云南电网有限责任公司玉溪供电局 李宗泽 方艳斌 施寿久

1.1 智能变电站

智能变电站由高压变电设备、继电保护装置、安全自动装置、后台及站内监控系统、电能计量系统、站用电设备及辅助设备设施等共同构成。依照逻辑设计，又划分为站控层、间隔层和过程层。智能变电站体系构架如图1所示。

图1 智能变电站体系构架

站控层设备包含值班员工作站、监控系统、数据采集通迅网关模块、网络打印机、故障信息采集反馈模块等，不断更新和完善状态数据库，依照IEC61850规约，映射为MMS报文，实现变电站现场设备状态和数据报文与电力调度控制中心“四遥量”的有效交互，承接电力调度控制中心相关设备遥控信息并转接于过程层和间隔层执行，有效实现变电站运行状态监测、设备状态转变采集、有效信息交互及处理等功能。

间隔层设备包含继电保护装置、安全自动功能装置、测控功能装置、计量系统、功能一体化智能高压设备的新型监测IED、故障录波系统等，交互收集过程层的模数信息，有效发出诸如有载电压分接开关调节、无功设备投切AVC、操作同期或闭锁等执行命令，与站控层和过程层实现通信功能的快速对接。

过程层设备包含智能化的一、二次设备，如智能化电力变压器、站用电系统、电子式互感器、智能化电容器、电抗器等。有效执行诸如有载电压分接开关调节、无功设备投切AVC、操作同期或闭锁等命令，与间隔层实现通信功能的快速对接。

1.2 智能变电站继电保护装置

继电保护装置配置于间隔层内，相较于传统变电站继电保护采样电流互感器和电压互感器二次侧的交流电流电压模拟信号，取而代之的是由SV 或GOOSE 网络输出的数字信号，是有效应对智能变电站内外发生的各类短路断路故障或是其他异常突变而配置的保护装置。

2.1 显著环保效果

智能变电站与传统变电站相比较明显的特点是不再使用传统模式下的多型电缆接线，而采用传输速率更快、构造更加先进的光纤电缆，且配套使用的低压电气元件多具备集成化特点[1]。由此可见，“智能化”变革相较传统方式的电力电缆，相对来说物资和能源消耗有所减少，有效降低建造和维护的成本，实现环保效果的显著提升。

2.2 智能交互特性

充分利用电子通讯网络技术二次系统，有效实现数据统计、信息汇总、交汇分析和反馈。由此可见，二次系统对正常和异常运行数据能够实现快速和高效的模数转换和采集，充分实现高端数字化。同时，充分实现了信息和数据采集的全网络化，保障了电网内实时运行数据的“有去有回”，有效完成了电网内各系统之间的良好交互[2]。

继电保护装置配置于间隔层内，与站控层和过程层建立联系，相较于传统的继电保护装置，独立设置了集成化的合并单元。此外，在采样方式、跳闸方式、二次回路及装置构成方面均有区别于传统变电站继电保护装置的特点。

3.1 合并单元

合并单元（Merging Unit），将电子式电流互感器和有源分压型电压互感器二次侧的电流和电压集成接入，再将其以数字量的形式传输至继电保护装置、安全自动装置的采样逻辑判据模块等。同时，由于集成化的特性，配置输出接口均统一化，提供至互感器，有效解决二次设备与电子式互感器因选型不同而通信不匹配的问题，这类输出接口常称为光纤型SV接口。

3.2 采样方式

智能变电站继电保护装置直接采集由合并单元（MU）输出的数字量采样值，采样传输通道均采用光纤通道，而理论上也可以通过SV网络采样，但均因现场数据量较大的问题而未能匹配到合适的交换机而放弃此种采样方式，故现场统一使用光纤通道这种采样媒介。

3.3 跳闸方式及二次回路

智能变电站为各断路器配置专用的智能终端，这一变革将传统变电站断路器的操作方式改变，使得操作箱及其回路接线完成极简化，由光纤通信接通继电保护装置和断路器专用智能终端。传统保护装置采用的告警信号、动作信号及闭锁信号等连接点及其所接电缆线改为GOOSE 网络、交换机及其光纤连接的方式。

3.4 装置构成

经由光纤型SV接口，实现智能化继电保护装置电流、电压的采样。经由GOOSE 接口，实现告警信号、动作信号及闭锁信号的输入和输出。在每台断路器附近均配置有智能断路器控制柜取代原有的断路器端子箱或汇控柜，柜内集成着合并单元、断路器智能终端等，同时配备有加热除湿装置避免严重脏污和内温过高。

