智能變電站繼電保護(hù)配置方案研究

周正龍

摘 要：文章通過對三層兩網(wǎng)智能變電站特點(diǎn)的要求提出了分層配置的繼電保護(hù)配置方案。在過程層中安排有變壓器保護(hù)以及線路保護(hù)等間隔保護(hù)，它能夠進(jìn)行獨(dú)立跳閘，不必依賴于過程層的交換機(jī)。在間隔層進(jìn)行多間隔的母線保護(hù)的配置，而跳閘保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過過程層的交換機(jī)的進(jìn)行。同時(shí)在站控層中設(shè)置有站域的智能保護(hù)單元，能夠保證站域的管理和保護(hù)。在變電站的繼電保護(hù)中，主保護(hù)通過變壓器以及線路保護(hù)來實(shí)現(xiàn)，而后備保護(hù)由站域的智能保護(hù)單元進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；主保護(hù)；后備保護(hù)；配置方案

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0015-02

1 概 述

現(xiàn)有的智能變電站的繼電保護(hù)配置方案一般采用根據(jù)對象的不同進(jìn)行保護(hù)裝置相關(guān)配置，如母線保護(hù)、主變保護(hù)、線路保護(hù)、開關(guān)保護(hù)等，與常規(guī)互感器相比，智能變電站的繼電保護(hù)配置方案將數(shù)據(jù)采集的光線接口替換掉原來裝置中的交流輸入插件，并且用光線通信接口替換了I/O接口的插件，CPU模擬量處理也改變成為了通信接口的處理。原本在常規(guī)互感器上的操作插件轉(zhuǎn)移到了智能的操作箱上。分層配置的繼電保護(hù)能夠在繼電保護(hù)的系統(tǒng)當(dāng)中滲透進(jìn)全局的信息，重新審視了繼電保護(hù)的配置以及原理，避免繼電保護(hù)中的主保護(hù)受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，這種繼電保護(hù)能夠?qū)收显M(jìn)行快速的切除，系統(tǒng)運(yùn)行方式也不會對后備保護(hù)產(chǎn)生影響，為電網(wǎng)的安全性和可靠性提供保障。

2 繼電保護(hù)配置的局限性

電網(wǎng)的主要組成包括輸電線路、變壓器以及發(fā)電機(jī)，在出現(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)為了能夠?qū)υ陔娏ο到y(tǒng)中產(chǎn)生故障的設(shè)備進(jìn)行快速自動切除，需要繼電保護(hù)裝置。它能夠起到將故障隔離開來，防止故障對于系統(tǒng)其它內(nèi)容產(chǎn)生影響，保證其它設(shè)備的正常運(yùn)行的作用。繼電保護(hù)配置一般分為后備保護(hù)和主保護(hù)兩個(gè)部分。在一般情況下，主保護(hù)部分是主要的繼電保護(hù)裝置，它不會受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，實(shí)現(xiàn)快速切除故障元件動作。而一旦主保護(hù)出現(xiàn)了拒動的情況，后備保護(hù)就起到了作用，代替主保護(hù)裝置進(jìn)行故障切除工作。后備保護(hù)的存在使得電力系統(tǒng)中即使出現(xiàn)單個(gè)的保護(hù)元件、二次系統(tǒng)或是斷路器發(fā)生問題時(shí)也能夠?qū)收线M(jìn)行及時(shí)隔離。因此在繼電保護(hù)中主保護(hù)和后備保護(hù)二者缺一不可。然而由于我國大規(guī)模電網(wǎng)的不斷建設(shè)，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)很容易發(fā)生連鎖反應(yīng)，現(xiàn)有的繼電保護(hù)與電力系統(tǒng)不相適應(yīng)，出現(xiàn)了以下幾個(gè)主要問題：

首先，繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要目的是切除電力系統(tǒng)中的故障，對于切除之后的運(yùn)行狀況沒有進(jìn)行反映，因此對于切除故障之后的電力系統(tǒng)起不到保護(hù)作用，繼電保護(hù)裝置的一些運(yùn)作可能會引起電力系統(tǒng)中其他元件的異常，嚴(yán)重甚至可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。

其次，繼電保護(hù)裝置根據(jù)本地的相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)生保護(hù)動作，因此繼電保護(hù)裝置還有最大的問題便是該裝置只能保證解決本地電網(wǎng)的故障，而忽略了故障對于整個(gè)電網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響，同時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行方式不斷改變著，繼電保護(hù)裝置難以做出全面及時(shí)的反應(yīng)。不同的保護(hù)裝置之間協(xié)調(diào)性不夠，因此對于整體系統(tǒng)的安全運(yùn)行難以保證。如果發(fā)生了聯(lián)鎖故障等情況還可能惡化電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

常用的后備保護(hù)的保護(hù)范圍較大，但是也因此不具備選擇的快速性，進(jìn)行反映的時(shí)間過長，有時(shí)會因此失去保護(hù)作用。為了能夠保證選擇性，遵循階梯時(shí)限的原則是后備保護(hù)需要遵循的原則，有時(shí)動作時(shí)限會因?yàn)殡娋W(wǎng)較為復(fù)雜而達(dá)到數(shù)秒，大大增加了后備保護(hù)之間的配合的難度。

3 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案基于分層配置的優(yōu)勢

從模擬式保護(hù)到數(shù)字式保護(hù)的發(fā)展在繼電保護(hù)的發(fā)展過程中占據(jù)了相當(dāng)長的時(shí)間，因此即使現(xiàn)在的數(shù)字式保護(hù)中仍然可以看到模擬式保護(hù)設(shè)計(jì)影子的存在。在繼電保護(hù)當(dāng)中雖然有著分層配置的優(yōu)勢，但是技術(shù)等方面仍然沒能完全發(fā)揮。

