0 引言
社會的進步賦予了電網(wǎng)建設新的任務和發(fā)展方向，以結(jié)構(gòu)合理、技術先進、安全經(jīng)濟、高效節(jié)能為新的發(fā)展需求，各電力集團在此倡導下，紛紛進行技術革新，數(shù)字化變電站的建設成為電網(wǎng)建設的主流，以自愈能力和兼容能力兼?zhèn)涞淖冸娬窘ㄔO為主導思想，推進智能化電網(wǎng)的建設，電網(wǎng)設備的繼電改造，是網(wǎng)絡自動化水平提高的關鍵，本文以此為目的對數(shù)字化模式下的繼電保護工作展開討論。
1 數(shù)字化變電站的內(nèi)涵
所謂數(shù)字化變電站是指建立相應的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡體系，將變電站的信息采集、傳送、處理和輸出過程中產(chǎn)生的模擬信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信息，進行智能化控制。
數(shù)字化變電站主要設備及特征如下：
1.1 光學互感器
光學互感器包括光學電流互感器和光學電壓互感器兩部分，光學電流互感器是運用法拉第理論基礎，利用光在晶體中偏振角度對導線周圍的磁場進行測量，從而測得電流。而光學電壓互感器則是在波克爾效應的基礎之上，以光在晶體中的入射角和出射角的角度差異衡量導線電場，從而獲得導線電壓。
1.2 智能斷路器
所謂智能斷路器是指運用數(shù)字化的接口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬接線，監(jiān)控斷路器的狀態(tài)，并及時對斷路器的健康狀況進行評估，采取及時維護措施。
2 繼電保護技術
變電站的繼電保護裝置主要由以下幾部分組成：
1）線路的保護：傳統(tǒng)的電路保護模式主要分為二段或三段式的電流保護，分別為電流的速斷保護，對限時電流的速斷保護以及過電流的保護。
2）母聯(lián)保護：即電流速斷保護、過電流的保護。
3）主變保護：由主保護和后備保護構(gòu)成，前者又由重瓦斯保護、差動保護組成。數(shù)字化時代的繼電保護則更可靠、靈敏。
3 數(shù)字化變電站在繼電保護上的優(yōu)越 性體現(xiàn)
數(shù)字化電氣測量系統(tǒng)，是在電流和電壓采集上實現(xiàn)電氣量，將**、二次系統(tǒng)上存在的電氣進行有效隔離，同時擴大電氣量的動態(tài)測量范圍以及準確度，這一特點已經(jīng)成為數(shù)字化變電站的標志，也使得變電站信息冗余轉(zhuǎn)變成為可能，促進信息的高效集成運用。新型繼電保護技術在數(shù)字化變電站運用的現(xiàn)狀可以從以下幾個方面進行闡述：
3.1 智能變電站繼電保護測試儀
在數(shù)字化變電站的實踐成果上，已研制成功并成功推廣DRT-802測試儀，其特點在于能夠針對數(shù)字化變電站的特征而制定的一款繼電保護的測試儀器，其功能特點相對于傳統(tǒng)的繼電保護測試儀器，功能豐富，能兼容IEC 61850-9-1/9-2、
GOOSE收發(fā)、對小信號能夠進行模擬輸出，能對數(shù)字化變電站不同電壓等級下的繼電保護相關裝置進行檢測。
3.2 數(shù)字化變電站動態(tài)仿真系統(tǒng)
數(shù)字化變電站的特點是高度的信息化、數(shù)字化，且智能自動化強，對智能電網(wǎng)的建設起著關鍵作用，從目前數(shù)字化變電站的發(fā)展現(xiàn)狀上看，在二級設備如繼電保護等相關設備的檢測手段上，還有待提高。
3.3 智能開關與非常規(guī)互感器技術
傳統(tǒng)繼電保護設置中往往采用的是PT和CT，在數(shù)字化變電站的繼電保護模式上則采用功率低、智能的數(shù)字化的新型互感器對其進行替代，這樣一來，不僅僅將危險的高電壓以及大電流轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號進行傳導，還在此基礎上構(gòu)建成了數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)母咝Чぷ飨到y(tǒng)。與此同時采用新型電子材料和技術制成的斷路器系統(tǒng)，其數(shù)字化接口能通過光纖網(wǎng)絡起到保護、控制命令的傳輸功能。