4.1 光纤链路异常

随城市用电负荷逐年增加，智能变电站的规模逐年增大，站内设备越来越多，继电保护装置插件后的端口也越来越多，且为实现智能化技术标准，同一电气设备间隔内的SV和GOOSE接口间连线需连接于不同设备才能有效实现，这就增加了光纤与端口连接易松动、脱落的风险，导致光纤链路异常。

各断路器智能终端、合并单元（MU）以及智能继电保护装置之间的光纤联系中断也可能导致光纤链路异常。例如：有时光纤连接的转折点处因长期运行稳定不移动而受折弯力，导致接触不良或光纤接线断裂；
或有时因保护装置背板插件过热损坏，也会导致光纤连线中断；
或有时因站内防治小动物隐患的措施不到位，出现小动物咬断光纤的情况。这些情况随有一定的偶发性，但现场实际运行均有发生。

4.2 电子式互感器异常

电子式互感器在实际运行中会出现一些共性问题。

4.2.1 精准度出现偏差

如站内某间隔受制于负荷较重、并联电抗器补偿效果不足等影响，导致工频电磁场严重超标。此时就会对电子式互感器的数据量采集器精准度产生一定的影响。有时，甚至当系统内发生严重的接地短路故障或运行方式调整过甚也会发生电磁干扰，影响采集器精准度，甚至造成相关保护误动作。

4.2.2 互感器安全和寿命折损

对于电子式电流互感器来说，往往集成于空间较小的组合设备当中，设备运行环境中的过热、严重脏污、受潮、因断路器分合闸造成的震动等均会对互感器内激光器、数据处理模块、驱动电路、空芯线圈、远端模块等造成一定的影响。

电子式电流互感器构造实例如图2所示。

图2 电子式电流互感器构造实例

4.3 智能终端、合并单元异常

每套智能继电保护装置均对应1～2组光纤端口，随运行时长会产生大量热量，可能会造成装置热量聚集，影响其CPU 电源插件性能，使告警、动作、闭锁信号等发出存在延时，未能按照定值单定值同步启动或动作，通常仅能够实现现场将智能终端、合并单元分散于各智能断路器的智能汇控柜或端子箱内。随运行时间推移和室外恶劣天气影响，智能终端、合并单元受制于尘污、锈蚀、高温等因素影响，故障率逐步增高。

5.1 改善装置光纤链路运行状况

同一电气设备间隔内的SV和GOOSE接口间连线连接于不同设备才能有效实现，此增加了光纤与端口连接易松动、脱落的风险，导致光纤链路异常。针对于此，需合理增加光纤链路的长度，充分考虑相关二次设备本体位移的裕度；
其次，按照光纤接线口重要程度，可为重要度较高的接口设置固定螺钉，光纤接线口旋紧于装置。

光纤容易折弯点受力，导致接触不良或光纤接线断裂的情况，需合理减小光纤链路的长度，避免出现弯折点；
考虑到保护装置背板插件过热损坏，需在相关屏柜内加装自动调节温度湿度控制器，及时为保护装置散热；
考虑到站内部分光纤被小动物咬断的情况，要求结合每月设备巡视，检查各设备柜的进出口有良好的封堵措施，如防小动物挡板、防火泥封堵及粘鼠板等措施。

5.2 改善电子式互感器运行状况

针对电子式互感器精准度出现偏差的情况。首先要根据电网运行方式调节好线路间隔带负荷的情况，严防出现过负荷运行的情况；
同时要对补偿能力不足的并联电抗器进行技术改造或检修，避免出现工频电磁场超标的状况，进而避免因电磁干扰而影响电子式互感器采集器精准度，有效避免造成相关保护误动作。

针对互感器安全和寿命折损的问题。当电子式互感器集成于空间较小的组合设备当中时，要在设备室内加装空调，调节至“制冷除湿”模式且温度至19～21℃；
在设备柜内加装自启动温湿度控制器，严防运行中因受潮和过热引起的设备异常故障。

5.3 改善智能终端、合并单元运行环境

针对智能终端和合并单元脏污、锈蚀和过热等低运行质量的表象，要在设备柜内加装自启动温湿度控制器，自动加热和除湿，保障适温和干燥的设备运行环境。另外，考虑对站内智能汇控柜和端子箱等屏柜进行带电水冲洗，恢复出厂时的清洁、干燥、良好的运行环境。

智能变电站作为我国技术信息化、自动化及智能化的高速推进及广泛应用的新兴科技产物，其安全、可靠、稳定、有序运行的提升还有一定空间。在这种情况下，智能继电保护装置的运行可靠性提升需作为变电站运维人员重点关注的研究方向。

本文着重叙述智能变电站及其继电保护装置的技术特点，结合实际运行探析智能变电站继电保护装置运行中存在的典型问题，最终对症下药，提供一些可靠性提升策略，以期望能对智能继电保护装置可靠、稳定运行有所助益。

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