浅谈数字化变电站继电保护装置的优化配置

【摘 要】本文从数字化变电站技术和继电保护的概述入手，分析了数字化变电站继电保护的配置，探究了数字化变电站继电保护装置优化配置的设计方案，以及数字化变电站对继电保护技术的影响，以期为继电保护装置优化配置方案的进一步完善提供参考价值。

【关键词】数字化变电站；继电保护；优化配置

数字化变电站可以将搜集的模拟化信息利用网络化和智能化的设备成功转换为数字化信息，具有良好的抗干扰能力与扩展性能。作为电网系统智能化建设和管理中的重要环节，数字化变电站实现了变电站的自动化运行与管理，也是电网调度系统自动化未来发展的趋势，可以满足人们日益增长的电力需求。因此，数字化变电站继电保护装置的优化配置问题也日益受到人们的关注。

1 数字化变电站技术和继电保护的概述

数字化变电站与传统的变电站相比，其优势体现在改变了二次系统中信息的应用模式。随着网络技术、通信技术、信息技术和光电技术等技术的不断发展，数字化变电站可以在信息采集、处理与输出等环节中引入数字化技术，从而实现了系统分层分布化、采集信息数据数字化和系统结构小型化等，这样既可以提高数字化变电站的自动化水平和工作效率，也可以降低传统变电站技术对设备的不利影响。

变电站继电保护的主要作用是在电力设备部件或线路出现问题而影响电力系统安全稳定运行时，可以及时发出警报并让断路器出现跳闸，从而有效避免产生的电力故障对电力设备及其功能造成损害。继电保护装置主要分为母联保护、线路保护与主变保护等三种，每种装置都需要有较高的灵敏度和可靠性，以确保电力系统的安全平稳运行。

2 数字化变电站继电保护配置的结构特点

2.1 传统保护装置和数字化保护装置硬件构成的区别

传统微机保护装置主要是以微处理器为核心，结合复杂繁多的数字电路构成，外围接口分布于数字核心周围。数字化继电器保护装置则通过电子互感器搜集数据，数字化保护装置的硬件结构主要执行元件、中央处理单元和接口部分等组成，其中执行元件主要包括光接收单元和开入单元，中央处理单元主要包括主CPU、双端口RAM和从CPU，接口部分主要包括出口单元、通信接口和人机接口。

2.2 数字化继电保护装置的接口实现

数字化变电站继电保护装置不仅保留了传统保护装置的优势，而且对其数字化功能进行了强化，这样既可以节约人力资源成本，也有利于数字化变电站管理与接口实现。数字化变电站是以电子互感器作为一次设备，将搜集的数据通过电子互感器内部光纤以光数字信号的形式传输至低压端，然后经过MU的处理得到并输出满足格式要求的数字量。MU利用光纤来传输数字量采样值，并在到达保护前滤去了高次谐波。因此，数字化继电保护装置可以将传统保护装置系统中的A/D变换和低通滤波等插件，以及模拟量输入变换模块省略掉，而以造型小巧的光收发模块取而代之进行光电转换，既减少了模块在变换和处理等各环节中出现的误差，又提高了数据传输过程中的精确度。保护接口的连接方式主要由现场状况与系统复杂程度共同决定，既可以选择点对点的通信模式，也可以选择网络通信模式。

3 数字化变电站继电保护装置优化配置的设计方案

3.1 数字化变电站继电保护装置的优化配置方案

随着数字化变电站技术的不断发展，以及网络化二次设备的应用，变电站内的电气设备可以实现信息的共享与相互操作，所以为了变电站信息进行有效的继电保护，集成保护配置方案被研发出来。集成保护配置方案遵循双重化系统配置的原则，每套系统被保护装置都能独立完成继电保护和测控方面的功能，每套系统都包括主变、出线、测控和母线等，两套系统的保护原理也相同，既可以单独投入和退出，也可以互为彼此备用系统。这种变电站继电保护装置的配置方案可以保护的对象是多个元件，需要投入的设备数量比较少，网络结构也非常简单，可以充分发挥智能化在资源共享方面的优势，分析的结果也非常全面准确，是变电站继电保护配置未来发展的必然趋势。

3.2 数字化变电站集成保护装置的工作原理

每个主变压器都有独立的合并单元，通过两路相互独立的光纤与保护电网系统的保护装置相连接。10kv出线与电容互感器的数字接口经过合并单元，并通过交换机以后与电网系统的保护装置相连接。通常5回的10kv出线与电容器合并单元就可以共用一台交换机。中等规模的变电站，其电网系统的保护装置设置10个光纤的接口就可以满足继电保护的要求。

3.3 数字化变电站集成保护配置方案的特征

数字化变电站集成保护配置方案的特征主要体现在三个方面：①信息集成方面。主要是指不同间隔之间信息集成，通过相邻元件之间冗余的广域信息来提高系统的保护功能，确保系统的平稳安全运行。②功能集成方面。可以实现对保护对象的测量与控制功能，并对功能进行优化协调，而且简化了系统的硬件结构，减少了变电站建设的投资成本，降低了系统运行维护的难度。③数据传输方面。简化了变电站内二次接线，利于数据传输和资源的共享。

4 数字化变电站对继电保护技术的影响

4.1 实现继电保护功能的网络化

MU设备是应用电压互感器和电子式电流所必须具备的，其存在使数据数字化与交互式传输得以实现。继电保护装置可以数据共享，这有利于实现集成不同类型的保护功能，并提高数值化变电站的自动化水平。例如数字化变电站中的母线单元，可以处理网络通信，以及接受和处理系统设备所传输的开关量信号，并将处理结果以GOOSE网络架构输送至下级的处理模块，然后由其执行相关的动作完成保护功能。此过程充分发挥了网络架构优势，实现了继电保护功能的网络化。

4.2 提高继电保护设备的可靠性

数字化变电站的继电保护装置使用了IEC61850标准规范，减少了一次与二次设备之间负责信号传输的电缆使用量，将传统继电保护装置的功能进行合理拆分，使其具备了网络化的特点，而采集数据是数字量，不需要完成数模转换，由此产生的误差也相应消除，使得继电保护装置可以更加安全平稳的工作运行。同时，数字化变电站利用光缆传输数据信号，原来传输所用的金属电缆使用量大大减少，系统元件复杂性也随之降低，既降低了变电站建设的支出成本，又实现了去冗余的目的。

5 结束语

总之，数字化变电站的全面建设仍然需要长期的过程，其建设要求也还没有形成统一标准。数字化变电站可以实现电力设备之间的无缝通信，而系统合理的继电保护配置方案可以将保护的对象扩大到多个元件，每套保护装置还可以独立完成主变保护、出线保护和母线保护等多项功能，以及减少变电站的设备数量，利用完整的网络结构实现信息共享。

参考文献：

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