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摘要：智能变电站是数字化变电站升级优化而来，其构建规则为IEC 61850标准体系，由过程层、间隔层、站控层组合，采用了基于数据帧传输的运行机制、模块化的保护功能组织形态及高精度全网统一的网络同步对时系统。由于常规综合自动化变电站技术较为完善，使用的电气设备在性能和功能上较为优良，明确智能变电站与传统变电站在应用技术及设备、实验工作内容上的区别，促进成熟微机保护验收和智能变电站验收的融合，对于智能变电站继电保护试验方法的改进就有积极意义。针对不同的采样、跳闸方式，智能变电站中主要采用了“直采直跳”和“网采网跳”这两种模式结构，二者均可采用数字时试验仪进行现场试验。
关键词：智能变电站；常规微机保护变电站；继电保护；试验
智能化变电站是以IEC 61850标准体系及现行通信规范为基础，结合智能电网的需求，由电子互感器、智能化开关等智能化一次设备和过程层、间隔层、站控层等网络化二次化设备分层构建而成的现代化变电站，是数字化变电站的升级版，具有紧密联结全网、远程可视化、模块化安装等特征，其中高电压智能变电站能够满足特高压输电网架的要求，而中低压智能化变电站则能够适应分布式电源，通过人工智能技术及现代化信息技术的应用，变电站内的电力电子设备能够进行信息共享，基本上实现了变电站运行操作自动化和变电站的智能化、集成化管理[1]。现阶段，智能变电站技术的研发应用仍处于初级阶段，加强对于继电保护架构体系的研究，对于提升智能变电站运行的安全性和可靠性具有重要作用。
1.智能变电站继电保护架构体系
电力能源是一种应用极为广泛的能源，但是其收益与风险是并存的，电力火灾事故、电击事故等发生率都是比较高的。继电保护技术的研发，就是在电力系统发生故障后的应对性保护技术，在智能变电站中，采用的是以过程层网络为中心的继电保护架构体系。
1.1“三层两网”架构
智能变电站的“三层两网”，“三层”指的是过程层、间隔层、站控层组，“两网”指的是站控层网络和过程层网络。在相应的继电保护架构体系中，站控层网络与工作站、打印机相连，负责整定值召唤传输及录波文件的传送，而过程层网络与智能终端、合并单元相连接，负责跳闸、闭锁、采样值、开关状态量等信号的传输。这种“三层两网”的架构体系，能够有效提升信息传输的时效性，是智能变电站继电保护试验的关键因素[2-3]。
1.2IEC 61850标准体系
IEC 61850标准体系是全球范围内的电力系统自动化通信标准，由第57技术委员会于2004年颁布，智能化变电站也是在相应规则内建立的。在模型上，逻辑设备和节点的划分，沿用了传继电保护装置的功能单元；在通信协议上，IEC 61850标准体系是根据通信服务的类型、性能要求制定的；在数据上，采用了面向对象的数据建模技术，具有数据自描性和网络独立性的特点，详细划分了继电保护的基本数据类型。在以IEC 61850标准体系建立的智能化变电站中，管理者能够通过系统配置文件了解智能变电站工程的结构和布局，实现变电站建设及维护工作的规范化、透明化及调配的统一性。
图1•基于数据帧传输的继电保护控制流程
1.3基于数据帧传输的运行机制
在传统变电站继电保护装置中，设立了专门的采样、命令信号通道，并由装置处理速率与通道固定时延构成了相对固定的传输延时机制，这种数据传输方式的效率稍低。而智能化变电站继电保护装置中采用了基于数据帧传输的运行机制，其中应用了光纤、交换机作为传输介质，能够以以太网数据帧形式，进行开关状态量获取、采样值传输、跳闸指令下达等工作（具体流程见图1）[4-6]。总的来说，智能变电站继电保护架构体系的运行对于过程层网络的依赖性较大，因此，必须加强对于过程层网络的规划设计，完善变电站在线运维机制。
1.4模块化的保护功能组织形态
在传统的变电站中，继电保护组织以装置为中心，而现代化的智能变电站则采用保护功能模块化的灵活组织形态，以过程层网络为介质实现间隔跨专业的信息共享，这样的保护方式，以快速的信息传输、处理为基础，实现了依据保护需求和网络性能进行电气设备保护的目标，而且，由于组态形式较为灵活，其保护功能能够存在于保护装置中，在发生故障时能够快速启动备用设施。
1.5高精度全网统一的网络同步对时系统
在智能变电站中，采用了高精度全网统一的网络同步对时系统，充分发挥了网络灵活的对时方式，而且将通信网络冗余高且可靠性较高的优势体现的淋漓尽致，实现了对于电气设备运行状态的实时动态监测。由于资源与信息网络化共享的需求，传统变电站中所用的光纤连接方式及IRIG-B码无法满足智能变电站的要求，而且IRIG-B码构建的是单向放射性对时系统，容易受到链路状态的影响，可靠性较低[7]。
2.智能变电站与传统变电站的区别
2.1应用技术及设备
