型，其意义主要体现在实现智能设备的互操作性、实现变电站的信息共享和简化系统的维护、配置和工程实施等方面。

　　3 数字变电站提高了继电保护的运行水平

　　经过多年的发展，国内微机保护在原理和技术上已相当成熟，处于国际领先水平。但是，仍然存在着一些问题：

　　二次回路设计接线错误，电缆长，执行反事故措施不到位，电缆老化后接地，造成保护误动;定值项多，控制字和跳闸矩阵设置错误;变电站直流电源回路故障接地引发继电保护误跳闸;由于有许多季节性负荷，备自投(备用电源自动投入)、低频低压减载压板等核查、切换工作量大，易出错;CT 特性恶化和特性不一致引起故障延迟切除和区外故障误动;保护通道问题等。

　　而对于这些缺陷，由于直接采用数字量，能真实反映系统一次电气量信息，装置可采用更先进的原理算法，其集成度可以更高，抗干扰能力大大增强，再加上在线监测、在线检修自动化，装置运行也将更加稳定。

　　4 数字变电站给继电保护带来的挑战

　　基于IEC61850 通信协议的数字变电站将变革传统的变电站一、二次设备，它的特点是采用分布分层的结构体系，面向对象的数据统一建模，数据自描述，采用抽象通信服务接口和特殊通信服务映射技术，实现智能设备间的互操作能力，面向未来的开放体系结构。数字变电站将会给变电站的设计、安装、调试、验收和运行带来新的挑战。

　4.1 基于IEC61850 的数字变电站的二次系统设计，需要打破传统的设计方案。要设计出结构合理、满足实际需要的可靠系统，就需熟悉各种IEC61850 设备的功能逻辑节点，以便能够将物理设备通过逻辑节点连接去实现所需功能。

　　4.2 数字变电站信号回路和操作控制驱动回路采用微处理器和光电技术设计，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接;继电保护测试是一种全网络化的测试，需要充分理解保护的配置，利用IEC61850 规约的特点，创新测试方法，设计出完善的测试方案，同时测试通信、同步功能、检查上传信息等多项功能，测试才能完善、全面，才能事半功倍。

　　4.3 数字变电站的安装、调试过程是系统网络和数字的过程，IEC61850 标准的使用为这些过程赋予了新的工作内涵，需要针对IEC61850 的特点和需要及时地修改、补充和完善现有的工作方式，以适应新系统的要求。在此期间需特别强调的是交接性试验的重要性，它既是数变电站的实现基础，也是保障以后变电站安全、可靠运行的重要前提。

　　4.4 数字变电站的建设给现场验收工作带来了新的形式要求，需要根据IEC61850 标准，不仅要验收系统中的硬件、软件，还包括系统中使用的说明文档、设备的配置参数文档、系统数据和信息模型文档及系统和设备的配置文件等项目。

　　4.5 以IEC61850 为核心的新设备功能更强大，设备通过灵活的配置完成各种组合的功能，这就要求配置信息得到可靠的管理。如果管理不完善，就会对日后的维护工作带来不可避免的难题。

　　4.6 由于原来的SCADA 系统(数据采集与监视控制系统) 和其它的控制系统是一个独立系统，是厂家的专有产品，它们的安全性来自其硬件平台和逻辑结构与外界不同。数字变电站综合自动化系统基于开放的、标准的网络技术，所有的供应商均可开发基于因特网的应用程序来监测、控制或远方诊断，但可能导致计算机控制系统的安全性降低。对于电力系统这样一个要求高可靠性和安全稳定性的系统而言，安全问题尤其突出。

　　4.7 实现数字、程序的操作流程是数字变电站必需的，变电站间隔层程序控制模式可以提高响应速度和可靠性，使操作更快捷，但必须要保证程序控制的可靠执行，要求保证系统程序的稳定性和可靠性。

　　5 结语

　　数字变电站是当前电力系统研究的热点之一，将会给变电站的运行和管理带来深远的影响，在技术和经济方面都具有重大的意义。本文研究了数字变电站保护若干关键技术，目的在于分析数字变电站技术对变电站自动化系统技术发展方向的思考，研究数字变电站技术应用模式和发展前景。