智能变电站就地化继电保护的配置及校验技术研究

　　侯瑜 乔瑞青

　　【摘 要】随着电力系统的快速发展，智能变电站逐步替代传统变电站，其具备技术先进、设备可靠、低碳环保等优势。然而智能变电站也面临着保护装置响应时间延长的问题，尤其由于合并单元和智能终端的布置及电磁干扰，导致继电保护误动作和拒动现象。本文提出了通过就地化保护装置的配置来解决这些问题，探讨了智能变电站保护设备的就地化布置方案，分析了配置原则和发展趋势。分析了智能变电站保护设备的整体架构，提出将保护装置直接布置于一次设备旁的可行性，避免了电磁干扰问题。结合电力系统规程和标准，对智能变电站的主变、线路和母差保护进行了技术要求分析。通过对某地区实施的就地化继电保护工程的案例分析，验证了保护装置的响应时间和性能，确保了继电保护的正常运作。本文为智能变电站保护就地化的实施提供了理论支持，也为未来电网智能化、数字化发展提供了技术依据。

　　【关键词】智能变电站；继电保护就地化；配置与校验

　　引言

　　随着我国电网的快速发展，智能变电站逐步替代传统变电站成为电力系统的关键组成部分。然而智能变电站的继电保护技术面临诸多挑战，特别是由于合并单元和智能终端的引入，保护动作时间延长且这些设备易受电磁干扰，造成误动作和拒动影响系统安全性。为解决这些问题保护就地化技术应运而生，通过将保护装置布置在一次设备旁减少电缆长度、缩短动作时间从而提升保护系统的可靠性。

　　保护就地化技术以“采样数字化、保护就地化、元件保护专网化、信息共享化”为特点，有效解决了智能变电站保护系统的可靠性问题。与常规变电站相比智能变电站的优势在于更高的应用价值和数据共享能力，但其系统复杂性带来了额外风险。因此提高智能变电站保护性能是当前电力行业的迫切任务。

　　一、智能变电站就地化保护基本知识

　　智能变电站利用现代化、低碳环保的设备，实现自动化、数字化、网络化的管理和监控功能。这些变电站能够自动完成数据采集、管理、保护、计算和监控等基本功能，为电网的智能调度、系统控制及故障预警提供强有力的支持。相较于传统变电站和智能变电站在设计上更加注重设备的电子化、结构紧凑化和性能系统化，显著提升了电力系统的效率和安全性。智能变电站的架构通常包括站控层、间隔层和过程层，其中站控层负责整个变电站的统一管理，间隔层则采集和控制设备数据而过程层连接一次与二次设备，执行基础的监测和控制任务。这三层结构保证了设备的自动化与信息共享，提升了电力系统的可靠性。

　　在智能变电站的基础上保护就地化技术应运而生。就地化保护是将保护装置直接布置在一次设备旁，减少电缆长度并减少中间环节，从而提升保护装置的响应速度和可靠性。通过数字化系统和直接采样方式，减少了设备之间的信息交换，提高了系统的抗干扰能力避免了由于电磁干扰引发的误动作。这种保护方式不仅简化了设备的维护和安装，还显著提高了工作效率和设备的可用性[1]。

　　此外采用就地化保护系统能够通过高效的通信协议和分布式环网结构确保设备之间的信息交换更加稳定和可靠。这种改进提高了保护装置的灵敏度、选择性，并缩短了故障响应时间为电力系统的安全稳定运行提供了强有力的保障。

　　二、就地化保护方案的设计与配置

　　（一）就地化保护的基本原则和特征

　　在智能电网保护技术领域就地化保护机制作为一种新兴的防护策略，核心在于秉持继电保护的“四性”原则同时更加强调在现有电网结构中的快速动作与高度可信性。该机制的设计理念着眼于将保护装置贴近主设备采用电缆直接采集和跳闸技术，大幅度减少信号传递的中间过程以此提升系统整体的操作效率与稳定性。在功能实现上就地化保护展现其独特的独立性如变压器保护运用分布式架构而母线保护则采用模块化设计，这两种方式均旨在增强系统的扩展性及加快响应速度。为保障保护的独立运作与高可靠性变电站内专门构建了一个通信网络使得保护装置能够接入并实现三网融合的输出能力。通过采用双向环形网络配置元件保护的通信可靠性得到了显著增强。（二）就地化总体实施方案

