数字化变电站继电保护系统设计 杨楠

数字化变电站继电保护系统设计杨楠
摘要：随着近几年科学技术水平的整体提高，变电站系统已经进入了一个数字
化时代。

传统结构的变电站主要由一次设备和二次设备组成，一次设备与二次设
备之间的信息传输是靠大量的电缆来实现的，这种传统结构妨碍了一次设备间的
功能拓展，增大了制造建设成本。

数字化变电站由电子式或光电式互感器和智能
断路器提供数字化接口，为设备之间的信息传递提供服务。

关键词：数字化变电站；继电保护；系统设计
一、数字化变电站的概述
数字化变电站是由电子式互感器、智能化终端、数字化保护测控设备、数字
化计量仪表、光纤网络和双绞线网络以及IEC61850规约组成的全智能的变电站模式，按照分层分布式来实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作性的现代
化变电站。

数字化变电站实现站内一、二次设备的数字化通信和控制，建立全站
统一的数据通信平台，侧重于在统一通信平台的基础上提高变电站内设备与系统
间的互操作性。

数字化变电站己经具有了一定程度的设备集成和功能优化的概念，要求站内应用的所有智能电子装置（IED）满足统一的标准，拥有统一的接口，以实现互操作性。

数字化变电站在以太网通信的基础上，模糊了一、二次设备的界限，实现了一、二次设备的初步融合。

二、数字化变电站的优势
数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。

全站采用同一的通讯规约IEC61850构建通讯网络，保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统均用同一网络接收电流、电压和状态信息，各个系统实现信息共享。

常规综自站的一次设备采集模拟量，通过电缆将模拟信号传输到测控保护装置，装置进行模数转换后处理数据，然后通过网线上将数字量传到后台监控系统。

同时监控系统和测控保护装置对一次设备的控制通过电缆传输模拟信号实现其功能。

数字化变电站一次设备采集信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传测控
保护装置，然后传到后台监控系统，而监控系统和测控保护装置对一次设备的控
制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。

1、高性能。

通讯网络采用同一的通讯规约IEC61850，不需要进行规约转换，加快了通讯速度，降低了系统的复杂度和设计、调试和维护的难度，进步了通讯
系统的性能。

数字信号通过光缆传输避免了电缆带来的电磁干扰，传输过程中无
信号衰减、失真。

无L、C滤波网络，不产生谐振过电压。

传输和处理过程中不
再产生附加误差，提升了保护、计量和丈量系统的精度。

光电互感器无磁饱和，
精度高，暂态特性好。

2、高安全性。

光电互感器的应用，避免了油和SF6互感器的渗漏问题，很大
程度上减少了运行维护的工作量，不再受渗漏油的困扰，同时进步了安全性。

光
电互感器高低压部分光电隔离，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路
可能危及人身或设备等题目不复存在，大大提高了安全性。

光缆代替电缆，避免
了电缆端子接线松动、发热、开路和短路的危险，提升了变电站整体安全运行水平。

3、高可靠性。

设备自检功能强，合并器收不到数据会判定通讯故障或互感器故障而发出告警，既进步了运行的可靠性又减轻了运行职员的工作量。

4、高经济性。

采用光缆代替大量电缆，降低成本。

用光缆取代二次电缆，简化了电缆沟、电缆层和电缆防火，保护、自动化调试的工作量减少，减少了运行
维护成本。

同时，缩短工程周期，减少通道重复建设和投资。

光电互感器采用固体绝缘，无渗漏问题，减少了停运检验成本。

数字化变电站技术含量高，电缆等耗材节约，具有节能、环保、节约社会资源的多重功效。

三、数字化变电站继电保护系统设计要点
1、系统的整体方案设计。

在变电站正常工作的情况下，电流和电压等工作参数会在一定范围上下浮动，但当系统发生故障时，电流、电压会发生突变，容易对电气设备和电路等造成损坏。

所以根据这个原理，可以计算出各电气组件发生故障时电流、电压的界限值来以此判断发生故障的位置。

根据煤矿变电站的工作情况与各电气元件的布置情况，分析全站易出现的故障类型与故障位置。

继电保护系统要实现全站线路和各电气元件的保护功能，当产生故障时能够快速、准确识别故障的产生位置。

继电保护系统要满足变电站对可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，保证装置的可行性和实用性。

结合变电站实际要求，对继电保护系统的方式进行选择。

2、系统的硬件设计。

继电保护系统的硬件主要由处理器模块、电源模块、数据采集模块、串口通信模块、存储器模块、开关量输入输出模块及人机对话模块等组成。

处理器模块负责系统保护主程序的存放，为了保证变电站的正常工作，处理器会一直执行循环自检程序，当系统发生故障时会产生中断脉冲，处理器进入中断服务程序中。

数据采集模块可以获得系统被保护元件的模拟信号、电流和电压等，经过数模转换提供给系统的处理器使用。

开关量输入输出模块是保护系统接收外界远程控制信号等信息和输出远程信号和界面信息的模块。

人机对话模块完成人机交换功能，满足保护系统的设定、调整和检查需求。

存储器模块负责记录系统运行日志，供巡检人员查看。

电源模块是保护系统的重要设施，保护系统的装置是精密的电子仪器，供电系统必须稳定可靠。

四、数字化变电站继电保护关键技术
1、智能断路器和智能变压技术。

智能断路器技术是指应用微电子技术、计算机技术和新型传感器建立的具有智能化操作功能的断路器。

智能断路器与传统开关最大的区别是配备有智能控制单元。

智能控制单元采用电子线路和微机控制，结合各种传感技术，可检测速度、位移、电流、电压、触头磨损量、温度、局部放电量等参数，具有自诊断和各种保护功能，并具有通信接口。

智能断路器能自动调整断路器的运动特性，实现重合闸的智能操作以及分合闸相角控制，实现断路器选相合闸和同步分断，同时实现对断路器的在线监测等。

与智能断路器技术类似，智能变压器技术也是数字化变电站的关键技术之一。

智能变压器除常规变压器功能外，还要具有数字通信和处理能力，以数字信号方式传输操作命令，根据规则实现唯一化命名，避免与其它装置重复，具有自诊断功能以随时报告运行时间、当前状态。

2、同步采样技术。

在传统的保护测控装置中，各路模拟量的采样是由同一个模件负责的，在同一时刻锁定采样值，保证了采样的同步及测量误差。

而在使用光互感器的情况下，各相电流、电压采样可能由不同的采集单元完成，如何保证各相电流和电压信息的同步，成为合并单元能否正确工作的关键。

3、网络化信息通信技术。

一是交换式以太网技术：具有微网段和全双工传输的特性，从本质上保证了通信的确定性，为数字化变电站采用过程总线提供了技术基础；二是虚拟局域网技术：利用现代交换技术，将局域网内的设备按照逻辑关系（而不是物理关系）划分成多个网段，这样就可以从逻辑上划分变电站中的控制网段和非控制网段，而不需依赖物理的组网方式以及设备的安装位置，从而
有效地保证了控制网段的实时性和安全性。

结束语
随着数字化变电站的进一步使用，上面所说的诸多问题都会得到解决，而且
也会促使继电保护装置和回路检验的方法、手段更加先进。

相信在未来，数字化
变电站的发展速度会越来越快。

参考文献：
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