摘要：继电保护及自动化在电网发展中起到至关重要的作用，做好继电保护以及自动化系统设计，能够降低故障对数字化变电站内部运行机制的损伤、提高其工作效率，以达到变电站的稳定、可靠、自动化运行的效果。本文从过程总线结构、接口、集成保护装置和分布式母线保护这四个方面阐述了继电保护设计，并介绍了分布、分层和集中式自动化系统设计，为电力系统的信息化建设提供一定的参考价值和实践意义。
关键词：数字化变电站；继电保护；集成保护；过程总线
引言：数字化变电站是指一种基于IEC61850标准和通信规范构建出的能够实现智能化变电操作的现代化变电站。数字化变电站通过内部智能设备之间的高效信息共享以及相互操作，能够减少二次电缆的铺设，并在实际使用中呈现出较高的经济性、安全性和可靠性。同时，数字化变电站也使得更多高新信息技术得以应用到电力系统的建设中，促进了电力系统智能化水平的提升。变电站中的继电保护和自动化系统部分作为影响其使用性能的重要因素，为了持续推进数字化变电站的发展进程，工作者应深入分析继电保护和自动化系统设计，采取相应的优化设计措施，增强设计方案的合理性和科学性，提升数字化变电站的运行水平。
一、数字化变电站继电保护设计
（一）过程总线结构设计
现阶段不同从业集团，研发出了多种类型的过程总线结构方案，使数字化变电站的建设人员具有多项选择。以AREVA集团推出的继电保护过程总线结构设计方案为例，在该设计方案的背景下，感应单元和接口单元被合并成为了CVCOM系列，并具有专用的备用电源以及NCITs连接接口。该设计可以将常规互感器传递的信号进行数字化处理，并能够运作自检功能，为继电保护行为提供依据。同时，该系列结合IEC61850-9-2和IEC61850-8-1站级总线，可以实现模拟信号采样值通信以及对变电站的一体化控制，能够提高继电保护的精准性和灵敏性。此外，该系统采用了由接口单元、保护单元和输出单元组成的MiCOM作为IED的保护，能够独立实现继电保护，提高变电站的运行水平。
（二）接口设计
继电保护系统中的接口主要包括两种，即虚端子接口以及物理接口。在虚端子接口设计中，设计者应将电压通道、电流通道和固有延时这几项SV虚端子信息规划到DO层次中[1]。再将跳闸出口、开关量输入、联闭锁等GOOSE虚端子信息，规划到DA层次中。在信息传输方面，设计者要为端口装置所需的智能终端位置类GOOSE信号配备双点信息传送途径。此外，还要严格按照GB/T32890-2016中的10.1以及GB/T32890-2016中的9.1来分别设计SV输入虚端子模型以及GOOSE输出虚端子模型。在物理接口设计中，设计者最好采用多模光纤材料来制作接口，并将芯径设置为50μm/125μm为宜，波长则选择850nm或1310nm即可。在连接器选择上，设计者可以采用LC、ST接口，来保障继电保护系统设计的合理性。
（三）集成保护装置设计
在数字化变电站继电保护设计中，设计者需要为每个主变压器配备独立的合并单元，然后借助两条相互独立的光纤，将各个合并单元接入电网保护系统中。之后，结合电网的保护装置，构建出一个集成型的继电保护装置，实现保护运行的一体化。在此过程中，设计者应使10kV出线和电容互感器的数字接口能够通过合并单元、交换机，然后，再接入保护装置。同时，为每5回出线与合并单元配备一个交换机。此外，设计者还要为集成保护装置配备足够的光纤接口。
一般来说，一个中型数字化变电站的继电保护系统，需要10个光纤接口即可满足集成保护装置的正常运行。
（四）分布式母线保护设计
母线作为影响电力系统稳定运作的关键设备，设计者在继电保护设计中需要重点加强对于母线保护的设计。传统集中式的保护设计具有易受干扰、功能不稳定等缺陷，因此在数字化变电站的母线保护设计中，设计者采用了分布式母线保护设计来提高继电保护系统的分散处理能力，实现对母线的全方面保护。在此过程中，设计者应基于网络技术，采用智能断路器，代替传统的复压闭锁元件，实现独立化的单元间隔保护。一旦发生故障，继电保护系统就会自动将故障位置精准定位到母线的单元间隔保护中，然后仅启动该间隔中断路器的跳闸保护行为。
二、数字化变电站自动化系统设计
（一）分布式系统设计
在自动化系统中，分布式系统设计的主要运行原理是根据系统功能或被监控对象分布的单功能设备，接入到共享网络系统中，然后再对其进行分布式处理。这种分布式设计形式将自动化系统的各个功能，规划给了多台单位计算机功能设备，实现了独立的系统控制。同时，这种同一系统多台CPU支持的设计形式，能够提高自动化系统的事件并行处理能力，消除了传统设计形式下，单独CPU难以支撑大规模自动化系统运作的问题，优化了数字化变电站的运行效率。针对分布式系统中模块间的信息传输，设计者应采用支撑优先级功能的网络系统，消除信息传输瓶颈，保障系统内部决策、行为的时效性。此外，由于分布式系统内的模块运行相对独立，能够限制故障的影响范围，因此，从整体上来看，该方案具有较强的稳定性优势。
（二）分层式系统设计
分层式系统设计形式是一种将自动化系统划分为全站控制级层和间隔层这两种层次的数字化变电站自动化系统设计形式。其中全站控制级层通常包含变电站层和就地单元控制层两个方面，而间隔层则为各单元之间的间隔部分。因此，从整体上来看，该类型设计方案也可以采用间隔层、通信层和变电站层这三个层级来进行表述。在该设计方案下，由于各个层级之间相对独立，局部故障通常难以扩大，因此，具有较强的稳定性能。同时，该方案所需的二次设备连接较少，简化了电缆应用数量方便后续的维修和调试[2]。
（三）集中式系统设计
集中式系统设计与分布式系统设计形式相对立，其主要是通过扩展一个计算能力较强的计算机设备I/O接口，来集中处理各项数据信息，以实现微机保护、微机监控、自动控制等功能。集中式系统设计作为早期常用的一种自动化系统设计形式，由于在技术操作上比较成熟，因此，在现阶段我国国内依然有众多厂家采用这种设计形式，来构建数字化变电站的自动化系统。一般来说，这种系统的内部软件和硬件结构比较复杂，而且各个功能之间的独立性不强，缺乏稳定性，后期维修调试也比较困难，但该方案在具体落实上，相较于新兴的设计形式，更加可行。同时，集中式系统设计在落实过程中遇到的技术困难也比较少，所以在当前的数字化变电站自动化系统设计中依然在持续应用[3]。
结论：数字化变电站的应用能够提高电力系统运作的稳定性和自动化水平。在变电站建设中，设计者可以借助合理的继电保护设计来提高变电站的故障应对能力，并通过完善自动化系统，推进数字化变电站智能化的发展，提升其使用性能水平。本文从继电保护结构和自动化控制系统两个方面论述了数字化变电站的设计流程，深入分析了数字化变电站保护和控制机制的运行机理，为数字化变电站的设计工作提供一定的借鉴参考。
参考文献：
[1]方鹏,高亚栋,吴祖咸.基于Revit平台的变电站三维数字化设计的关键因素研究[J].微型电脑应用,2020,36(05):92-95.
[2]黄岗,肖雪梅,何维.110 kV数字化变电站扩建主变的关键技术问题[J].农村电气化,2020(05):15-16.
[3]龚雪武.数字化变电站继电保护及自动化系统设计[J].机电工程技术,2019,48(04):174-177.