　　根据调继〔2017〕132 号文件的要求，110 kV 变电站的就地化保护方案采用双重化配置，以确保系统的高可靠性。110 kV 的保护装置、辅助设备、专网网络和管理单元等都需配置双重化系统，分别接入保护专网A（A1、A2）和B（B1、B2）。110 kV 变电站要求主变保护采用双套配置，其他如线路、母线保护采用单套配置，保护装置接入保护专网A 进行数据传输。智能管理单元与站控层网络和保护专网互联，保障数据实时传输和有效监控。35 kV 和10 kV 采用常规变电站的配置，并接入站控层网络。

　　（三）就地化保护装置介绍

　　就地化线路保护具有完整的主保护和后备保护功能，采用标准接口进行电流和电压数据的采集，同时通过标准连接器向保护专网发送跳闸信号和其他相关信号。220 kV 线路保护采用双重化配置，确保保护的速动性和可靠性，而110 kV线路保护则采用单套配置。线路保护装置还具备高频率采样能力（4 kHz），并支持IEC61850-9-2 协议，确保了同步采样和数据的精确传输。

　　就地化主变保护和母线保护基于双向双环网络设计提供冗余的网络通信，确保在任何网络故障时保护功能仍然有效。主变保护由各侧分布式子机构成，每个子机独立完成保护功能，并通过环网交换信息。子机采用电缆直采和电缆直跳方式，支持SV、GOOSE、MMS 三网合一的输出，确保与其他设备的快速通信和响应。母线保护装置采用积木式设计，由多个相同的子机构成，每个子机可以接入多个间隔并独立完成保护任务。母线保护的双重配置确保了保护装置之间的独立性互不干扰从而提高了系统的可靠性和稳定性。

　　（四）智能管理单元配置方案

　　智能管理单元在全站就地化保护装置中作为人机交互的接口实现了跨厂家设备信息的互联互通。该单元具备实时监控功能能够对保护装置的各项数据进行即时查看包括但不限于实时数据、告警信息、参数定值及软压板状态。智能管理单元遵循的技术原则包括部署在安全区、采用安全操作系统、符合硬件检测标准、支持SNTP 对时、具备时间监控功能、集中显示站内设备状态便于设备配置和备份管理。其主要功能是集中显示装置界面取代传统液晶屏与按键，通过保护图形显示变电站接线图并可进行远方/ 就地软压板的操作。智能管理单元确保在执行操作时同步控制所有子机确保操作一致性[2]。

　　三、110 kV某变电站就地化工程配置及试验

　　（一）项目内容

　　在本次电力系统保护技术实证研究中依据我国某电力供应企业运维检修部门的规划部署于指定区域的110 kV 变电站开展了就地化保护装置的挂网试验运行。该试验阶段主要涉及以下设备：一台110 kV 线路保护装置、两台110 kV 母线保护装置、六台110 kV 变压器保护装置以及两套具备智能管理功能的就地化保护系统单元。此项试运行旨在验证高级保护配置在提高电网稳定性和降低故障响应时间方面的性能与效果，进而为电力系统安全高效运行提供科学依据和技术支持[3]。在当前的电力系统升级项目中针对某地区110 kV 变电站实施了综合性的技术改进。主要涉及四套先进的就地化保护装置的部署以及一套智能管理单元的引进。保护装置涵盖了110 kV 开关、2# 主变以及母线的保护各装置均战略性地安装在110 kV 一次设备区域内旨在提升电力传输的可靠性与安全性。智能管理单元的部署于控制室进一步加强了整个变电站的监控与管理能力。在既定工期内项目团队不仅完成了所有保护装置的安装与调试，确保了远程操作与后台数据库的构建从而使得遥信对点等关键环节得以顺畅执行为就地化保护系统的稳定运作提供了坚实的技术保障。

　　（二）项目配置

　　本工程在某地区的110 kV 设备区安装了两套主变就地化保护装置，具体包括第一套#1 主变就地化保护子机1、2、3（三台设备）和第二套#1 主变就地化保护子机1、2、3（三台设备），同时配置了一套110kV 母线就地化保护装置含子机1、2（两台设备），以及一套针对某线路的110kV 线路就地化保护装置含子机1（一台设备），实现了该区域主变、母线和线路保护的全覆盖。

