淺析智能變電站技術(shù)

安英豪?陳士河

[摘 要]本文首先介紹了智能變電站的主要技術(shù)特點和創(chuàng)新概念，闡明了站域保護的功能遷移實現(xiàn)原理，將高壓線路并聯(lián)電抗器電流引入線路保護，形成了智能變電站帶并聯(lián)電抗器線路保護的新方案。

[關(guān)鍵詞]站域保護；智能變電站；電力系統(tǒng)

智能變電站是智能電網(wǎng)建設的重要節(jié)點之一，自《智能變電站技術(shù)導則》系列標準制定以來，中國的智能變電站建設走在了世界的前列。智能變電站具有信息數(shù)字化、功能互動化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等主要技術(shù)特征，符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業(yè)化應用要求。智能變電站的特點就是一次設備智能化，二次設備網(wǎng)絡化，信息一體化和高級應用普遍化。智能變電站結(jié)合了多個專業(yè)的新興技術(shù)，如智能設備、先進的傳感器技術(shù)、信息標準接口和信息平臺、堅強可靠通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，它的建成投運，可大幅提高設備的智能化水平和運行可靠性，提高了資源使用和生產(chǎn)管理效率，使運行更加經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)保。

一、智能變電站的技術(shù)特點

智能變電站避免了一次、二次設備的概念，智能變電站遵循統(tǒng)一建模，信息化數(shù)據(jù)平臺、通信過程都是標準化的。智能設備具有高可靠性，主要設備有在線檢測功能，實現(xiàn)全壽命周期管理。數(shù)字化變電站有兩大應用超越了普通變電站，即：電子式互感器和IEC61850標準的使用，優(yōu)化了站內(nèi)設備的安全性、測量精度和互操作性。智能變電站繼承了數(shù)字化變電站的相關(guān)技術(shù)，智能變電站是變電站整體技術(shù)的跨越。智能變電站的幾個創(chuàng)新概念為：

“智能設備”不但具有傳輸和分配電能的主設備本體，還具有測量、控制、保護、計量等功能，其不再強調(diào)傳統(tǒng)的一、二次設備劃分，各功能的物理形態(tài)以智能組件方式體現(xiàn)。智能設備是一次設備和智能組建的有機集合。智能組件是原來二次設備的統(tǒng)稱，其功能由一個或多個功能單元完成，其表現(xiàn)形式可以是：測控裝置、保護裝置、測控保護裝置、狀態(tài)監(jiān)測裝置、智能終端、MU等。也可以是幾個裝置的集合，如GIS匯控柜、屏柜等。

當前智能變電站的保護配置并沒有利用智能變電站的一些技術(shù)優(yōu)勢對后備保護進行優(yōu)化，仍然存在傳統(tǒng)的后備保護所固有的缺陷：通過定值和時間的配合來保證選擇性，動作速度慢；每一元件均配置多種后備保護，保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，設備投資高。展望未來智能變電站的發(fā)展，為了提高繼電保護的自動化水平、提高繼電保護的可靠性，有必要提出新一代智能變電站繼電保護的配置方案。新一代智能變電站繼電保護系統(tǒng)的架構(gòu)和配置新一代智能變電站繼電保護配置方案中，將變電站繼電保護系統(tǒng)分成三層：就地保護層、站域保護層和廣域保護層。

二、站域保護的功能及實現(xiàn)方式

1.站域保護功能。由于智能變電站采用IEC61850規(guī)約通信，能夠很容易地實現(xiàn)全站信息共享。智能變電站內(nèi)站域保護收集全站內(nèi)所有間隔的電壓、電流及斷路器、刀閘位置實時信息，可為變電站內(nèi)所有一次設備提供集中的近后備保護，即具備線路近后備、母聯(lián)后備、母線后備、斷路器失靈后備和主變后備等保護功能。這些保護功能的體現(xiàn)是一個個獨立的功能模塊，模塊之間通過站域保護的整體邏輯來相互配合，配合關(guān)系與傳統(tǒng)的繼電保護類似，但站域保護不與就地保護有功能和定值上的配合關(guān)系。

