智能化變電站繼電保護(hù)方案研究

劉泊辰

(山東淄博供電公司變電檢修工區(qū)，山東 淄博 255000)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，國網(wǎng)公司在全國各地已陸續(xù)開展了智能變電站的試點建設(shè)及運(yùn)行工作[1]，按照“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃及建設(shè)”的原則，在對完成建設(shè)及已投入運(yùn)行的智能變電站進(jìn)行經(jīng)驗總結(jié)后相關(guān)的規(guī)范逐步出臺，本文結(jié)合已投運(yùn)的智能變電站運(yùn)行經(jīng)驗及已頒布的技術(shù)規(guī)范，探討了智能變電站繼電保護(hù)配置方案。

1 智能變電站繼電保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)對比

1.1 保護(hù)裝置的設(shè)計

智能變電站的保護(hù)裝置是采用統(tǒng)一的IEC61850通信規(guī)范的，具有以下 3個核心功能，即 SMV、MMS和GOOSE。其中SMV的主要功能是為采樣值傳輸服務(wù)，屬于過程層部分；GOOSE的主要功能是完成各個裝置間的數(shù)據(jù)交換，屬于間隔層部分，其徹底改變了傳統(tǒng)變電站的二次設(shè)計，而MMS的主要功能是用于后臺和裝置之間的數(shù)據(jù)交互，屬于站控層部分。

在傳統(tǒng)的變電站中，其繼電保護(hù)裝置是通過背板端子引入至屏柜的端子排中的，是否加載保護(hù)壓板要根據(jù)實際需要而定，利用端子排間的二次電纜完成了各保護(hù)屏柜之間的連接。而智能變電站則是采用了 GOOSE功能，將二次回路連接轉(zhuǎn)換為GOOSE網(wǎng)絡(luò)的通信連接，根據(jù)實際需要各二次設(shè)備廠家可提供裝置的 GOOSE端子定義，設(shè)計院根據(jù)相關(guān)的定義完成 GOOSE網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計工作，設(shè)備廠家經(jīng)過設(shè)計文件和 GOOSE組態(tài)文件來形成變電站的SCD文件[2]，這樣各設(shè)備廠家就會使用全站統(tǒng)一的SCD文件，對GOOSE網(wǎng)絡(luò)收發(fā)信息進(jìn)行提取并發(fā)送至裝置側(cè)。

從上述數(shù)據(jù)傳輸過程可以看出采用了 GOOSE網(wǎng)絡(luò)將大為減少二次電纜的使用量，不但簡化了設(shè)計，而且節(jié)約了建設(shè)運(yùn)行成本，同時也減小了屏柜間的接線量，現(xiàn)場施工調(diào)試的工作量等，對于縮短變電站的建設(shè)周期是十分有利的。

1.2 保護(hù)裝置的程序化操作

在傳統(tǒng)的變電站中，對于繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行壓板投運(yùn)時需要兩名運(yùn)行人員同時進(jìn)行的，由1名運(yùn)行人員核對壓板名稱，另一名運(yùn)行人員根據(jù)操作票讀取“操作內(nèi)容”并進(jìn)行操作，操作完成后由監(jiān)護(hù)人員檢查壓板投運(yùn)是否正確，一般操作一塊壓板需要1～2min，而多塊壓板的投運(yùn)則需要進(jìn)行多次重復(fù)操作，不但效率低下而且特別容易引發(fā)誤操作。

由于智能變電站是采用 IEC61850通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)的，因此只是在其保護(hù)屏上保留了一塊“投檢修狀態(tài)”的硬壓板，而沒有必要保留其他硬壓板，由軟壓板就可以實現(xiàn)傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)的全部功能，實現(xiàn)了二次設(shè)備的程序化管理和操作，同時保護(hù)裝置還具有切換保護(hù)定值區(qū)的功能[3]。在后臺可以同時一次性地操作多塊軟壓板，不斷縮短了操作時間，而且能夠有效地防止誤操作，對提高整個變電站的安全運(yùn)行水平具有積極的意義。

2 站內(nèi)各設(shè)備的保護(hù)配置方案

2.1 線路保護(hù)

對于智能變電站的線路保護(hù)而言，站內(nèi)的測控及保護(hù)功能宜進(jìn)行一體化的集成并按照間隔單套來配置[4]。線路保護(hù)可完成直接采樣和直接跳斷路器的功能，經(jīng)過 GOOSE網(wǎng)絡(luò)啟動斷路器后能夠完成斷路器失靈保護(hù)及重合閘等功能。線路的保護(hù)的具體實施方案如圖1所示，保護(hù)間隔內(nèi)除了與GOOSE網(wǎng)進(jìn)行信息交換外，都是采用點對點的信息傳輸方式，合并單元和智能終端都是直接連接的，保護(hù)測控裝置與合并單元集合后實現(xiàn)了直接采樣和數(shù)據(jù)傳輸功能，與智能終端配合后實現(xiàn)了跳閘功能。

