110 kV智能變電站的繼電保護

摘 要：110 kV變電站是我國建設(shè)堅強智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的重要部分，研究110 kV智能變電站的繼電保護配置和相關(guān)的跳閘、通信要求，對推動智能變電站建設(shè)有重要意義。文章分析了智能電網(wǎng)發(fā)展對智能變電站的推動作用，介紹了智能變電站的技術(shù)特點，并結(jié)合具體的工程實踐，談了110 kV智能變電站的保護配置、跳閘、通信等問題。

關(guān)鍵詞：110 kV；智能電網(wǎng)；變電站；繼電保護

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0097-02

隨著智能電網(wǎng)發(fā)展的不斷深入，智能變電站在我國方興未艾，成為我國變電站技術(shù)發(fā)展的主流方向。工程實踐表明，智能化變電站的眾多技術(shù)分支中，繼電保護對安全性、可靠性的要求是最高的，繼電保護的安全性、速動性、可靠性也直接影響著智能變電站的運行，因此，對智能變電站的繼電保護展開深入研究，是十分必要的。

1 智能變電站的相關(guān)技術(shù)特征

1.1 智能電網(wǎng)發(fā)展帶動變電站技術(shù)革新

智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要標志，2009年，國家電網(wǎng)公司正式提出建設(shè)“堅強智能電網(wǎng)”的戰(zhàn)略規(guī)劃，智能變電站在建設(shè)“一強三優(yōu)”電網(wǎng)的過程中，發(fā)揮著重要的作用。

智能電網(wǎng)的發(fā)展極大的推動了變電站技術(shù)進步，現(xiàn)代計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護和計量裝置及系統(tǒng)分隔的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)。此外，數(shù)字化變電站所依賴的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)取得了長足的進步，實現(xiàn)數(shù)字化變電站已經(jīng)具備了以下條件：

①隨著電力設(shè)備技術(shù)的不斷進步，系統(tǒng)中的關(guān)鍵一次設(shè)備也實現(xiàn)了智能化。

②與智能變電站發(fā)展相適應(yīng)的新型互感器，包括電子式互感器和光互感器等，均已經(jīng)研發(fā)成功并獲得推廣使用。

③更加高速和可靠的光纖以太網(wǎng)技術(shù)為智能變電站構(gòu)建實時通信網(wǎng)絡(luò)提供了有力支撐。

④面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模技術(shù)不斷發(fā)展，解決變電站內(nèi)設(shè)備的互操作問題成為可能。

⑤IEC 61850協(xié)議的制定與推廣，為智能變電站全站構(gòu)筑統(tǒng)一的平臺提供了堅實的基礎(chǔ)。

在此背景下，國家電網(wǎng)公司大量投資興建智能變電站，從2009年至今，我國新建的變電站基本上均為智能變電站。

1.2 智能變電站的技術(shù)特點

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站的技術(shù)特點集中體現(xiàn)在以下幾個方面：

①基于IEC 61850的實行，智能變電站設(shè)備的互操作性大大提升，為變電站設(shè)備的交互提供了統(tǒng)一的平臺。

②大量的電力光纜取代了傳統(tǒng)的電纜，極大地降低了站內(nèi)的接線工作量，提高了接線效率，提升了測量精度，提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

③從根本上解決抗干擾問題；應(yīng)用電子式互感器解決傳統(tǒng)互感器固有問題，電子式互感器由于自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，不存在困擾傳統(tǒng)互感器的TA斷線、TA飽和、CVT暫態(tài)特性等問題。由于不再采用電纜接線，因此也消除了電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題。

2 智能變電站的繼電保護架構(gòu)體系

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站的繼電保護架構(gòu)更加簡單明晰，全站都基于IEC 61850協(xié)議，設(shè)備之間通過統(tǒng)一的模型文件實現(xiàn)通信。變電站可以可以劃分為“三層兩網(wǎng)”，即：站控層、間隔層和過程層的三層邏輯架構(gòu)，以及兩兩之間構(gòu)成的站控層網(wǎng)絡(luò)與過程層網(wǎng)絡(luò)。

其中，站控層網(wǎng)絡(luò)的功能主要是實現(xiàn)整站的控制功能，包括保護定值的召喚、修改，以及錄波文件的傳送等，而過程層網(wǎng)絡(luò)則主要實現(xiàn)整個中間過程，包括間隔層設(shè)備的模擬量、開關(guān)量傳送，以及各類跳閘和閉鎖信號的實現(xiàn)等，因此，過程層網(wǎng)絡(luò)對智能變電站而言，是最關(guān)鍵的中間環(huán)節(jié)。

3 110 kV智能變電站的保護配置情況

目前，在國內(nèi)已經(jīng)興建了多座智能變電站，220 kV及以上均為示范工程，但很多變電站嚴格意義上說，只實現(xiàn)了大部分的智能變電站功能，真正實現(xiàn)全站智能化的變電站還不多。

