智能变电站继电保护跳闸实现方式探讨

季文莉

引言

变电站保护装置所处区域和位置基本相同，同等级电压保护装置的连接方法也大致相似，一般条件下可以运用常规方法进行继电保护操作，而在特殊情况下，传统保护装置不能达到继电保护的多元化需求。继电保护装置对变电站设备运行和线路管理起到维护保障作用，能够提高智能变电站的安全性和可靠程度，确保智能电网朝着更加先进、科学的方向发展，继电保护装置能够对所属辖区内的设备线路进行监管保障，同时向监控中心发送预警信息和操作指令，为工作人员提供相应的参考数据。因此针对智能变电站继电保护跳闸实现方式进行深入研究具有很强的实用性和必要价值，通过合理设置继电保护跳闸方案，确保继电保护操作都能落到实处。

一、智能变电站继电保护跳闸方式概述

继电保护装置作为智能变电站电力系统设备与线路运行的重要装置，对提升智能变电站电力系统继电保护性能，促进智能电网发展具有重要意义，不仅能在规定的范围内，准确地检测智能变电站电力系统的设备与线路是否出现异常运行与故障问题，还能自动向监控中心发送跳闸指令与报警信息，为有关人员决策提供依据。变电站平稳运行需要对继电保护装置进行管理及维护，传统的跳闸保护方式主要包括两大部分。一般包括微机型主后备装置和单独保护装置，同时做好线路连接工作，确保跳闸操作能够及时有效。智能变电站继电保护跳闸操作能够分成两种形式，一种是点对点跳闸方式，另一种是保护网络跳闸形式。点对点跳闸主要包括智能终端和继电保护装置，需要利用光纤进行数据信号传递工作，有效监管变电站的设备和线路。保护网络跳闸与点对点跳闸方式大不相同，它主要通过网络传输形式进行数据信号的交流与传递。

就我国智能变电站继电保护跳闸现状来看，最常用的方法包括直接采样和保护点对点直跳。通过发挥微机型主后备装置的优势实现对主变电量的控制与监管，直接采样的方式比较灵活高效，能够达到跳闸信号的及时发出与控制的目的。充分利用电缆信号传递作用，确保继电保护操作能够快速准确地落到实处。

点对点跳闸保护需要通过光纤进行数据信息的传递与交流，智能终端与保护装置的有效沟通需要得到光纤彻底辅助或者维护，光纤信号能够把继电保护指令迅速传达给相关设备，其他数据信息能够通过网络通道进行传递。保护网跳闸方式实质上是保护装置、智能终端和交换机的有机结合，各系统板块之间发挥正常作用和实际功效，共同完成控制指令和数据信息的传递交流任务。

由于工作方式和作用原理存在很大差异性，因此这两种继电保护方法具有很强的特殊性和实用性。保护点对点跳闸方式主要依靠光纤进行信号传递，因此这种保护方法需要铺设一定数量的光缆。而保护网跳闸模式不需要铺设光缆，需要进行智能终端、保护装置和交换机连接，过程和步骤相对繁琐。

二、两种跳闸方式对比

（一）保护点对点跳闸特征

图1 RTU模式信息帧

保护点对点跳闸方式主要通过光纤进行信号传递，不需要进行交换机连接和网络信号保障，因此能够达到控制信号快速传递的目标。光缆铺设需要小心谨慎，其中涉及众多接口的连接保护工作，如果控制不好就可能造成安全事故，不利于变电站发挥保护作用，同时还会增加有关企业的管理维护费用。不仅如此，保护点对点跳闸方式需要设置相应的散热板块，做好光纤接口处和处理系统的散热保护工作。由于点对点跳闸方式温度比较高，因此设备老化问题比较严重，系统稳定性和安全性都会大打折扣。如果保护点对点跳闸方式需要增加光纤长度，那么现场铺设压力也会明显增强，同时造成工作量和负担加剧，不利于后期施工建设的安全性和健康性保障，给电力系统埋下巨大的安全隐患。同时，随着设备数量的增多，变电站运行成本和管理费用也会大幅上升。

（二）保护网跳闸特征

保护网跳闸方式不需要光纤传递信号，因此在实际安装建设过程中，保护网跳闸操作比较简便迅速，光纤接口设置也会大规模减少，能够消除并控制事故发生的隐患和概率，维护电力系统运行转动的健康性和可靠性，方便后期管理人员开展维护保养操作，以及有针对性地进行缺陷故障的补充与修复。保护网跳闸方式也存在很多不便之处，由于保护装置、智能终端需要和交换机连接，因此信号传递和指令控制存在滞后性和延缓性。