2.站域保護硬件配置方案。每套站域保護由數(shù)據(jù)采集及計算模塊、故障位置判別模塊、保護跳閘決策模塊等3個功能模塊組成，由于智能變電站能夠共享全站信息，站域保護可方便地通過過程層網(wǎng)絡收集全站內(nèi)所有間隔的電壓、電流、斷路器和刀閘位置的實時信息，可更好地改進繼電保護現(xiàn)有原理算法，對現(xiàn)有后備保護功能進行補充，可解決同桿雙回線保護所存在的各類難題，并可對帶并聯(lián)電抗器線路故障進行判別。

三、改進的雙回線線路保護方案

智能變電站的信息共享性為雙回線保護原理的優(yōu)化提供了最有利的支持。共享兩回線信息的雙回線路保護可解決傳統(tǒng)保護中所存在的難題，具體方法如下?？缇€故障保護選相，由于共享了兩回線的交流信息，保護可采用六序分量原理實現(xiàn)準確選相，也可以共享雙回線的差動繼電器動作信息實現(xiàn)后備保護的輔助選相；雙回線路縱聯(lián)零序保護易受零序互感影響而誤動，在共享雙回線信息后可綜合兩回線信息進行故障判別，可采用鄰線故障信息閉鎖本線縱聯(lián)零序的方案防止其誤動；阻抗繼電器動作范圍受鄰線運行方式影響大，容易超越或拒動，此處可采用鄰線零序電流補償方案實現(xiàn)阻抗的準確測量。同時保護還可收集兩回線開關(guān)位置、接地刀閘等信息，實時判別鄰線運行狀態(tài)，實現(xiàn)距離I段定值的自適應調(diào)整；兩回線的保護獨立完成自適應重合閘功能相當困難，在獲得鄰線的電氣量和保護跳閘信息后能采用更多的新方法實現(xiàn)故障性質(zhì)準確判別。

四、站域保護的功能遷移實現(xiàn)原理

1.線路間隔。當間隔2的電子式互感器失效，間隔2的電流無效，但是間隔1、間隔3、間隔Q的電流有效，且滿足基爾霍夫定律。將間隔1、間隔3電流合成，形成一個新的虛擬間隔P，令I(lǐng)P=-（I1+I3），那么母線和線路無故障，則IP+IQ=0，否則不為零。從通過虛擬間隔P與間隔Q保護動作邏輯的配合方式來保護線路和母線。為縮小保護切除范圍，此站域保護中的縱聯(lián)保護判出故障后可先切除間隔2的開關(guān)，此后的保護邏輯即退化成正常的母線保護和線路保護邏輯。

2.變壓器間隔。當電子式互感器失效，變壓器高壓側(cè)M的電流無效，但是間隔1、間隔2、低壓側(cè)Q的電流有效，同樣滿足基爾霍夫定律。將間隔1、間隔3電流合成，形成一個新的虛擬間隔P，令I(lǐng)P=-（I1+I3），那么母線和變壓器無故障，則IP+IQ=0，否則不為零。通過虛擬間隔P與間隔Q的差動保護的方式來保護變壓器和母線。為保護變壓器此時首先切除變壓器高低壓側(cè)開關(guān)，此后的保護邏輯即退化成正常的母線保護。

總之，站域保護通過過程層網(wǎng)絡同時引入兩回線路的電流、電壓量，結(jié)合就地線路的主保護功能，可解決現(xiàn)有變電站中雙回線保護所存在的各類困難和問題。站域保護利用反序網(wǎng)絡中母線電壓為零的特點，從線路兩側(cè)往故障點計算沿線電壓，利用由兩側(cè)計算所得故障點電壓必須相等的特點建立測距方程，可以解決單端量或雙端量故障測距原理都受雙回線間零序互感的影響而無法實現(xiàn)準確測距的缺陷。通過站域保護所獲取的信息量，可彌補電子式互感器等一次設備異常時造成的該間隔保護功能的缺失，達到快速切除故障的目的。

參考文獻：

[1] 吳國旸，王慶平，李剛.基于數(shù)字化變電站的集中式保護研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2009（10） .

[2] 何世恩，劉峻.IEC 61850數(shù)字化變電站對繼電保護專業(yè)的影響[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2009（03） ） .