　　三台专门的子机被设计用于采集主变的高压、中压及低压电压和电流模拟信号以及开关量并通过环网通信机制实现数据的互享以此确保保护功能的连续性和完整性。对于110 kV 的母线保护采用两台子机进行电流和电压模拟量的接入并同样通过环网技术实现信息的同步可以有效执行母线保护任务。此外主控室内部署了先进的就地化保护智能管理单元（PRS-7006）和公用测控装置（PRS-742A-ZL），能够实时反馈采样数据、报警通知、定值配置和软压板状态同时也提供了参数配置、定值调整以及软压板投入与退出等操作功能。保护子机经由光纤网络与智能管理单元连接形成了一个专用的保护网络内含采样值报文（Sampled Value，SV），通用面向对象变电站事件报文（Generic Object Oriented SubstationEvent，GOOSE）和制造报文规范报文（Manufacturing MessageSpecification，MMS）等关键信息交换。通过交换机电口接入智能管理单元，能够全面获取所有保护子机的操作数据，为电力系统的稳定运行提供了强有力的智能化支持和监控保障[4]。

　　（三）项目试验

　　本项目在某地区的110 kV 变电站进行就地化保护的试验，主要涉及110 kV 线路保护、主变保护和母线保护的检验工作。试验过程中对继电保护装置的各项功能进行了详细测试，包括差动保护、距离保护、零序保护及重合闸功能等，确保各保护装置的稳定性和可靠性。本次项目试验验证了就地化保护装置的数据采集、通信联动及远程监测能力，为后续就地化保护的优化与推广提供了重要的技术支撑和实践经验。

　　1. 线路保护检验

　　对于110 kV 线路（某线路）保护，首先进行纵差保护的检验，具体动作方程采用标准的差动电流和制动电流计算公式，确保保护装置能够在规定的电流范围内正确动作。通过不同的整定值（如105%、95%、120%）进行动作行为测试，检查装置是否按预期动作，结果符合设计要求。接地距离保护检验采用向量算法，测试接地阻抗在不同段的动作特性，通过标准的测试设备检验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的动作特性。试验结果表明，在接地故障情况下，接地距离保护装置能够准确反映电流变化，并按设定值实现保护动作。对于相间距离保护，测试了不同相位的阻抗，并根据动作特性进行验证。通过偏移阻抗元件和基于正序极化的方向元件的配合确保了保护的准确性。

　　2. 主变保护检验

　　主变保护试验包括差动速断保护、比例差动保护和后备保护，目的是在全面验证保护装置的动作特性和可靠性。在差动速断保护试验中通过设定不同的定值，测试了保护装置对短路电流的响应情况并记录各相的动作时间保证其能在异常情况下迅速跳闸。比例差动保护试验则重点测试了不同制动系数下保护装置的差流响应能力，评估其对外部故障和内部故障的区分效果。同时试验过程中检查了保护装置在复杂工况下的稳定性和误动情况，以确保其运行的可靠性和精准性。

　　3. 项目效果评价

　　通过智能变电站继电保护的就地化实施，项目显著提高了系统的可靠性与运行效率。技术上，简化的设备架构和电缆直跳有效解决了传输信号问题，提升了保护动作速度，减少了系统缺陷率。设计基建方面，通过小型化和集成化建设，降低了建筑面积、屏柜数量和光缆使用，节省了大量资源。安装调试环节中，简便的布置和航空插头连接大大缩短了设备安装和调试时间。运行维护方面，现场检修效率显著提高，设备停电时间减少，设备生命周期延长，保障了系统的稳定和安全运行。

　　结语

　　继电保护就地化显著提高了运维效率减少了变电站的设备调试、检修和处缺时间，优化了电网的可靠性与稳定性。通过“即插即用”方式改变了传统的运维模式提升了现场作业的安全性，降低了人为误操作的风险。随着电力技术的进步二次设备就地化布局成为趋势，有助于提升电网运行的自动化和智能化水平。未来，需通过技术创新与管理模式优化双轮驱动，推动智能变电站向智慧化升级，优化设备间的信息交互增强就地化保护的智能化水平，提高系统的自适应能力，助力物联网应用的普及与深化促进电网数字化转型。

　　参考文献：

　　[1] 崔运光,赵俊,张帆,等.关于500 kV断路器就地化保护检修模式探讨[J].电力安全技术,2020(02):62-66.

　　[2] 陈栋,李玉平,陈琦,等.基于准双端预制连接的就地化保护实施方案[J].华电技术,2019(05):40-45.

　　[3] 石磊,周浩,陆兆沿,等.变压器保护子机的信息环网异常解决方案[J].电力系统保护与控制,2019(22):176-181.

　　[4] 罗钢,李斌,秦旭.智能化变电站土建工程质量监测系统的开发与应用[J].信息与电脑,2024,36(24):196-198.

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