在智能变电站中，引进了大量的先进技术及技术设施，具体如下：①中央信号屏控制，大大提升了继电器的可靠性，避免了大量二次电缆引起的过热、绝缘问题；②微机综合自动化系统，其中，总线式自动化系统由计算机串口联网组成，依靠串行总线进行通信，信息交换模式简化，而且，采用了对等式的网络传输模式，通过间隔层装置内部集成网口，使得间隔层装置之间能够进行信息交流，这对于智能变电站实现远距离信息、测试、控制的管理具有积极意义；③61850数字化变电站。在智能化变电站中，加入了光学电流互感器、电子式互感器、智能终端、综合智能单元等技术，同时增加了SCD配置文件，以虚端子代替了传统变电站中的端子排，改变了变电站的信息的表现方式和传输形式[8]。
2.2试验工作内容
智能变电站技术方兴未艾，继电保护构架体系的建设，成为当前主要的研究内容。随着智能变电站技术的发展及相关设备的更新，相比于常规变电站，其试验工作内容已经发生了极大的变化，设备互联、互通测试成为重点试验项目。在常规变电站中，常见试验内容为保护性能、五防联闭锁、断路器传动等，在智能变电站试验中，其试验方法发生了变化，同时增加了了一些试验内容，比如说装置单体功能调试、断路器联动、二次电缆核对等。
3.成熟微机保护验收和智能变电站验收的融合
常规综合自动化变电站中所应用的电气设备其性能均较为优良，因此，在进行智能变电站继电保护试验的过程中，如果能够与常规微机继电保护验收融合在一起，对于变电站技术的发展具有积极的作用。在微机继电保护装置现场验收中，主要包括绝缘测量、逆变电源检验、固化程序检验、数据采集系统精度及平衡度的检验、定值单检验等，智能变电站保护装置现场验收项目基本与之相同，主要包括装置通电检查、采样值输入检查、保护元件定值检查、保护逻辑功能检查、保护信号检查等。
智能变电站本来就是在传统变电站的基础上改良而来，借助成熟微机保护验收方法，进行智能变电站验收，是先进科技元素的一种传承方式。在现场验收时，首先应了解变电站机电保护设施之间的关联，制定科学合理的验收方案，明确验收流程及试验内容，做好反事故措施。以220kV线路保护装置的整组联动测试为例，需要对GOOSE跳闸出口软压板、GOOSE重合闸出口软压板、GOOSE启动失灵软压板，以及220kV线路间隔智能终端出口的A相、B相、C相硬压板及重合闸出口硬压板等装置间的正确性以及回路进行检修，记录并统计各检修压板的动作情况，包括保护动作情况及开关动作情况[9]。
4.装置单体及带开关试验
通过上述分析，认识到了智能变电站与传统变电站的区别，同时了解到微机保护验收与智能变电站验收之间的有机融合。此外，在智能变电站继电保护试验过程中，还需要掌握装置单体与带开关试验的主要内容，具体内容如下：
4.1直采直跳模式
在直采直跳模式装置单体及开关试验中，采用的检验仪器为数字试验仪，先将变电站SCD文件装载好，以数字形式将交流电流、交流电压、开关量等与保护端子排连接起来，将试验仪中的SV、GOOSE光纤接入到保护装置上，配置相关参数，进行精度、整组、定值校验等项目的试验。在试验过程中，试验仪可以充当数值模拟开关，获取较为准确的保护动作时间、保护动作逻辑开出量、保护相关联的开出量，对继电保护装置的性能进行验证。现场试验完成后，先将GOOSE光纤拔掉，在将过程层设备的光纤接回到保护装置中，进行开关传动试验。基本上，直采直跳模式的保护试验与继电保护试验方法相同，可以有效借鉴其试验方案。
4.2网采网跳模式
相比于直采直跳模式，网采网跳模式的所有数据都要通过光缆传输到交换机，并通过VLAN将之划分传输到各个装置，并且为不同装置设立IP地址和MAC地址，并且将地址作为数据接收、发送的标签，与数据设备关联在一起。但是，在现场试验中所采用的也是数字式试验，SCD文件下装好后，将试验仪光纤与交换机备用关口连接好，关掉相应间隔综合智能单元电源，设置试验仪参数，配置SV输入及GOOSE输入、输出，进行试验。当然，针对不同的变电站模型，需要采用其他的试验仪，比如：在某智能变电站系统中，采用了三网合一的网络结构及综合智能单元，需要采用DF5000数字式互感器模拟试验仪，采用新的保护传动试验。同时，还需要针对综合智能单元、电子式互感器、光学互感器等技术设备的同步性和一致性进行试验。
5.结语
电力能源是工业生产和居民生活中最为常用的一种能源形式，供电的稳定性和用电的安全性与我国的经济发展、居民生活水平等要素息息相关，输变电工程是电力配送网络中的一环，而变电站是输变电工程中的关键性站点，是电力系统中变换电压、接受分配电能、控制电力流向的电力设施[1]。传统的变电站由变压器、互感器、开关设备及防雷设施组成，随着社会的发展，其中加入了一些新的科技元素，比如说智能化一次设备、网络化二次设备，演变成了现代化的具备电气设备信息共享和互操作的智能变电站[10]。目前，智能变电站在电网运行安全及稳定性上的优势尚未得到证实，加大对于智能变电站继电保护架构体系的研究，做好成熟微机保护验收和智能变电站验收的融合，对于其发展推广具有积极意义。
参考文献：
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论文作者:王富松
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/25
标签：变电站论文; 智能论文; 继电保护论文; 体系论文; 网络论文; 压板论文; 装置论文; 《电力设备》2017年第25期论文;