浅谈35kV变电站的微机继电保护:智能变电站继电保护技术问答

中图分类号：TM41 文献标识码：A随着我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网区域不断扩大。电力系统在运行过程中，会因为各种各样的原因而出现事故，从而可能导致电力系统的运行暂时中断，也可能引发更大的电力事故。所以在变电站中，人们采用微机继电保护装置进行电力系统的保护，微机继电保护装置在电力系统的广泛应用是电网及电气设备安全可靠运行的保证。微机继电保护装置可以在电力系统发生异常情况时进行检测、预警等，并且可以进行相应的自救措施。随着电力改革的进行，电网规模的不断增大，对于微机继电保护装置的要求也越来越高。电力工作者在不断地研究微机继电保护装置对电力系统运行的保护功能，不断地开发新型的微机继电保护装置，以适应我国国民对电力不断增加的需求。
一、35kV变电站中微机继电保护特点
为了更好地保证电力系统的正常运行，35kV变电站中微机继电保护特点如下：
可靠性是对微机继电保护装置提出的最基本的要求，也是微机继电保护装置最基本的特点。计算机在程序的指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而微机继电保护装置可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动地识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动作。另外微机继电保护装置有自诊断能力，能够自动检测出计算机本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。
由于计算机保护的特性主要由程序决定，所以不同原理的保护可以采用通用的硬件，只要改变程序就可以改变保护的特性和功能，因此可灵活地适应电力系统运行方式的变化。
采用微型计算构成的保护，使原有型式的继电保护装置中存在的技术问题，可以找到新的解决办法。如对距离保护如何区分振荡和短路，如何识别变压器差动保护励磁涌流和内部故障等问题，都提供了许多新的原理和解决方法。
当电力系统的运行发生异常情况时，微机继电保护装置必须及时作出相应的反应，以保障电力系统供电的可靠性。对于电力系统运行来说，在故障发生时不能及时得到处理，其影响程度可大可小。35kV变电站中微机继电保护克服传统继电保护装置功能单一的缺陷，增设了故障测距、事件记录、三角极性电压判断封功能，提高了继电保护装置的保护速度。
微机继电保护装置具有自动性，它摆脱了对站里工作人员定期检查的依赖性。在电力系统中所规定范围内的元件，如果发生异常情况，无论是短路的类型，还是短路点的位置，微机继电保护装置可以第一时间发现，并且给予正确的反应动作。另外在继电保护装置中连接微机管理系统，大大提高了继电保护的灵敏性。
二、35kV变电站中微机继电保护设计
在对电力系统35kV变电站中微机继电保护装置的设计中，一定要注意对微机继电保护装置中自动识别系统的设计。微机继电保护装置要正确区分其保护的元件是处于什么样的状态，要可以精确地区分元件发生故障的区段，所以，在进行35kV变电站中微机继电保护装置的设计中，需以电力系统故障的电气物理量变化为根据，结合电力系统的电压、电流等变化设计35kV变电站中微机继电保护。
（一）微机继电保护装置的组成
微机继电保护装置的主要作用是进行电力系统故障的检测与预警等，所以必须具有数据采集系统、微机装置的保护与管理装置等，这些基本硬件共同组成微机继电保护装置，共同为保证电力系统的正常运行做贡献。
数据采集系统主要负责采集电力系统中的各项电气物理参数，将电压与电流互感器发射的信号转化为数字信号，通过输入输出处理器传递给微机系统，以进行进一步的处理；微机装置是微机继电保护装置的核心部分，分为微机保护装置和微机管理装置。微机保护装置是继电保护的主要运行部分，它受变电所使用的软件的限制，根据不同的软件使用，确定不同的保护功能；微机管理装置的主导者是电力系统的工作人员，通过工作人员的有关 *** 作，进行模拟量信号的输出和开关信号的输入，关系到变电站中外部继电器、 *** 作把手等接点的运行。除此之外，为适应用户的需要，还配备了打印机，以对用户提供书面故障信息。
（二）微机继电保护装置的不足之处
1语音报警慢
微机继电保护装置可以在发生电力系统故障时，进行预警，但是这种语音报警的速度并不理想。当进行停送电 *** 作时，接连 *** 作几个开关后，报警才会响起。
2低周减载功能重复
专门的低周减载柜的设计是不必要的，因为在每台线路保护上都有低周减载功能，重复设计则会导致资金的浪费。
3错误使用单项供电表
在变电站中，进线分为主用和备用两路，备用回路设计计量电度表忽略了双向供电，只使用单项供电表，不符合设计要求。
三、35kV变电站中微机继电保护的应用改进策略
对35kV变电站中微机继电保护的改进，应该建立在保持原有装置功能的基础上，提高语音报警速度、加强继电档案管理工作等方面进行，全面的提高微机继电保护系统的可靠性和适用性，使微机继电保护系统能够具备广的应用范围。
（一）相位校正
