摘要： 由于科技发展的速度过快，目前我国的数字化变电站的继电保护技术仍存在着不少的问题。本文主要介绍了数字化变电站继电保护系统的装置中的主要成分及其特点，提出了继电保护技术在数字化变电站中的新局面，研究继电保护技术在数字化变电站中的应用，并对其技术的改进提出几点意见。
Abstract： Due to the excessive speed of technological development， there are many problems in digital substation relay protection technology. In this paper， it mainly introduces the main component and characteristics of the digital substation relay protection device， proposes a new situation of relay protection technology in digital substation， studies its application in digital substation， and offers a few comments for its technology improvements.
关键词： 数字化变电站；继电保护技术；数字化继电保护装置
Key words： digital substation；relay protection technology；digital relay protection device
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0065-03
0 引言
对于电力系统来说，变电站是一个能够调整电压、变换电压、控制电力的流向、接受和分配电能的电力设备，它在充分利用变压器的性能把各级电网以及电压进行连接，也可以称之为配电与输电的集结点。但是我国目前的数字化变电站的建设仍处于一个发展、创新、完善、总结的过程，数字化变电站的技术还未能完全且规范的实施，并且传统的变电站保护装置也与数字化保护装置有着本质上的差别，因此对数字化变电站的继电保护措施进行研究则十分有必要。
1 数字化变电站的定义
就数字化变电站的定义来说，我们可以认为是对变电站的信息的输入、收集、输出及其编码处理由模拟信息转变成数字信息，除此之外还能够形成与之相对应的信息网络。数字化变电站主要具有系统建模的标准化、数据采集的数字化、系统结构的紧凑化、信息应用的集成化、系统分层的分布化等特点。而相较于传统的变电站，数字化变电站具有管理自动化；二次接线简单化；测量精度高、无需CT二次开路；光纤取代电缆，电磁兼容性能更强；无需重复输入信息等方面的特点[1]。
2 数字化继电保护装置的特点
2.1 传统与数字化保护装区别 传统保护装置的硬件与数字化保护装置硬件之间的区别在于，其微处理器是数字电路构成的基础，其核心单元四周存在这不同的接口。传统的微机保护装置主要有数据处理单元、开光量输入/输出回路、模拟量输入接口、通信接口等几个主要的单元（如图1所示）。
数字化保护装置则使用电子式互感器来对数据进行收集，这是与传统保护装置硬件结构方面最大的不同。数字化继电保护装置的组成部分主要有：开入单元、中央处理单元、光接收单元、出口单元、通信接口等单元（如图2所示）。
2.2 数字化继电保护装置接口的实现 在目前的数字化变电站中，利用电子式的互感器对收集到的信息进行处理。这些收集到的信心，通过互感器内部的光纤用数字信号的传输方式输送到低压端，再经过合并单元的转化之后，输出格式正确的数据。相较于传统继电保护系统的模拟量输入，数字化继电保护装置所使用的合并单元中光纤传输，能够减少A/D变换插件、低通滤波插件的工作，其效率更高[2]。
3 继电保护技术在数字化变电站中的应用
3.1 非传统的互感器技术与智能型开关单元 传统继电保护装置中的CT与PT已经被数字化继电保护装置中功率小、效果好的互感器所取代，这种新型的互感器能够把大电流或者是高电压转变成数字形式的信息，并通过高速以太网来进行数据处理以及输出。除此之外，其断路器的二次系统是在新型传感器、微机、电力电子技术的基础上所设立，因此，同样也能够利用光纤网络将控制与保护的指令直接传达到它所操作的数字化接口。非传统的互感器技术与智能型开关单元的应用在一定程度上提高了变电站的安全指数与可靠指数。
3.2 动态仿真系统在数字化变电站的应用 在智能电网建设的主要内容中，它要求数字化变电要具备一定的自动化、数字化、信息化、人性化的特性。而目前我国国内正在运行中的数字化变电站，其继电保护技术中的二次设备并不存在一个完善的检查与检测方法，对于数字化变电站来说，这远远落后于数字化设备的发展。动态仿真系统在数字化变电站的应用，不仅能够对故障的发生以及操作演练或者是数字化变电站的运行方法有一个仿真模拟的前提，这就能够对包括继电保护设备、故障录波设备、自动测控系统、智能仪表等在内的二次设备发送模拟信号，从而实现对母线、线路、变压器的监控与保护[3]。不仅如此，动态仿真系统在数字化变电站的应用还能够对设备的性能以及系统的性能有一个客观的评价。
4 继电保护技术在数字化变电站中所面临的新局面
