智能變電站區(qū)域差動保護(hù)技術(shù)研究

宋保泉，張延鵬，張武洋

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

智能變電站普遍采用電子式互感器，電子式互感器技術(shù)相對不夠成熟，現(xiàn)場運行故障率較高，而常規(guī)電流互感器 (TA)在運行中也有一定的故障率［1］。變電站一次間隔TA故障時，相應(yīng)一次間隔必須立即停電檢修，造成變電站停電損失［2］。智能變電站以信息共享為主要特征，間隔層可獲得變電站內(nèi)全部的電流量和出線對側(cè)電流量［3］。因此，在包括變電站全站及所有出線的范圍內(nèi)，實現(xiàn)區(qū)域性差動保護(hù)，避免TA故障時，一次間隔停電檢修，以此提高智能變電站一次設(shè)備利用率和變電站供電可靠性。

1 區(qū)域差動保護(hù)原理

1.1 保護(hù)原理

區(qū)域差動保護(hù)是在智能變電站全站信息共享的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對變電站全站及所有出線范圍內(nèi)擴(kuò)充式差動保護(hù)，對各線路及變壓器差動保護(hù)有效后備。保護(hù)范圍如圖1所示。

典型變電站主接線如圖1所示，范圍1虛線框內(nèi)為母差保護(hù)的保護(hù)范圍，范圍2為區(qū)域差動保護(hù)的保護(hù)范圍。根據(jù)圖1所示，相比較母差保護(hù)的保護(hù)范圍，區(qū)域差動保護(hù)的保護(hù)范圍延伸到所有與母線連接的線路和變壓器的末端，實現(xiàn)了母線、線路、變壓器整體的區(qū)域保護(hù)。

圖1 區(qū)域差動保護(hù)的保護(hù)范圍

智能變電站是以全站信息共享為主要特征，區(qū)域差動保護(hù)以信息共享為基礎(chǔ)，保護(hù)裝置可以從過程層網(wǎng)絡(luò)中得到全站包括線路對側(cè)的所有電流向量。正常運行時，區(qū)域差動作為母線差動保護(hù)、線路差動保護(hù)、變壓器差動保護(hù)的后備。當(dāng)母線上某一個TA故障時，母線差動保護(hù)和相關(guān)元件差動保護(hù)退出，由線路對側(cè)TA或變壓器低壓側(cè)TA構(gòu)成區(qū)域差動保護(hù)。當(dāng)母線上兩個以上TA故障，區(qū)域差動保護(hù)不適用。

1.2 線路間隔TA退出運行保護(hù)動作原理

當(dāng)線路間隔TA發(fā)生故障，但一次系統(tǒng)無法暫停供電時，利用線路對側(cè)TA與母線上其他未故障TA共同構(gòu)成母線與線路的差動保護(hù)。保護(hù)范圍如圖2所示。

圖2 TA2故障時區(qū)域差動保護(hù)的保護(hù)范圍

如圖2所示，當(dāng)TA2故障退出運行時，母線差動保護(hù)和線路1差動保護(hù)退出，由TA3、TA4、TA5、TA6(TA6為線路對側(cè)TA)構(gòu)成區(qū)域差動保護(hù)，保護(hù)范圍為母線和線路1全長。

此時區(qū)域差動保護(hù)應(yīng)讀入線路1的線路保護(hù)定值和參數(shù)，對線路電容電流進(jìn)行補償，保證正常運行時無差流。區(qū)域保護(hù)利用TA3、TA4、TA5的合流進(jìn)行線路1保護(hù)的失靈保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)、測距、重合后加速等邏輯的判定，保證線路1的后備保護(hù)和自動功能的完備。母線或線路1發(fā)生故障時，由區(qū)域差動保護(hù)動作跳開線路1所連接的母線和線路1。

1.3 變壓器間隔TA退出運行保護(hù)動作原理

當(dāng)變壓器間隔TA發(fā)生故障，但一次系統(tǒng)無法暫停供電時，利用變壓器對側(cè)TA與母線上其他未故障TA共同構(gòu)成母線與變壓器的差動保護(hù)。保護(hù)邏輯如圖3所示。

圖3 TA8故障時區(qū)域差動保護(hù)的保護(hù)范圍

如圖3所示，當(dāng)TA4故障退出運行時，母線差動保護(hù)和變壓器1差動保護(hù)退出，由 TA2、TA3、TA5、TA8(TA8為變壓器低壓側(cè)TA)構(gòu)成區(qū)域差動保護(hù)，保護(hù)范圍為母線和變壓器。