數(shù)字化變電站的繼電保護采用的保護方案是數(shù)字式同步發(fā)電機定子繞組差動方案，該方案是在人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基礎上，由兩個前向的網(wǎng)絡組成。分別起著故障檢測以及內(nèi)部故障的識別作用，該模式的理想工作模型如圖1所示。
由圖1可以發(fā)現(xiàn)，此設計是運用線路的側(cè)段和中點的電流采樣值來補充網(wǎng)絡采樣的不足，神經(jīng)網(wǎng)絡對其進行檢測的檢測原理是根據(jù)故障發(fā)生時，網(wǎng)絡電流的采集值的基波以及二次諧波分量發(fā)生的相應改變來判斷的，這樣的改變則是由發(fā)
電機的內(nèi)外部非正常狀態(tài)引起的，與電流波改變關系緊密，因此此方法較為準確。
4 數(shù)字化變電站繼電保護方案
4.1 母線保護
4.1.1 簡化母差保護邏輯
從以上對繼電保護的相關設施介紹中可以得知，母差保護為母線保護的主保護，傳統(tǒng)的母線保護為了防止振動或一些人為損壞導致差動元件出口的繼電器出現(xiàn)短路或者斷路情況，其邏輯模式上對復合電壓元件設計閉鎖。而相對而言數(shù)字化變電站則智能很多，能及時智能的識別障礙從而自動斷電，對復合電壓元件解鎖，使得母差保護的邏輯清晰明了。
4.1.2 加強母差保護時效性
對于母線外區(qū)域的故障處理上，傳統(tǒng)的變電站支出TA會發(fā)生飽和，其余部分并沒有，使得保護出現(xiàn)保護誤動；此時若區(qū)內(nèi)出現(xiàn)故障，母差保護無法進行靈敏的檢測。在對故障的判別從元件到計算TA飽和的軟件上都耗時過大，使得母差保護時效性不強。如圖2所示。
而數(shù)字化的繼電保護在故障判別上采用了智能的光學互感器作為判別元件，無需使用TA飽和，擴大了檢測范圍，測頻較廣，撤銷了母差保護中TA飽和以及判別元件，從而縮減了判別過程，使得母差保護時效性增強。
4.1.3 調(diào)整傳統(tǒng)母差保護差動元件
傳統(tǒng)的母差保護中差動元件可以分為啟動元件和比率制動元件，數(shù)字化變電站繼電保護對其可進行如下調(diào)節(jié)。
傳統(tǒng)模式下：
啟動元件：按處于穩(wěn)態(tài)時平衡電流的*大躲避值，即：
IDZ.O= Krel(Ker+K2+K3)IN (1)其中 Krel—可靠系數(shù)；Ker—TA的相對誤差；K2—保護裝置的通道傳輸及調(diào)整誤差；K3—TA暫態(tài)特
性不同引起的誤差。
比率制動元件：對區(qū)域外故障的*大不平衡電流承受*大值：
Ium /max=(Ker+K2+K3)Ikmax (2)由于數(shù)字化變電站運用光纖進行等數(shù)字里量電流電壓的信息轉(zhuǎn)化傳輸，使得采樣誤差較小，與此同時，光學互感器的特質(zhì)，使得其對差動原則進行一定的調(diào)節(jié)：
啟動元件：ID Z.O=Krel Ker IN (3)比率制動元件：Ium /max=Ker Ikmax (4)從兩個原則的對比不難看出，調(diào)整后的原則比之前的適用范圍廣，靈敏度強。
4.2 線路保護
傳統(tǒng)的繼電保護模式，基于管理和調(diào)試方便的目的，使用與同桿并架雙回線配套的線路對其進行微機保護，其保護的功效較低，針對采樣線路的電氣量進行，只能發(fā)出簡單的如跳閘、合閘的命令。其次采用接地阻抗的接線方式使得2回線之間出現(xiàn)電流互感，而又未得到鄰近的其他線路進行補償，而當1回線的出現(xiàn)接地故障，導致接地阻抗的測量阻抗降低，使得保護的范圍不實，增長，誤動產(chǎn)生；2線路中存在的電壓等級并不是相同的，電磁感應大于電流本身，使得1路出現(xiàn)誤動。再次，當障礙出現(xiàn)在跨線間，一系列的連鎖反應將出現(xiàn)合閘動作不到位等，如圖3所示。