智能變電站當(dāng)中智能的一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備的應(yīng)用，將變電站中的電力設(shè)備能夠進(jìn)行相互操作以及信息的共享。因此提出了分層配置的繼電保護(hù)配置方案。它能夠讓主保護(hù)功能快速實(shí)現(xiàn)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)快速的后備保護(hù)，對于常規(guī)的繼電保護(hù)存在的問題進(jìn)行一一解決。

基于分層配置的繼電保護(hù)方案設(shè)計(jì)中，在過程層中安排有變壓器保護(hù)以及線路保護(hù)等間隔保護(hù)，它能夠進(jìn)行獨(dú)立跳閘，不必依賴于過程層的交換機(jī)。在間隔層進(jìn)行多間隔的母線保護(hù)的配置，而跳閘保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過過程層的交換機(jī)的進(jìn)行。同時(shí)在站控層中設(shè)置有站域的智能保護(hù)單元，能夠保證站域的管理和保護(hù)。在變電站的繼電保護(hù)中，主保護(hù)通過變壓器以及線路保護(hù)來實(shí)現(xiàn)，而后備保護(hù)由站域的智能保護(hù)單元進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。分層配置的繼電保護(hù)能夠在繼電保護(hù)的系統(tǒng)當(dāng)中滲透進(jìn)全局的信息，重新審視了繼電保護(hù)的配置以及原理，避免繼電保護(hù)中的主保護(hù)受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，這種繼電保護(hù)能夠?qū)收显M(jìn)行快速的切除，系統(tǒng)運(yùn)行方式也不會對后備保護(hù)產(chǎn)生影響，為電網(wǎng)的安全性和可靠性提供保障。

4 繼電保護(hù)裝置性能分析

基于分層配置的繼電保護(hù)配置方案能夠大大提升繼電保護(hù)的性能，主要體現(xiàn)在集中決策的后備保護(hù)、獨(dú)立決策的快速保護(hù)以及站域智能后備保護(hù)。

過程層中安置變壓器保護(hù)以及線路保護(hù)等主設(shè)備的保護(hù)，它的特點(diǎn)是快速切斷不需要對其他間隔信息進(jìn)行依賴，因此直接安放在過程層中，與智能操作箱通過直接相連的方式進(jìn)行信息的傳遞以交互，即使網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)生癱瘓，不會影響到繼電保護(hù)裝置中主保護(hù)的動作。傳統(tǒng)的保護(hù)性能在智能變電站中仍然有所體現(xiàn)，故障的快速切除不必依賴于外部通信。

后備保護(hù)是進(jìn)行集中控制以及決策，對變電站中基本所有的一次設(shè)備進(jìn)行后備保護(hù)，后備保護(hù)包括有母線充電保護(hù)、線路重合閘、線路過負(fù)荷保護(hù)、電源備自投、變壓器過負(fù)荷保護(hù)等，后備保護(hù)對這些設(shè)備的保護(hù)是獨(dú)立的功能模塊，模塊與模塊之間主要通過后備保護(hù)的整體邏輯進(jìn)行相互之間的配合。

后備保護(hù)中的集中處理能夠?qū)⒅悄茏冸娬局械墓δ苣K以及后備保護(hù)原理進(jìn)行統(tǒng)一，簡化各個(gè)線路以及變壓器等之間重復(fù)的保護(hù)，充分利用變電站站域中的信息，快速的得到變電站運(yùn)行變化，通過專家對故障的具體位置進(jìn)行判斷以及最終決策，如果出現(xiàn)有斷路器失靈、保護(hù)拒動等問題，通過后備保護(hù)能夠降低這些問題對故障判斷帶來的影響。在保證選擇性的同時(shí)也能夠保證快速性。將后備保護(hù)進(jìn)行集中能夠解決原本的繼電保護(hù)中由于故障切除范圍大以及電網(wǎng)復(fù)雜等原因?qū)е碌膭幼鲿r(shí)間過長等問題。

基于分層配置的智能變電站繼電保護(hù)裝置方案中，全局信息引入了站域智能的后備保護(hù)以及控制單元，不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)的后備保護(hù)進(jìn)行完善，還能夠?qū)崿F(xiàn)原本傳統(tǒng)保護(hù)方式無法實(shí)現(xiàn)的性能。

5 總 結(jié)

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)的評價(jià)主要從四個(gè)方面進(jìn)行，即快速性、選擇性、可靠性以及靈敏性。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)往往不能將這四個(gè)方面進(jìn)行合理協(xié)調(diào)。而智能變電站中基于分層配置的繼電保護(hù)配置方案則能夠很好的彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，不僅繼承了傳統(tǒng)繼電保護(hù)中的優(yōu)點(diǎn)，而且對傳統(tǒng)繼電保護(hù)中存在的缺陷與局限性進(jìn)行改善。分層配置的繼電保護(hù)能夠?qū)⑷值男畔⒁氲嚼^電保護(hù)的系統(tǒng)當(dāng)中，對繼電保護(hù)的原理以及配置進(jìn)行重新審視，從而保證主保護(hù)不會受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，這種繼電保護(hù)能夠?qū)收显M(jìn)行快速的切除，系統(tǒng)運(yùn)行方式也不會對后備保護(hù)產(chǎn)生影響，為電網(wǎng)的安全性和可靠性提供保障。

參考文獻(xiàn)：

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