有关条例规定智能变电站要尽可能实现智能化、自动化管控目标。因此网络传输更能适应时代发展的要求和社会变动趋向，未来变电站保护技术势必朝着更加先进、科学的方向发展。本文通过对保护网跳闸方式展开详细论述，从中寻找信号传递遇到的网络延迟问题，力求为数据信号的高效传播指明方向和思路。

三、智能变电站继电保护跳闸的准确性研究

一般情况下，智能变电站继电保护跳闸是否准确有效，需要通过交换机的运行情况合理验证，如果交换机存在丢包现象，那么继电保护跳闸操作也缺乏科学性和可靠性。电磁干扰、网络风暴和交换机处理能力下降都会引发这一现象。具体应对方法如下：

（一）抗电磁干扰

智能变电站中的交换机设备需要经过权威部门检测和认定，交换机质量水平和安全性能需要达到检测机构的评定与认可，据有关条例规定，通过电磁辐射、抗电磁干扰和静态振动等测试后的交换机装置符合智能变电站的运行管理要求，同时能够满足智能变电站继电保护跳闸操作的限制与规定。

（二）抑制电网风暴

造成电网风暴的主要原因包括：（1）某设备装置发生故障，同时引发报文频发的现象，最终给交换机防护管理工作造成严重影响与危害，同时会干扰点对点跳闸模式的合理运行；（2）如果网络连接到不合理的装置，也会出现报文不科学或者不健康的现象，在这种条件下，交换机的防御控制功能就能够发挥成效；（3）如果交换机广播异常并且数量增多，那么交换机的端口处也会立即作出防范应对措施，从而维护智能变电站的健康性和安全性。

（三）交换机超负荷处理能力

调查研究表明，目前比较常见的交换机主要运用存储或者转发机制，同时运用全双工的方式进行连接，因此如果数据流量增加，延迟现象也可以忽略不计。在高负荷运行条件下，变电站交换机的存储转发速度比较快，延迟现象也保持在300us以下，可以有效缓解继电器延迟现象比较严重的问题。

不仅如此，很多过程层网络都采用双网形式，任何环节或者步骤出现差错都会产生一定影响，双网形式能够有效抑制保护拒动的产生，基于此，智能变电站继电保护跳闸操作的准确性和灵活性得到有效保障。

四、智能变电站继电保护网络跳闸技术研究

目前比较常见的智能变电保护跳闸操作主要包括“直采直跳”形式，这种方法在实际应用过程中存在很多弊端和缺陷，设备维修管理的压力也比较大，不利于电力系统供电效果的保障和维护，继电保护作用也受到明显束缚。在实际使用过程中进行网跳测试，可以确保网络跳闸反应迅速、灵敏，约束并规范智能变电站继电保护跳闸行为，增强电力系统运行转动的安全性和平稳程度。

智能变电站继电保护网络跳闸研究，需要加强对数据信息的收取和发送关注，避免继电保护跳闸操作出现严重滞缓现象，最终造成智能变电站保护系统的损伤，给电力系统运行情况和安全带来严重威胁。

基于此，智能变电站继电保护跳闸操作，要加强数据信息和控制信号的传递与交流，避免出现信号传递不及时而影响电力系统稳定性和安全性的情况。数据信号传递过程中要进行报文筛选和过滤，降低CPU资源的占用程度，加快实现报文筛选与处理目标。因此，智能变电站继电保护跳闸需要注重网络环境的建设及优化，并且做好交换机合理部署与安排，以及无效报文的准确筛选和去除，确保信号传递处理效果能够达到健康水平，同时对存在的风险隐患进行反馈消除，确保智能变电站继电保护操作能够平稳有序开展。