变压器两侧电流的相位差在超过一定限度时会引起不平衡电流，致使继电保护的准确性受到影响。所以，在实际工程中，利用星形接法处理变压器两侧的电线，将微机软件计算功能直接应用到相位校正中，调整电流差值，增加电流相位差超限的报警功能。
（二）过电流保护
35kV变电站中的复合电压启动时形成过电流，这种过电流将对电力系统调度造成影响，所以微机继电保护装置将过电流、低电压、进行过负载保护，稳定电力系统的供电功能，形成安全的后备保护系统。
（三）主变本体保护
微机继电保护装置对于小匝间短路的灵敏度较低，所以在35kV变电站中微机继电保护的应用时，应该注意这种保护死角的设置。利用微机的自动调节功能，按照主变本体内的气体保护程序，加强对于有载调压气体保护和压力释放保护对于主变本体的保护。
四、35kV微机继电保护装置与110kV微机继电保护装置的不同
由于35kV微机继电保护装置与110kV微机继电保护装置，在电压上存在差异，所以两者在选择电源方面，虽然都以保障微机继电保护装置的安全性为主要目的，但是在选择电源电压上还具有一定的差异；110kV微机继电保护装置采用高精度、高稳定的元件来构成采样回路，这就大大降低了环境因素对继电保护误差的影响，同时增强微机继电保护装置的自检功能，打破继电保护装置自检的时间与空间的限制。取消调节器件，实现调节采样精度的非现场化，并且提高装置的稳定性，这些都是35kV微机继电保护装置所欠缺的；但是35kV微机继电保护装置具有更强大的抗干扰性，降低了电磁对于装置的影响。
小结：
传统的微机继电保护装置已经适应不了电力系统的不断发展，所以电力系统的工作者加紧研究新型微机继电保护装置的脚步，以求可以不断完善电力系统的改革，最大限度地减少电力事故对电力设备的损害，提高电力系统供电运行的安全性、稳定性、可靠性，从而满足我国国民不断增长的电力需求。
参考文献：
[1]罗钰玲 电力系统微机继电保护 人民邮电出版社
[2]文玉玲, 孙博, 陈军 浅谈微机继电保护[J] 新疆电力技术, 2009, （04）
[3]徐平 变电站微机继电保护事故处理[J] 中国新技术新产品, 2011,（03）
[4]陈德树 微机继电保护 中国电力出版社

变电站控制室有一块独立的“中央信号屏”。“中央信号”分为“预告信号”和“事故信号”。“预告信号”分为“光字牌”和“警铃”两部分，用来提醒设备出现异常。“事故信号”分为“光字牌”和“警笛”两部分，用来告知系统发生事故。
除了“中央信号”之外，一般还有35kv接地警铃。所以继电保护装置动作后除了发出“中央信号”，其他的设置信号掉牌，以便运行人员确认保护动作情况。
⑴ 各类数据从源头实现数字化，真正实现信息集成、网络通信、数据共享。在电流、电压的采集环节采用智能化电气测量系统，如光电/电子式互感器，实现了电气量数据采集的智能化应用，并实现了由常规变电站的装置冗余向智能化变电站的信息冗余的转变，为实现智能电网的应用提供了基础。它打破常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、量测与计量等功能单一、相互独立的装置模式、改变了硬件重复配置、信息不共享、投资成本大的困局，实现了变电站由原来分散的二次系统装置，转变成为信息集成和功能合理优化、整合的智能化设备。
⑵ 系统结构更加紧凑，数字化电气量监测系统具有体积小、重量轻等特点，可以有效地集成在智能开关设备系统中，按变电站机电一体化 设计理念进行功能优化组合和设备布置。对一、二次设备进行统一建模，资源采用全局统一命名规则，变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信，从而简化系统维护、配置和工程实施。
⑶ 变电站设备实现广泛在线监测，使得设备状态检修更加科学可行。在智能化变电站中，可以有效地获取电网运行状态数据、各种智能电子装置IED（Intelligent ElectronicDevice）的故障和动作信息及信号回路状态。智能化变电站中将几乎不再存在未被监视的功能单元，在设备状态特征量的采集上没有盲区。设备检修策略可以从常规变电站设备的"定期检修"变成"状态检修",这将大大提高系统的可用性。

摘 要：本文以变电站智能监测为背景，探讨数据处理系统的设计和开发。主要介绍了智能监测与辅助控制系统的开发平台和关键技术，及其数据处理的流程和处理过程。并对以后数据处理的发展进行了展望。
关键词：智能监测与辅助控制；数据处理;通信网关
引言
智能监测与辅助控制系统主机系统包括三部分：通讯网关、客户端、Java主机应用平台。通讯网关724小时运行，用于采集各子系统数据和转发主机控制命令；客户端用于系统初始化时配置图像信息并提供视频、实时数据、告警数据及手动处理功能；Java主机应用平台724小时运行Web服务器，负责加工处理通讯网关采集的数据并提供控制命令，能通过IE查看实时数据、告警数据，同时提供实时数据、告警数据给客户端。
数据处理是Java应用平台的核心内容，是客户端、IE展示实时数据和告警数据的基础，是主机系统实现智能联动转发控制命令给子系统的处理核心。数据处理根据知识库配置信息，串联数据访问服务，从而达到加工处理通讯网关采集上送数据，提供处理后实时数据、告警数据、控制数据的功能流程。
