智能化变电站和传统变电站继电保护的异同研究
摘要：本文通过对智能化变电站和传统变电站站控结构的比较，对智能化变电站与传统变电站的继电保护及相关二次设备进行分析比较，使广大继电保护专业技术人员更快、更好地了解两者的区别。
关键词：智能化变电站 传统变电站 继电保护
前言：
根据据国家电网智能电网建设的整体部署与规划，国家在十二五建设期间将大力推广智能变电站的建设，各级政府和网省公司正积极开展智能化变电站的研究与试点工作。而目前投入运行的变电站主要还是数字化的变电站，与真正意义上的变电站还有很大的差距。但是从数字化变电站和智能化变电站的各自定义上看，智能化变电站与数字化变电站站内的继电保护与安全自动装置与合并器、GOOSE网络的配置以及组网方式都大致相同，本文就智能化变电站和传统变电站的继电保护进行一些探讨研究。
一、数字化变电站与智能化变电站
（一）、数字化变电站。
数字化变电站是由智能化的一次设备（电子式互感器和智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层及站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和相互操作的现代化变电站。数字化变电站主要是应用IEC61850进行建模与通信的变电站，数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个站内信息的网络化，以及开关设备实现智能化。
（二）、智能化变电站。
智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变电站自动化技术进行充实以实现变电站的智能化功能。从智能电网体系结构看，智能化变电站是智能电网运行与控制的关键。作为衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电及调度的六大环节的关键，智能化变电站是智能电网中变换电压、接受与分配电能、控制电力流向和调整电压的重要电力设施，是智能电网“电力流”、“信息流”和“业务流”三流汇集的焦点，对建设智能电网具有极为重要的作用。
二、智能化变电站与传统变电站的的比较
（一）、站控结构的比较。
传统变电站的保护装置和测控装置在与传统互感器和一次设备之间是通过二次电缆进行连接的。而智能化变电站主要是由智能化的一次设备与网络化的二次设备进行分层构建，从而建立在统一的通信规范（IEC61850）的基础上。以此实现变电站内智能电气设备之间信息的共享与相互操作的现代化变电站。
同时，各网省公司建设智能化变电站的时候，还生产出了一种半智能化的变电站。在设备上只是采取了网络化的二次设备，同时继电的保护装置之间的信息交互完全实现由GOOSE报文取代，取代了传统的二次直流的回路电缆的接线技术，从而促进了继电保护技术质的飞跃。但是一次设备依旧使用传统开关和电压电流互感器。同时二次电流和电压模拟量仍然和传统变电站一致。
（二）、继电保护装置的比较。
1、保护装置的设置。
智能化的变电站其所有保护装置都采用了统一的通信规范，也就是IEC6185通信规则。IEC6185通信规则主要实现的功能包括：MMS功能、SMV功能、GOOSE功能。而MMS功能主要是用于装置和后台之间的数据交互。SMV功能主要用于采样值的传输，即过程层部分。而GOOSE功能的应用，则彻底的改变了传统变电站的二次设计。
而传统变电站的继电保护的装置，所有二次设备的厂家依据用户或者设计院的要求把保护装置的背板端子引到了屏柜的端子排，同时根据实际的需要在端子排与装置之间增加了保护压板；各保护屏柜间的联系是通过端子排间的二次电缆进行连接。
智能化变电站通过使用GOOSE功能，使得二次回路的连接变成了GOOSE的网络通信连接模式。所有二次设备的厂家根据不同需要，将装置的GOOSE输入与输出端子定义。而设计单位或公司根据该项定义设计GOOSE的网络连线。集成商依靠GOOSE的组态工具与设计文件，形成了变电站系统的配置描述文件。所有二次装备的厂家采用装置配置的工具与全站统一的描述文件，从而提取GOOSE网络的收发装置信息同时下发到装置。
根据描述得知，自采用GOOSE网络之后，能够更大程度的减少传统二次电缆，使设计简化。同时屏柜内与屏柜的接线也大量减少，降低了现场施工与调试工作量，从而有助于提高变电站建设的调试周期。
2、保护装置的程序化操作。
在传统的保护设备中，需要两位工作人员进行投退操作，同时监护人员根据操作票读出“操作内容”，工作班的成员检查压板命名并对此复述正确后进行操作，监护人员在操作人员结束操作后仔细对压板投退进行检查，因此平均操作一块压板的时间是1-2分钟。而进行多块压板的投退操作时，需要进行多次重复，工作效率低同时错误频发。
智能化变电站由于采用了IEC6185通信规则，因此保护屏只保留了一块“投检修状态”的硬压板，取消了剩下的硬压板，由软压板来实现全部功能，从而实现了二次设备的程序化操作，同时保护装置还拥有远方投退保护的软压板，以此实现远方切换的保护定值区。能够在后台同时进行多块软压板的的操作，缩短操作的时间，减少误操作行为的发生，从而提高工作效率，以及变电站的安全运行水平。
3、继电保护装置的状态检修。
传统的变电站内一般有很多不同的厂家设备，站内的通信规则不统一，通信接口也不一致，因此需要大量规则转换的设备。但是不同厂家的通信层次多，通信瓶颈难以突破，现场的调联工作难度大，容易出现一些问题，难以对保护装置的健康状况进行有效监视。保护装置依靠二次电缆来实现跳、合闸和保护装置间的相互启动以及闭锁功能，一旦发生二次回路的接触不可靠的情况，装置能够及时发出比如控制回路断线和告警的信号。但如果发生断线行为，装置往往难以及时发现，只有待年检或故障时才会被发现。
智能化变电站采用GOOSE网络之后，其二次回路逐渐被虚拟化，为了能够实时对二次回路进行监控，可以设置GOOSE的网络断接的报警功能。也即正常运行时，每间隔5秒发送一次心跳报文，如果连续20秒未收到心跳报文。GOOSE网络会及时向保护装置与监控后台发出告警信号。而且智能化IEC61850通信规则统一了站内的全部通信规则，对测控装置模型与通信接口进行有效规范。从而提升了保护设备间的互操作性，以此实现不同厂家的无缝连接。
4、继电保护装置实现功能的比较。
传统的变电站的继电保护装置的功能实现是采用“点对点”的方式，各个保护装置间，保护装置和操作箱之间都是依靠二次电缆进行连接，呈一一对应的方式。
智能化变电站的各保护装置都采用IEC61850通信规则，并且使智能化操作终端接入到变电站的GOOSE网络。各个设备的跳闸指令也主要通过GOOSE的网络交换机向智能操作终端发送，通过智能操作的终端经点对点的方式发送到一次设备。主要包括各个保护装置开入量、装置间的相互启动和闭锁信号以及断路器失灵的启动信号灯都通过GOOSE的网络交换机进行信息传送，从而不再需要传统的控制电缆。
结语：
根据国家电网的智能化建设部署，智能化变电站建设使用将成为未来变电站的主要发展方向，同时也是传统变电站的改造方向，当然在改造和发展过程中将面临很多问题和挑战，就需要我们广大技术的研发人员不断比较、不断探索、不断总结经验。
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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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