對于數(shù)字化變電站的繼電保護，由于采用信息的數(shù)字化傳輸及處理，整個過程中將數(shù)字化進行完全的貫徹，使得同桿并架雙回線保護效率提高，實行雙回線的多項電流保護，同時能對1、2線路進行斷路器的跳閘、合閘命令，采用另一回線對電流損失進行補償，使得誤動減少，測量準確。
I回線B相阻抗繼電器電壓調(diào)整為UMB,電流為IMB+K3I01+K'3I0Ⅱ,測量阻抗：Zm MB=ZIK(K'=Zm/ZIK，Zm為在ZIK范圍內(nèi)2回線間互感作用)。
增加了Ⅱ回線電氣量，使得故障的判斷**，能在故障處理之后，正?；謴?，當判斷為長久故障時，進一步確定其余相的健全，根據(jù)結(jié)果對故障進行處理，當剩余相完整則切除，雖然并不是完全運行但可以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
4.3 變壓器保護
差動保護作為變壓器保護的主保護，當變壓器出現(xiàn)空投和對區(qū)外的短路進行切除的情況時，電路中電流磁感應增強，使得差動保護出現(xiàn)誤動情況，因此為避免這一現(xiàn)象，傳統(tǒng)變電站繼電保護模式中設置了閉鎖元件，即處理內(nèi)部故障惡化下，TA飽和以及二次電流波發(fā)生畸變。但這一過程往往產(chǎn)生諧波的分量使得判別誤動，使得變壓器的差動保護失效，基于此模式中的差流速段元件的功能隨之產(chǎn)生。
相對于如此復雜的變壓器保護邏輯，數(shù)字化的變電站往往采用的是光學互感器，其中的TA不會出現(xiàn)飽和，同時感應頻增寬，使得差流速斷元件成為多余的元件，從而簡化了保護邏輯，與此同時，其智能的斷路器設置在斷開和合并的時候能對電壓進行精準的控制，對變壓器的分合閘角度進行調(diào)整而達到控制電流磁效應的作用，當電壓器出現(xiàn)正?？蛰d，電流也為空載電流，電壓瞬間達到*大，磁通量*小，此時分閘，較為理想，當再一次的變壓器進行空投時，可以對其電壓*大值進行控制，選擇同樣時間合閘，則可以控制判別元件的誤判，使其保護的靈敏性增大。
5 數(shù)字化變電站繼電保護的完善措施 --數(shù)字化變電站繼電保護容錯方法數(shù)字化變電站同傳統(tǒng)的變電站相比，靈敏性、安全性、穩(wěn)定性等大大提高，但是數(shù)據(jù)的失真?zhèn)鬏斎匀淮嬖冢覞撛诘耐ㄐ殴收弦约熬W(wǎng)絡入
侵等也可能導致保護接收到錯誤的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生誤動[3~5]
，部分學者則在IEEE 10節(jié)點系統(tǒng)的基礎上，對其容錯方式進行了有效性和實時性的仿真分析，分析結(jié)果顯示，此方法對數(shù)據(jù)錯誤傳輸引起的誤動，將信息整理和保護措施算法進行一并處理，在不影響保護速度性的同時，對數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行高效的控制。
5.1 容錯方法的基本原理
繼電保護裝置可以對互感器收集的數(shù)據(jù)進行融合處理，其結(jié)果與保護算法形成了匹配的結(jié)果，對系統(tǒng)的故障從信息融合算法和繼電保護算法上進行雙重判定，只有判定一致時則實行保護。繼電保護容錯方法原理如圖5所示。
據(jù)出錯而引起的誤動問題得到解決，還是一種基于證據(jù)理論上對復雜信息進行整合判斷的新方法，此法是在數(shù)字化變電站的優(yōu)勢基礎上，運用信息網(wǎng)絡的傳送、對資源實行共享，并且利用冗余信息間的互補性以減輕有誤數(shù)據(jù)產(chǎn)生的惡性結(jié)果。
6 結(jié)束語
自新中國成立以來，電力系統(tǒng)的繼電保護處于不斷發(fā)展的狀態(tài)，經(jīng)歷了四個主要的時期，隨著信息技術的高速發(fā)展，計算機技術、信息技術的融入為繼電保護提供了新的發(fā)展平臺，但數(shù)字化變電站的繼電模式仍然有待完善，如在提高容錯方面的研究已初有成效，在今后的發(fā)展中必然向著智能化繼電保護模式進一步深入。