继电保护跳闸需要得到FPGA的支撑与协助，CPU负责报文筛选和过滤工作，在实际运行过程中，FPGA通过开发设计发挥主要作用，能够充分利用硬件装置的优势，快速处理，达到最佳工作状态。运用FPGA进行报文筛查与处理操作时，GOOSE报文速度能够达到100Mbit/s，确保报文分析处理速度能够达到最高水平，及时发现系统存在的故障与隐患，为智能变电站平稳高效运转创造有利条件。GOOSE报文分析与处理，需要通过FPGA进行设计与制定，减少无效报文对宽带的占用和消耗，做好GOOSE控制板块报文数量的规定和约束。在这种设计模式中，相关配置包括MAC、AppID等，GOOSE解码时能够把数据信息同时提交给CPU，确保报文信息分析处理工作都能落到实处。网络跳闸技术的有效发挥，需要保障GOOSE文件简单明了，同时从GOOSE数据传输角度出发进行宽带容量的管理和建设，方便FPGA发挥数据信息筛选去除效用，从而准确高效地去除无效报文，为继电保护作用与功能的正常发挥创造有利条件。运用FPGA进行GOOSE分析处理操作时，能够有效发挥智能装置的先进性和科学性，确保GOOSE数据处理速度能够达到最高水平，帮助控制系统实现数据信号的及时传递与适当反应的目标。

五、智能变电站继电保护网络跳闸延时分析

（一）保护网跳闸延时理论分析

据有关条例规定，报文传送应当保持系统性和连贯性，传递过程要从数据信息的存放开始记录，直到数据信息被取走方可结束，从而保障报文传递的整体性和连贯性[1]。

1.报文发送延迟

报文发送延迟与装置自身有着很大关系，如果装置处理分析能力比较差，那么数据信息的传递就会受到限制或阻碍，从有关测试中发现，各装置端口的传递效率为25us，根据端口位置距离的不同会逐渐形成累计效果，按照这种逐渐递增的顺序推导，各端口延迟效果逐渐明显[2]。

2.网络传输延时

（1）交换机存储和转发存在延迟现象。交换机正常运转需要通过存储转发来实现，因此网络延迟会造成交换机延迟程度加深，以100Mb/s的光口为例，其帧长最大值为1522b，同步帧头能够达到8b，最终导致交换机出现高达122us的延迟现象，如果光口为千兆，那么就会产生12ps的延时情况；（2）交换机交换过程也会出现延迟情况，其延迟程度与优先级等内容有关，一般条件下，交换机交换延迟现象不是很明显，通常可以忽略不计；（3）光缆传输延迟现象。光缆传输延迟受到双重因素干扰，通常每千米光缆传输延迟能达到5us；（4）交换机帧排队延迟现象。帧冲突的产生需要有关网络进行控制与消除操作，为了确保关键信息内容帧排队延迟情况得到缓解，可以通过增加优先级来完成；（5）网络传输总延迟现象。网络传输总延迟包括帧排队延迟、线路传输延迟、交换机延迟等。

图2 常见网络传输延时

（二）保护网跳闸延迟测试内容

大多数试验检测都肯定了网络跳闸的优势和长处，不仅如此，很多设计方案、施工管理计划都缺乏有效性和实际性，工作人员对点对点跳闸延迟情况缺乏足够了解和信任，点对点跳闸延迟一直处于被排斥的状态，因此这两种智能变电站继电保护操作需要进行实际检验和对比测试[3]。

人们普遍认为造成继电保护跳闸延迟的主要原因在于交换机延迟情况，点对点跳闸方式也是如此。在实际检测过程中不难发现，保护网跳闸延迟程度明显比点对点跳闸延迟程度要小很多。针对这种情况进行深入分析，通过最终调查发现，其影响因素和关键内容主要分为以下几点：（1）多光口信息传输需要使用公共CPU进行分析处理，CPU在面对众多端口的数据分析与处理操作时，容易出现报文处理时间的不断延迟，利用网络传输方式与点对点跳闸方式大不相同，各端口的位置相对突出和便捷，因此网络跳闸速度比较符合科学要求，能够满足智能变电站继电保护跳闸的安全规定[4]；（2）点对点跳闸需要通过CPU完成端口数据的整理和分析操作，这也造成不同位置的光口延迟效果大不相同，位置越靠后的光口延迟效果越明显，由于交换机延迟程度比较小，因此保护网络跳闸的延迟程度也相对较低，反应能力更加迅速敏捷；（3）设备端口数量越多，数据分析与处理的延迟效果也就越明显[5]。

结语

综上所述，智能变电站继电保护跳闸方式能够维护变电站稳定情况和安全状态，为电力系统平稳高效运行创造有利条件，从而实现电力事业生产建设的繁荣与稳定目标。基于此，有关部门要加强对智能变电站继电保护跳闸操作的关注与重视，确保智能变电站跳闸保护操作能够及时准确。