其中在線路和母線上所安裝的電子式互感器在通過電流和電壓信號后，在接入合并單元，相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過打包匯總后在經(jīng)過光纖送至測控裝置及 SV網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。當(dāng)有跨間隔的信息進(jìn)入測控裝置時應(yīng)采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

圖1 事故信號回路圖

2.2 變壓器保護(hù)

按照相關(guān)的規(guī)程要求，智能變電站的變壓器保護(hù)應(yīng)采用雙套保護(hù)進(jìn)行配置，即進(jìn)行主、后備保護(hù)一體化的配置方式，且后備保護(hù)可采取與測控裝置一體化的配置方式進(jìn)行配置。當(dāng)智能變電站的保護(hù)裝置采用上述保護(hù)進(jìn)行配置時，其各側(cè)的合并單元（MU）和智能終端也應(yīng)采用雙套的配置法方式，中性點的電流及間隙電流應(yīng)并入相應(yīng)側(cè)的MU。

變壓器保護(hù)采用直接采樣的模式，將各側(cè)斷路器進(jìn)行連接，通過 GOOSE網(wǎng)絡(luò)可將分段斷路器及閉鎖備自投進(jìn)行連接，通過 GOOSE網(wǎng)絡(luò)接受失靈保護(hù)的跳閘命令，實現(xiàn)失靈保護(hù)各側(cè)斷路器的跳閘功能。智能變電站內(nèi)變壓器的高、中、低壓側(cè)合并單元得到的電流電壓信號都是直接送至 SV網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的，且數(shù)據(jù)是單向傳遞的，SV網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)從不送至保護(hù)裝置側(cè)，這就實現(xiàn)了信號的直接采樣功能；高、中、低壓側(cè)的智能終端除了直接連接 GOOSE網(wǎng)絡(luò)外還與變壓器的保護(hù)裝置相連，保護(hù)裝置直接通過智能終端進(jìn)行跳閘。

3 智能變電站GOOSE組網(wǎng)方案

根據(jù)智能變電站的設(shè)計規(guī)范及試點工程的實際運(yùn)行經(jīng)驗，綜合考慮GOOSE網(wǎng)絡(luò)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，以220kV智能變電站為例所設(shè)計的GOOSE組網(wǎng)方案如圖2所示。國內(nèi)大多數(shù)220kV智能變電站多采用母線的接線方式[5]，其繼電保護(hù)也按雙重化的配置標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，同時為了確保保護(hù)裝置的安全性、交換及母線等間隔都應(yīng)按照分散的原則進(jìn)行分配，且雙重化的交換機(jī)應(yīng)分別安裝在主保護(hù)屏及雙套路線路上，以星型單網(wǎng)方式完成間隔交換機(jī)及母線交換機(jī)的連接。

圖2 某10kV配電網(wǎng)簡化接線圖

該智能變電站220kV雙母線間隔結(jié)構(gòu)中一個線路保護(hù)的信號聯(lián)系表如表1所示。

表1 配電線路故障診斷結(jié)果

從表1可以看出，主變間隔與出線間隔之間的信號是不構(gòu)成聯(lián)系的，只有每個間隔與母線保護(hù)才構(gòu)成信號聯(lián)系，開關(guān)刀閘內(nèi)的信號與間隔內(nèi)的線路保護(hù)在間隔交換機(jī)內(nèi)構(gòu)成了數(shù)據(jù)傳輸通路，只經(jīng)過兩級交換機(jī)即可完成母線保護(hù)與智能一次設(shè)備的信號聯(lián)系，按照間隔來劃分母線交換機(jī)的 VLAN，進(jìn)而對各間隔的 GOOSE報文進(jìn)行隔離，減小了報文幀排隊的延時時間，且只要斷開母線交換機(jī)與間隔交換機(jī)即可斷開連接，檢修措施安全可靠。

4 結(jié)論

隨著智能變電站試點工程的逐步開展，智能變電站建設(shè)和運(yùn)行規(guī)范陸續(xù)頒布，在繼電保護(hù)方面智能變電站采取了“網(wǎng)網(wǎng)分離”和“直采直跳”的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高了變電站運(yùn)行的可靠性和安全性。

[1]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京:電力工業(yè)出版社, 1999.

[2]王松,黃曉明.GOOSE報文過濾方法研究[J].電力系統(tǒng)自動化,2008,32(19):54-57.

[3]Q/GDW 161—2007線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范.2007.

[4]操豐梅,宋小舟,秦應(yīng)力.基于數(shù)字化變電站過程層的分布式母線保護(hù)的研制[J].電力系統(tǒng)自動化,2008,32(4):69-72.

[5]殷志良,劉萬順,楊奇遜,等.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的過程總線通信研究與實現(xiàn)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2005,25(8):84-89.