此時區(qū)域差動保護(hù)應(yīng)讀入變壓器1的變壓器保護(hù)定值和參數(shù)，區(qū)域差動保護(hù)投入涌流閉鎖功能，保證在合應(yīng)涌流下，差動保護(hù)不誤動。區(qū)域保護(hù)利用TA2、TA3、TA5的合流進(jìn)行變壓器的失靈保護(hù)、距離保護(hù)、復(fù)壓過流保護(hù)、方向零序保護(hù)、啟動風(fēng)冷、閉鎖有載調(diào)壓等邏輯的判定，保證變壓器1的后備保護(hù)和自動功能的完備。母線或變壓器1發(fā)生故障時，由區(qū)域差動保護(hù)動作跳開變壓器1所連接的母線和變壓器1。

2 區(qū)域差動保護(hù)實現(xiàn)需解決的問題

2.1 區(qū)域差動保護(hù)的TA接入方式

區(qū)域差動保護(hù)投入時，需要對全站TA電流和對側(cè)線路TA電流量進(jìn)行采集。在變電站間隔過多、直接采樣的組網(wǎng)方式情況下，如果全部電流量接入裝置，會造成裝置光口數(shù)量過多，發(fā)熱嚴(yán)重。因此在過程層為網(wǎng)絡(luò)采樣的條件下，站域差動保護(hù)易于實施，如圖4(a)所示。在過程層為直接采樣的條件下，線路對側(cè)電流 (或變壓器低壓側(cè)電流)需接入本側(cè)線路間隔合并單元 (或本側(cè)變壓器間隔合并單元)，由本側(cè)間隔合并單元實現(xiàn)同步后，引入?yún)^(qū)域差動保護(hù)，如圖4(b)所示。

2.2 區(qū)域差動保護(hù)實現(xiàn)方式

區(qū)域差動保護(hù)可以單獨保護(hù)裝置實現(xiàn)，也可由母線保護(hù)的功能擴(kuò)充實現(xiàn)。母線保護(hù)已接入全站本側(cè)電流，物理鏈路已存在，具備實現(xiàn)區(qū)域差動保護(hù)的基礎(chǔ)。母線保護(hù)的區(qū)域差動保護(hù)功能擴(kuò)充，除引入全站所有間隔的保護(hù)邏輯和保護(hù)定值外，還應(yīng)輸入線路參數(shù)和變壓器參數(shù)，從而實現(xiàn)區(qū)域差動保護(hù)功能。

2.3 區(qū)域差動保護(hù)運行邏輯

區(qū)域差動保護(hù)邏輯應(yīng)對母線、線路區(qū)域差動和母線、變壓器區(qū)域差動應(yīng)有區(qū)別，判斷出TA故障時，自動投入相應(yīng)的區(qū)域差動保護(hù)。當(dāng)區(qū)域差動保護(hù)動作時，先切斷線路或變壓器元件，保證開關(guān)跳開，延時0.1 s，投入母線差動，保護(hù)邏輯如圖5所示。

圖5 區(qū)域差動保護(hù)邏輯

當(dāng)線路 (或變壓器)TA故障時，投入母線、線路 (或變壓器)區(qū)域差動保護(hù)。此時如果線路(或變壓器)發(fā)生故障，區(qū)域差動保護(hù)切除線路(或變壓器);如果母線發(fā)生故障，區(qū)域差動保護(hù)先切除線路 (或變壓器)，延時0.1 s投入母差保護(hù)，由母差保護(hù)切除故障母線。

3 結(jié)論

a.區(qū)域差動保護(hù)避免了TA故障時，一次間隔停電檢修，提高智能變電站供電可靠性。

b.在智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)采樣和直接采樣的條件下，均可以實現(xiàn)區(qū)域差動保護(hù)。

c.在目前智能變電站技術(shù)條件下，區(qū)域差動保護(hù)應(yīng)由母線保護(hù)功能擴(kuò)展實現(xiàn)。

d.區(qū)域差動應(yīng)由單一TA故障判別元件啟動，出口跳開故障TA間隔，并經(jīng)延時啟動母差保護(hù)。

［1］吳興林，楊 飛，李華強，等.馬山智能變電站VFTO對繼電保護(hù)的影響 ［J］.東北電力技術(shù)，2013，34(4)16－20.

［2］李 巖，趙立軍.智能變電站二次調(diào)試方法研究 ［J］.東北電力技術(shù)，2012，33(7):43－45.

［3］張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術(shù)應(yīng)用研究分析［J］.東北電力技術(shù)，2012，33(5):1－3.