随着科技的发展，变电站继电保护装置的微机化趋势也越来越明显，且能够发挥半导体处理器技术运算能力快、存贮能力强、计算方法科学等的优点。与此同时，数字化装置还能运用大规模集成电路中数据收集、数字过滤、模数转换、不受干扰等技术方面的优点，来提高装置运转的速度，对数据的处理和收集方面的效率也有所提高。但是由于科学技术的日新月异，继电保护技术也面临着一定的挑战。 4.1 继电保护性能的加强 数字化继电保护技术性能的加强首先从其设备方面来说：①要求继电保护系统能够有一个强悍的存储能力来对故障进行保护。②对于电力状态中其参数能够进行正确且快速的监视与测量。③系统自控技术的优化，例如针对模糊控制、神经网络、状态预测、人工智能方面的管理更完善。④在影响继电保护系统高质量工作的前提下，控制系统开发、硬件软件方面的成本[4]。
4.2 继电保护系统可靠性的提高 在目前数字化变电站的继电保护系统中，其系统的可靠性不仅要满足系统调试以及优化之外，还要达到受元件更换不受影响，温度变化不受影响，使用年限以及电源波动不受影响的标准。并且在系统的巡检以及自检方面，能够利用软件方法对软件本身、元件以及部件的情况进行检测。
4.3 继电保护系统软件与硬件扩展能力的提高 对于继电保护系统来说，系统软硬件的可扩展能力，是在选择系统产品时首先要考虑的问题。随着国际标准IEC6185的应用于推广以及变电站网络系统的形成，其扩展性显得尤为重要。
5 数字化继电保护系统性能的优化
在文章中所描述过的数字化继电保护系统装置，是运用了无模拟量输入、电子式互感器、A/D转换器等插件的优势，来简化系统的硬件结构。除此之外，应用GOOSE通信技术以及统一的数据平台来对所收集的数据进及时的共享[5]。并且相较于传统的继电保护系统，数字化保护系统的功能也得到了不同程度的扩展与巩固，例如一些原本要通过一些传统设备才能达到的效果，包括：状态监视、测量等方面，在数字化保护装置中就能全部完成。
不仅如此，与传统的变电站的铜缆相比，数字化变电站使用的是光缆，从对系统内的进行简化。并且，在数字化变电站中，其保护系统及其元件都增添了监视以及自检功能，进一步增强系统的可靠性。另外，数字继电保护系统中的电子式互感器具备了一定的优势，能够对保护原理中的不足之处做出新的判断，新的依据。有研究表明，使用了电子式互感器的数字化继电保护系统其性能相加传统保护系统有了一个质的飞跃。
5.1 分布式母线保护 在电力系统中，母线占有一个十分重要的地位。但是传统模式上的母线保护装置存在着扩展性能不强、二次接线繁杂、抗干扰性不强等的问题，而数字化继电保护系统中的分布式母线保护能够具备一定的分散处理功能。但对于传统变电站来说，基本上无法满足分布式母线保护数据通信量的大、数据实时性高等的要求，而数字化变电站却不同，其本身的网络技术就能解决这个问题。
5.2 变压器保护 对于变压器的差动工作保护来说，工作的中重点在于能够正确辨别故障电流与励磁涌流以及防治在电路短路时所产生的不平衡电流而引起的差动，这两方面。由于在励磁涌流内，非周期分量的比重较大，且电磁式的电流互感器对非周期分量的转化不够明确，以及出现保护误判现象。数字化继电保护系统中高频分量以及高保真传变直流的优点，能够正确辨别励磁涌流在正常电流通过与出现故障时非周期分量的差别，并根据这一差别来重新判断与区分故障电流与励磁涌流，进而保证变压器的差动保护不受影响。在传统的继电保护系统中，由于变压器周围的各个互感器其暂态特性之间的误差不尽相同，从而影响了变压器的差动保护的平衡电流，常规的解决方法主要是利用增加动作的整定制来预防误判，但是会对匝间短路时保护工作的展开造成一定的影响。但电子式互感器的使用，能够保证其四周暂态电流的一致性，提高匝间短路的敏捷度，增加变压器差动保护工作的效率。
5.3 输电线路保护 在传统变电站中，长期以来影响纵差保护判断失误的原因主要是互感器的饱和问题。然而对于数字化变电站中的纵差保护来说，所使用的电子式互感器却不存在饱和的问题，从而提高了选相元件、距离阻抗元件、起动元件的保护性能，有利于变电站工作的展开。有研究显示，传统保护系统中的电流互感器与数字化继电保护系统中的电子式电流互感器，其差动保护的效果不如电子式互感器显著，可以说电子式互感器在差动保护灵敏度这一方面相较于传统的互感器有着明显的差距。
除此之外，传统的电流互感器在针对电流保护及其饱和方面，尤其是在超过限定动作时间内的过电流保护方面的效果不明显。在过电流的保护方面，传统保护系统中的互感器会因为二次电流而改变，导致保护工作的选择出现误差。再加上传统保护系统的结构过于简单，并受其饱和度的影响，也会使保护工作出现失误。然而数字化继电保护系统，电子式电流互感器的应用，其无饱和的优势，在根本上排除了误判的可能，很大程度的提升保护的性能。
6 结束语
针对我国目前的情况来说，网络化、数字化、自动化、统一化智能电系统的建立，在接下来的十年之内，通过确立分阶段建设目标以及规划设计目标等的战略决策来实现。而全面建设数字化变电站是智能电网系统建设的重要前提。然而对于继电保护技术这一重点技术的要求，也随着数字化变电站的发展而增长。但我国的数字化继电保护技术在各个方面都还存在着不同程度的问题。总而言之，数字化继电保护技术的推广与创新势在必行。
参考文献：
[1]李仲青，周泽昕，黄毅，周春霞，詹荣荣，李明，杜丁香.数字化变电站继电保护适应性研究[J].电网技术，2011，（05）：210-215.
[2]黄国方，周斌，奚后玮，鲁国刚，王善祥，沈健，张何，梅德冬.数字化变电站保护及测控装置的研制[A].2006电力系统自动化学术交流研讨大会论文集[C].2006：1156-1160.
[3]解晓东，汤磊.数字化变电站继电保护应用问题研究[J].中国电力教育，2010，（21）：263-266.
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[5]苏永春，辛建波，窦晓波.数字化变电站保护与视频系统联动控制方案[J].中国电力，2010，（04）：33-37.
