基于变电站自动化的继电保护配置优化方法探讨

引言

随着电网结构越来越复杂，对应地也要求继电保护装置配置更加精准和灵活。传统继电保护多采用分散控制和机械继电器，很难实现现代变电站对远程控制、故障自诊断以及快速响应的需求。变电站自动化集成测控、通信和保护等功能于一体，在统一平台上可以完成继电保护装置的集中配置和协同工作，具有信息透明、响应及时、状态可见的优势。从变电站自动化的特性出发，根据继电保护配置逻辑、信息流动结构、通信保障、策略协同等方面，分析和研究如何进一步提高继电保护配置的科学性与继电保护系统的运行可靠性。

一、变电站自动化系统中的继电保护技术基础

1.1 系统架构和信息集成的方式

现代变电站自动化系统主要采取的是分层分布式架构模式，其中包含了间隔层、站控层和过程层。继电保护装置主要安置于间隔层，在站控层的作用下完成数据信息之间的交流与操作指令的反馈；而在保护装置与开关设备之间，则会以 GOOSE 报文完成高速信号传输以及利用 MMS 协议完成参数设定以及状态的查询工作，进而形成一套信息融合并且反应速度较快的控制体系。

1.2 继电保护功能模件及配置要求

变电站内保护装置主要实现距离保护、差动保护、过流保护及电压保护等功能，按接线方式和设备等级的不同选择相应的保护装置构成方案。在自动化系统中要保证保护装置具有逻辑可编程性、参数可整定性及通信兼容性，在选取保护装置时除了要充分考虑电气拓扑关系、运行方式的切换、故障动作时序外还应保证保护配置具有一致性和适应性的特点，即针对不同的应用场合能有相同或接近的保护方案。

1.3 继电保护系统各项指标

评价继电保护配置优劣的重要指标有：选择性(只切除故障元件)、灵敏性(低故障电流下动作)、速动性(判断故障和切除故障的时间)、可靠性(经受各种干扰的能力)及配合性(主备逻辑),合理的优化配置是在满足上述技术指标前提下的结构合理、逻辑清晰、配置规范。

二、当前继电保护配置存在的典型问题

2.1 配置方式不统一造成兼容性不够

针对上述实际情况，各厂继电保护装置存在通信规约、配置接口及数据结构等方面的差异，易导致装置间信息传输不兼容。此外，一些较早投入使用的保护装置仍然采用传统规约，无法应用 IEC61850 等新通信规约，实现同自动化系统同步采样、状态传递及联动控制；另外各厂家设备参数文件格式不同、设备调试软件不能通用、逻辑配置方式不统一等，不同程度影响着工程项目的顺利开展，需要一套符合规范化的统一标准模板去保障继电保护系统的配置、调试及后期维护工作。

2.2 搭配起来会比较累赘和复杂

当前继电保护系统的动作逻辑是通过人工配置实现的，存在逻辑过于冗长、条件重复设定、保护范围相互交叉的问题。有些较为复杂的继电保护系统(例如：双母线、环网等)，如果不根据实际情况进行相关的逻辑处理、分区分片，则会出现保护死区增多或者错判的问题。此外，在断路器判据优先级不明确的情况下，逻辑链的判断关系过多，会造成装置的动作时间较长，无法快速做出对故障进行判断处理。而保护装置之间的逻辑关系不合理会导致在发生同一个故障时有好几台保护装置同时跳闸，会影响保护的选择性；如果没有做配合仿真的话也不能发现其系统可能存在的一些配合隐患，从而影响到后续的系统运行的可靠和安全。

2.3 数据采集以及通信链路不稳定

变电站自动化系统必须以高质量的数据采集和良好的通信网络为基础才能实现各保护装置间联动判断与同步控制。若存在通信链路的延迟、丢包或干扰等问题，会造成保护装置不能获得故障信息的实时性，甚至使判断出错；有些自动化的系统没有考虑链路冗余，在正常情况下能正常使用，但是在出线链路出现问题的情况下不能正常进行传输，不具备转投线路的功能。

三、继电保护配置优化的策略与方法

3.1 基于统一标准下的配置模板规范设计

在继电保护自动化配置过程中制定统一模板的标准，有利于系统高效的运行，制定结构化的配置模板可以对保护装置参数、通信地址和逻辑图形等进行统一的表述，并且具有跨厂的商品用性，能适应 IEC61850 等国际标准，能方便装置间信息的交换，模板中规定包括了厂名、整定值的格式、测点标签、测试端口号等命名规则和系统检测排除非法逻辑以及输入错误和溢出报警提示等。通过导入统一模板能提高批量配置的效率，并且通过系统的检验功能来避免产生错配、漏配等问题。

3.2 简化配合逻辑，建立层级判据体系

保护配合逻辑的繁杂设计往往导致动作链条延迟、数据处理冗余，降低系统响应效率。在实际优化中，应将动作逻辑按响应紧急程度划分为不同等级结构。首层逻辑用于快速断电动作，适应严重故障的即时处理；次级逻辑可嵌入延时判断、信息冗余确认等功能，以实现更稳健的操作。通过图形化方式将不同判据直观呈现，并允许工程人员对阈值与逻辑关系进行调整，使整个动作流程具备可视性与可调性。

3.3 通信链路冗余设计与抗干扰措施

通信网络是保护系统信号交互的关键通道，其稳定性直接决定继电保护系统的动作可靠性。系统架构中应设置主备通信链路，并采用双星或环网结构提升冗余等级，确保在主链路故障时可自动切换至备用路径维持通信不中断。通信设备配置需支持状态监测功能，能在传输延迟、链路抖动等异常出现时快速报警。在数据层面，通过引入加密算法、数据完整性校验与优先级调度机制，提升数据在干扰环境中的抗毁性。

3.4 动态整定策略的引入与自适应调整

随着电力系统运行环境越来越复杂，继电保护装置对于整定值的适应性提出了更高的要求，继电保护动态整定需要根据实时的负荷情况，电源情况以及网络拓扑变化情况进行实时地调整，并能根据智能算法自主地进行分析运行状态并推荐一种最恰当的整定方式。在系统内建立相应的整定参数数据库，在不同的运行模式下调用相对应的保护参数组合，减少人工的整定干预次数，当系统的状态发生线路转供、电源重构等改变的时候，动态整定可以实现无扰切换，保护的准确性及连续性的得以保证。

结束语

变电站自动化系统发展为继电保护配置提供了可能的技术平台和数据基础，使继电保护与自动化平台深度融合是继电保护系统发展的新方向。采用统一标准、简化逻辑、加强通信、优化整定等手段都可以提高继电保护的响应速度及可靠性。加强各部分协调，使继电保护配置更加智能、模块化、标准化，符合新时代需求。

参考文献

[1]智能变电站继电保护装置自动测试系统研究和应用[J].刘亮,王刘伟,亢瑞瑞.电工材料,2024(03).

[2]智能变电站继电保护与自动化系统分析[J].廖杰,王俊刚,李洪蕾.信息系统工程,2024(06).

[3]智能变电站继电保护装置自动测试系统应用路径研究[J].刘耀宗.大众标准化,2024(09).