變電站保護(hù)配置與設(shè)計(jì)

摘要：變電站是我國(guó)電力系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常重要的作用，因此必須做好變電站的保護(hù)措施。目前就我國(guó)智能型變電站而言，大部分采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)。以此作為基礎(chǔ)，對(duì)不同等級(jí)的電壓組網(wǎng)方式進(jìn)行討論和分析，并根據(jù)組網(wǎng)方式提出相應(yīng)的保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：變電站；保護(hù)配置；設(shè)計(jì)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）26-0104-01

一、變電站的組網(wǎng)方式概述

從變電站的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，智能變電站的主要結(jié)構(gòu)形式是開(kāi)放式的分層分布式。這種組網(wǎng)系統(tǒng)可以被分解成“三層”和“兩網(wǎng)”。這里的“三層”是指變電站層、間隔層和過(guò)程層；“兩網(wǎng)”則是指站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，里面的信息可以實(shí)現(xiàn)共享，而且具有唯一性，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)故障和運(yùn)動(dòng)狀況的信息進(jìn)行重復(fù)采集，這樣就能提高數(shù)據(jù)采集的效率，并能保證所采數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。如果將這種智能化的變電站和傳統(tǒng)的變電站進(jìn)行比較，在進(jìn)行保護(hù)配置設(shè)計(jì)時(shí)兩者的系統(tǒng)設(shè)置會(huì)有所不用，主要會(huì)出現(xiàn)三個(gè)方面的變化：一是電子化的互感器、合并單元和智能化的開(kāi)關(guān)終端會(huì)被應(yīng)用；二是過(guò)程層中的光纖和網(wǎng)絡(luò)交換器會(huì)被大量使用；三是在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)進(jìn)行大量光纜的敷設(shè)。[1]

從智能化變電站信息傳輸?shù)慕嵌葋?lái)說(shuō)，它所傳播的信息主要是MMS、SV和GOOSE三種。由于我國(guó)電壓系統(tǒng)的等級(jí)各不相同，不同的電壓等級(jí)對(duì)于信息傳輸?shù)囊蟛煌?，所以就?huì)使站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)需要傳輸?shù)男畔⒕哂泻艽蟮牟町愋?。通常情況下，對(duì)于110kV及其以下的電壓等級(jí)，在“兩網(wǎng)”進(jìn)行信息傳輸時(shí)會(huì)對(duì)雙星型的以太網(wǎng)、過(guò)程層中的SV網(wǎng)絡(luò)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)以及站控層的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行獨(dú)立的保護(hù)配置。如果網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨罅枯^小，那么就可以直接對(duì)GOOSE和SV網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一的組網(wǎng)。[2]

從110kV電壓等級(jí)的組網(wǎng)方式來(lái)看，在這個(gè)電壓等級(jí)中需要進(jìn)行合并單元和智能化終端的獨(dú)立設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要在變壓器的兩邊各設(shè)立一個(gè)智能化終端的單套裝備。從35kV或者是10kV電壓等級(jí)組網(wǎng)方式來(lái)看，可以根據(jù)屋內(nèi)開(kāi)關(guān)柜的設(shè)置情況來(lái)決定是否需要進(jìn)行智能化終端的安裝。在對(duì)常規(guī)互感器之間的間隔進(jìn)行設(shè)置時(shí)，最好實(shí)現(xiàn)合并單元和智能化終端的一體化安裝。

二、變電站保護(hù)配置設(shè)計(jì)的途徑

在對(duì)低周低壓和備自投裝置等采取保護(hù)配置時(shí)，可以選擇網(wǎng)采網(wǎng)跳的組網(wǎng)方式，也就是對(duì)GOOSE和SMV網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采樣信息的接收與跳閘信息的輸出。下面就對(duì)幾種常見(jiàn)的保護(hù)配置進(jìn)行具體分析。[3]

1.主變保護(hù)配置的設(shè)計(jì)

將110kV的三圈變壓器作為主變保護(hù)配置的分析對(duì)象。在該電壓等級(jí)中，主變保護(hù)對(duì)于穩(wěn)定性和速度要求相對(duì)比較嚴(yán)格，所以可以將主保護(hù)和后保護(hù)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，采用單套配置的設(shè)計(jì)。同時(shí)，因?yàn)橹髯儽Ｗo(hù)對(duì)于同時(shí)性和跳閘速度也有一定的要求，所以可以利用光纖進(jìn)行直接采樣和跳閘的組網(wǎng)方式。確定了組網(wǎng)方式后，其中的智能單元就可以二次硬接線(xiàn)作為媒介，與開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接。同時(shí)，還可以根據(jù)變電站的實(shí)際情況將合并單元進(jìn)行一次性配置。如果電壓等級(jí)為35kV或者是10kV，那么就可將合并單元和智能化終端進(jìn)行一體化配置。完成相關(guān)的保護(hù)配置之后就能快速提升SV和GOOSE信息傳輸?shù)男?，并保證信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

在進(jìn)行主變的后備保護(hù)中，會(huì)與母聯(lián)和分段開(kāi)關(guān)產(chǎn)生密切聯(lián)系，又因?yàn)槟嘎?lián)和分段開(kāi)關(guān)與多套保護(hù)是緊密相連的，所以可以選擇網(wǎng)絡(luò)跳閘的方法對(duì)母聯(lián)和分段開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)。在使用該方式進(jìn)行主變保護(hù)配置時(shí)，變電站中的母聯(lián)、分段斷路器、閉鎖備自投和啟動(dòng)失靈等都能使用GOOSE進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳遞。另外，該方式中的變壓器保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)失靈聯(lián)跳三側(cè)斷路器。