以某地區(qū)110 kV變電站為例，該變電站全站均采用了電子式互感器，在模擬量采樣上，實現(xiàn)了一次設(shè)備智能化，但整站尚未建立一體化的智能平臺。如圖1所示，某110 kV智能變電站的系統(tǒng)整體聯(lián)網(wǎng)方案，110 kV變電站使用常規(guī)開關(guān)作為主開關(guān)，雖然未能實現(xiàn)智能變電站發(fā)展的最終獨立組網(wǎng)要求，但其在自動化系統(tǒng)、繼電保護配置、網(wǎng)絡(luò)通信方面，都成功的實現(xiàn)了智能化配置，是目前110 kV智能變電站的典型代表。

如圖1所示，變電站內(nèi)過程層使用了GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)方式，根據(jù)110 kV變電站的需求，保護配置了所需要的母差保護裝置、線路縱差保護裝置、35 kV分段保護、主變壓器保護、故障錄波裝置等，此外，對110 kV母差、主變及智能終端，合并單元按雙重化配置，均體現(xiàn)了智能變電站的配置要求。

3.1 110 kV線路保護

相對110kV智能變電站而言，應(yīng)將站內(nèi)保護、監(jiān)測和控制功能綜合為一體，根據(jù)間隔情況單套設(shè)置。對線路的保護直接采樣，直接跳到斷路器；在GOOSE網(wǎng)使用斷路器失靈、重合閘等相關(guān)功能。從SMV網(wǎng)絡(luò)中獲取線路MU的電流電壓量，同時通過GOOSE網(wǎng)獲取線路開關(guān)信號并實現(xiàn)對開關(guān)刀閘的遙控。

線路間隔內(nèi)設(shè)有保護測控裝置，僅與GOOSE網(wǎng)絡(luò)進行交換信息，其余全部使用點對點連接，其數(shù)據(jù)傳輸方式是直接與合并單元和智能終端連接，期間對數(shù)據(jù)進行打包，再由光纖傳送到SV網(wǎng)，同時傳送給保護測控裝置；如遇跨間隔信息接入保護測控裝置，則使用GOOSE網(wǎng)傳輸。

3.2 110 kV變壓器保護

110 kV主變差動及后備保護測控一體化裝置，分別以光纖直聯(lián)的方式接入三側(cè)合并單元（MU）的電流電壓量；與三側(cè)智能終端也是以光纖直聯(lián)的方式接入開關(guān)量信號并實現(xiàn)跳閘和遙控，主變后備保護動作通過GOOSE網(wǎng)實現(xiàn)對主變?nèi)齻?cè)分段開關(guān)的跳閘。

3.3 110 kV母聯(lián)（分段）保護

母聯(lián)保護與線路保護基本相同，但結(jié)構(gòu)上更簡單。母聯(lián)保護裝置與合并單元、智能終端直接相連，不必進行數(shù)據(jù)交換，就可以實現(xiàn)直接采樣、直接跳閘；并且母聯(lián)保護裝置、合并單元、智能終端，都可以經(jīng)過彼此獨立的GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)，實現(xiàn)跨間隔傳輸信號。從SMV網(wǎng)絡(luò)中獲取分段MU的電流電壓量，同時通過GOOSE網(wǎng)獲取分段開關(guān)信號并實現(xiàn)對開關(guān)的跳合閘以及刀閘的遙控。

3.4 保護跳閘

對于單間隔及需要快速動作的保護應(yīng)直接跳閘。對于涉及多間隔的保護，采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式跳閘，相關(guān)設(shè)備應(yīng)滿足保護對可靠性和快速性的要求。

以下保護采用直接跳閘：

①主后一體化保護測控跳主變各側(cè)開關(guān)及開關(guān)量采集；

②110 kV線路保護測控跳本側(cè)開關(guān)及開關(guān)量采集；

③母聯(lián)保護測控跳本側(cè)開關(guān)及開關(guān)量采集。

以下保護采用GOOSE網(wǎng)跳閘：

①主后一體化保護測控跳各側(cè)母聯(lián)；

②110 kV線路保護測控跳小電源線；

③110 kV線路測控開關(guān)量采集；

④110 kV備自投保護跳閘；

⑤低頻低壓減載保護跳閘。

3.5 保護采樣

保護采樣均采用61850-9-2規(guī)約。

以下保護采用直接采樣：

①主后一體化保護測控采樣；

②110 kV線路保護測控采樣；

③母聯(lián)保護測控裝置采樣；

④電度表采樣。

以下保護采用SMV網(wǎng)絡(luò)采樣：

①110 kV備自投保護采樣；

②110 kV線路測控采樣；

③低頻低壓減載保護采樣；

④故障錄波采樣。

4 結(jié) 語

智能變電站技術(shù)是一個綜合性和技術(shù)性很強的領(lǐng)域，智能變電站內(nèi)部保護的運行不是孤立的，變電站的技術(shù)發(fā)展受到電網(wǎng)架構(gòu)、變電站選址、站內(nèi)設(shè)備運行情況、電力網(wǎng)絡(luò)通信情況等各種外部因素的影響，不斷學(xué)習(xí)110 kV智能變電站的繼電保護技術(shù)，熟悉智能變電站從巡視、操作到維護、故障處理的知識，對提升變電站整體水平，加強設(shè)備安全可靠性具有重要意義，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能變電站繼電保護的運行技術(shù)仍需要電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)人員不斷探索和學(xué)習(xí)。

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