1智能监测与辅助控制系统
11智能监测和辅助控制系统子系统
变电站配置的图像监视、安全警卫、火灾报警、消防、给排水、采暖通风等系统，它是由特定的软硬件组成的，能够完成监视和一些辅助控制功能的系统。
智能监测子系统英文命名Intelligent SubSystem，简称ISS。
12智能监测和辅助控制系统主机系统
部署于变电站和集控站，基于物联网技术的变电站智能监测及辅助控制系统的管理系统，由数据服务器、应用服务器、通讯网关以及运行于这些硬件平台上的软件系统组成。通过传感网测控平台接收各子系统的数据，存储并实时展现出来；评估变电站的运行状态，自动判出各类异常情况，执行判断结果，实现辅助系统间的协调联动，消除异常情况造成的影响；监测辅助系统的运行状态，执行远方集控中心的各项命令。
13通讯网关
属于主机系统的一部分，本身是嵌入式计算机；部署在变电站或者集控站，能以标准通讯方式连接本地的各个子系统，接收各子系统的数据，并能对子系统进行控制。
通讯网关英文命名：Communication Gateway，简称CGW。
2数据处理的内容和流程
21数据处理的内容
数据处理包括三部分内容：知识库、数据访问服务、数据处理专家。知识库用于提供监测类型、监测类型参数等基础信息的配置，数据访问服务是数据处理的数据来源和最终去处，数据处理专家是数据处理的核心。
22数据处理的原则
数据处理设计遵循标准性、独立性、扩展性、实用性设计原则。
221标准性
规范和标准是信息化建设的重中之重，是信息化成熟和发达程度的集中体现。知识库是智能监测与辅助系统标准化和规范化得集中体现。
222独立性
将知识库、数据访问服务、数据处理专家从数据处理中分离开，解耦设计实现各部分的独立性。
223扩展性
随着物联网在线监测技术的不断发展可以进行相应扩充，满足智能监测与辅助控制系统持续发展的要求。
224适应性
面向实际应用，降低复杂度，考虑与综自动化等相关信息系统的接口。
23数据处理流程图
数据处理主要有以下几部分组成：数据访问服务、知识库和数据处理专家。
数据处理流程如下图所示：
图1数据处理流程
Fig 1 Flow of Data
图 2 数据处理流程图
Fig 2 Flow of data processing
3数据处理过程
31知识库
实现监测类型、监控类型参数、监测类型版本、模型参数、监测模型版本、告警规则、控制规则、控制命令等的灵活配置。保证系统的良好扩展性、灵活性。
主要有以下功能模块:变电站、变电站监测类型、监测类型、监测类型参数 监测类型参数版本、告警规则配置(根据参数配置)、告警点规则配置、命令配置 控制规则配置。
32数据访问服务
数据访问服务Java主机应用平台开发给客户端和通讯网关的一个数据访问接口，为客户端和通讯网关提供数据访问的服务。服务内容主要包括下面几个大类：通讯网关采集监测数据的存储、通讯网关采集状态量数据存储、通讯网关检索控制数据、通讯网关回执控制执行；客户端读缓冲区实时监测数据、客户端读缓冲区实时状态量数据、客户端检索告警数据、客户端写手动控制数据等。
33数据处理专家
数据处理专家将知识库和数据访问服务串起来，加入处理逻辑实现数据处理核心。
331数据解析
数据解析包括两部分解析：通讯网关交互数据串解析，客户端交互数据串解析。
需要解析的数据串包括root节点和data节点两部分。
解析root节点数据信息获取公共部分信息，如站、子系统、数据类型等。
解析data节点数据信息获取实时监测和变位事件数据信息。
332告警处理
根据告警规则配置及接收的实时监测数据，处理后获取告警信息。
告警处理：一、针对监测数据根据点告警规则或参数告警规则进行告警处理得到告警信息(需要结合综合点表找到告警数据点号)；二、子系统上送的告警事件(需要结合综合点表找到告警数据点号)。
333控制处理
根据控制规则配置、控制命令及接收的实时监测数据等，处理后获取控制信息。
控制处理：一、针对监测数据根据控制规则进行控制处理得到控制信息(需要结合综合点表找到控制数据点号)；二、子系统上送的告警事件根据控制规则进行控制处理得到控制信息(需要结合综合点表找到控制数据点号)。
334数据访问
通过数据访问功能，可以将告警、控制、状态量等信息存入数据库及数据缓存区，并进行相应的日志记录 *** 作。
4 展望
进入2010年,电力通信行业的数据处理信息化步伐加快,步子更加坚实。在充分调研的基础上，电力制定了集团公司企业的信息化建设规划和实施计划。总体看信息化建设规划，有别行业的各企业于过去的期间制定的信息化规划。应当说，电力企业的数据处理的科学性、安全性上表现突出，在项目建设上又很具体，具有可 *** 作性和有效性。数据处理的设计与发展对电力企业的信息化发展发挥重要作用。它的实现，将会为数字化电网和信息化企业的形成起到巨大的推动作用。
参考文献
[1]孙军平,盛万兴,王孙安新一代变电站自动化网络通信系统研究中国电机工程学报,2003,23(3):16-19

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