在主變保護(hù)裝置配置的設(shè)計(jì)中，主變本體智能化終端的戶(hù)外柜有三種表現(xiàn)形式：一是主變的智能化終端，二是非電量保護(hù)，三是主變本體測(cè)控。其中，非電量保護(hù)采用直采直跳的方式。同時(shí)，利用光纖還能將測(cè)控的信息和過(guò)程層的總線(xiàn)與間隔層的設(shè)備連接起來(lái)。

2.對(duì)線(xiàn)路的保護(hù)配置和設(shè)計(jì)

要對(duì)110kV的線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)配置和設(shè)計(jì)，最好選擇獨(dú)立完整的主保護(hù)和后備保護(hù)功能的線(xiàn)路保護(hù)裝置，并且一定要將三相一次的重新合閘功率包含在內(nèi)。在對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)配置和設(shè)計(jì)時(shí)，不管是測(cè)控一體化的保護(hù)裝置，還是合并單元和智能化的終端，都應(yīng)該選擇單套配置的方式。在對(duì)電壓進(jìn)行采樣時(shí)，可以選擇將本間隔合并單元和母線(xiàn)電壓合并單元進(jìn)行整合，并使用電壓采樣的信號(hào)來(lái)對(duì)電壓進(jìn)行保護(hù)。這樣，電壓信號(hào)和電流信號(hào)就會(huì)被整合到一起，然后共同傳輸?shù)奖Ｗo(hù)配置的間隔中，而且這種信息傳遞的方法具有很好的同步性，能保證信息傳輸?shù)男剩粫?huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)延遲的現(xiàn)象。如果變電站中的間隔線(xiàn)路保護(hù)數(shù)量較多，那么母線(xiàn)電壓在合并單元的輸出端口就會(huì)受到很大限制，一旦發(fā)生這種情況就需要利用SV網(wǎng)絡(luò)來(lái)收集電壓信號(hào)，這樣就能最大限度節(jié)約資源的空間。對(duì)35kV或者是10kV的線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)配置和設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用測(cè)控一體化的保護(hù)裝置來(lái)進(jìn)行間隔保護(hù)，并且需要使用單套配置。如有設(shè)備需要用到開(kāi)關(guān)柜，那么就應(yīng)該將測(cè)控一體化的保護(hù)裝置放到開(kāi)關(guān)柜之內(nèi)，而且最好選擇常規(guī)的互感器，使用電纜直接跳閘的方式。[4]

3.對(duì)母線(xiàn)的保護(hù)配置和設(shè)計(jì)[5]

因?yàn)橹悄芑冸娬镜慕Y(jié)構(gòu)為“三層兩網(wǎng)”，所以GOOSE跳閘的命令、發(fā)生聯(lián)跳的閉鎖信號(hào)、不同間隔之間的失靈啟動(dòng)指令和開(kāi)關(guān)的狀態(tài)都能夠通過(guò)過(guò)程層的交換機(jī)進(jìn)行信息傳輸。在這種信息傳輸方式下，過(guò)程層通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性就會(huì)對(duì)信息的傳遞產(chǎn)生巨大影響。而且在對(duì)母線(xiàn)進(jìn)行保護(hù)配置的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性也有比較高的要求，尤其是對(duì)每個(gè)間隔進(jìn)行電壓采樣的實(shí)時(shí)性和同步性的要求特別嚴(yán)格。在這種高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求之下，如果變電站的間隔數(shù)量較多就需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行傳輸，在該過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。如：數(shù)據(jù)傳遞的同步性較差，存在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不能有效保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，最后就會(huì)減慢保護(hù)動(dòng)作的速度。除了以上問(wèn)題之外，交換機(jī)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，對(duì)母線(xiàn)的保護(hù)就會(huì)產(chǎn)生很大風(fēng)險(xiǎn)。最后，當(dāng)無(wú)法獲取同步傳遞的信號(hào)時(shí)，變電站中的每個(gè)間隔的電壓采樣就無(wú)法保持同步狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生較大的保護(hù)誤動(dòng)。

正因?yàn)樯鲜鰡?wèn)題的存在，國(guó)家電網(wǎng)公司建議在對(duì)母線(xiàn)進(jìn)行保護(hù)配置和設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用直采直跳的方式。[6]在母線(xiàn)保護(hù)裝置中，對(duì)不停間隔所采集的電流值和信息SV主要是通過(guò)專(zhuān)用的光纖進(jìn)行接收。對(duì)母線(xiàn)電壓進(jìn)行采樣的數(shù)值則是利用專(zhuān)用的光線(xiàn)進(jìn)行接收；同樣，利用專(zhuān)用的光線(xiàn)還能接收到每個(gè)間隔的智能單元所發(fā)出的開(kāi)關(guān)量信息。同時(shí)，這些開(kāi)關(guān)量信息經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的邏輯判斷之后，需要利用專(zhuān)用的光纖進(jìn)行GOOSE信息的發(fā)送。對(duì)于母線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作后的閉鎖備自投GOOSE信息可通過(guò)過(guò)程層光纖以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，從而節(jié)省智能裝置的光纖網(wǎng)絡(luò)連接資源。

除了上述三種保護(hù)配置和設(shè)計(jì)外，還有對(duì)低頻低壓減載的保護(hù)配置和對(duì)備用電源自投裝置的保護(hù)配置兩種方式，這也是變電站保護(hù)配置經(jīng)常使用的方法。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文主要從主變保護(hù)配置的設(shè)計(jì)、線(xiàn)路的保護(hù)配置和母線(xiàn)的保護(hù)配置三個(gè)方面對(duì)變電站保護(hù)配置的措施進(jìn)行具體分析，為大家提供了一個(gè)思路。然而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，還是要從變電站的實(shí)際出發(fā)，選擇最合適的方式。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王祝萍）