智能化變電站的繼電保護(hù)方案分析

史天翔 董桐宇

[摘要]本文分析了智能化變電站存在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探討了智能變電站繼電保護(hù)的配置和原則，具體的保護(hù)方案。

[關(guān)鍵詞]智能化變電站;繼電保護(hù);方案

一、智能化變電站存在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、智能的變電站在保護(hù)裝置方面采取統(tǒng)一的通信準(zhǔn)則，通信方面的準(zhǔn)則也是通信的規(guī)范在設(shè)備的行為和設(shè)備的描述性方面的特征以及數(shù)據(jù)方面的命名，數(shù)據(jù)定義和通用配置語(yǔ)言方面都屬于這個(gè)通信準(zhǔn)則的范圍之內(nèi)，它和傳統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)注進(jìn)行比較的話，很明顯的可以得出一個(gè)簡(jiǎn)單的通信規(guī)約，這是整個(gè)數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，為了加強(qiáng)對(duì)設(shè)備之間可操作性，就可以在不同的廠家之間實(shí)現(xiàn)無(wú)漏洞的連接，也就是讓變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)中的對(duì)象通過(guò)這樣的系統(tǒng)建立起統(tǒng)一的模型。運(yùn)用MMS功能運(yùn)用到裝置和后臺(tái)之間，進(jìn)行數(shù)據(jù)方面的交換也就是整個(gè)間隔層的部分，SMV的需要服務(wù)到采樣值方面的傳輸也就是在整個(gè)過(guò)程層的部分。

2、電子式的互感器，把傳感的模塊和整個(gè)合并單元兩個(gè)部分，共同構(gòu)建成為一個(gè)電子式特征的互感器，整個(gè)傳感器的模塊還可以叫做遠(yuǎn)端的模塊，在對(duì)高壓一次側(cè)進(jìn)行安裝的時(shí)候，需要對(duì)于一次側(cè)電壓電流方面進(jìn)行實(shí)際的采集，以及有序的轉(zhuǎn)換之后，轉(zhuǎn)變成為數(shù)字的信號(hào)，在整個(gè)二次側(cè)安裝合并的單元，對(duì)于合并處理器方面，各個(gè)相遠(yuǎn)端模塊進(jìn)行信號(hào)方面的傳輸，在整個(gè)智能的變電站之中，把二次元設(shè)備與電子式互感器之間的接口，以及相關(guān)的裝置進(jìn)行合并，讓它們行使各自的職責(zé)，對(duì)于合并的信號(hào)以及同步的數(shù)據(jù)、信號(hào)方面的分配以及供電，和傳統(tǒng)的電流、電壓互感器之間進(jìn)行對(duì)比，整個(gè)電子式電壓方面的互感器以及電流方面的互感器，本身具有寬頻帶而且動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍很大，它還不含鐵芯具有很高的測(cè)量準(zhǔn)確度，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的傳輸方面的性能。

二、智能變電站繼電保護(hù)的配置和原則

1、繼電保護(hù)設(shè)備作為智能電網(wǎng)變電站的重要組成部分，在滿足靈敏性、選擇性、速動(dòng)性、可靠性要求的前提下，可將其配置分為過(guò)程層和變電站層二個(gè)方面內(nèi)容;過(guò)程層：一次設(shè)備配置獨(dú)立的主保護(hù)，就近下放安裝或和一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化，各間隔保護(hù)實(shí)現(xiàn)分布式安裝，雙重化配置;變電站層：后備保護(hù)集中式配置，站內(nèi)各電壓等級(jí)統(tǒng)一集中配置，集中式后備保護(hù)采用自適應(yīng)和在線實(shí)時(shí)整定技術(shù)，同時(shí)具備廣域保護(hù)的接口，能夠?qū)崿F(xiàn)廣域保護(hù)的功能，也是雙重化配置。

對(duì)于一次設(shè)備，過(guò)程層配置單獨(dú)主保護(hù)，如果該設(shè)備是智能設(shè)備，那么保護(hù)設(shè)備是可在設(shè)備內(nèi)部安裝，否則可將保護(hù)設(shè)備、合并器與測(cè)控設(shè)備等安裝在離設(shè)備較近的匯控柜中，以便簡(jiǎn)化設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)。全站通過(guò)以太網(wǎng)統(tǒng)一傳輸GOOSE和采集量。除了分布式保護(hù)之間的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步，無(wú)需IEEE1558外，其余系統(tǒng)全站都運(yùn)用IEEE1588對(duì)時(shí)。

該方案不僅簡(jiǎn)化全站保護(hù)，同時(shí)也大大縮短了保護(hù)與被保護(hù)設(shè)備間的距離，可避免通信鏈路，如跳閘及采樣等不可靠性引起的保護(hù)功能失效。這樣的話，全站網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗將集中在錄波及監(jiān)控上，而繼電保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)消耗將減少。

2、以110kV變電站為例，該站的連接，變電站電壓等級(jí)更高的對(duì)比度，連接形式及設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單。保護(hù)配置只需要滿足以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)傳統(tǒng)繼電保護(hù)，選擇性，靈敏可靠，快速等四項(xiàng)性能要求，被稱為“四性”。智能變電站繼電保護(hù)，繼續(xù)滿足“安全要求四性能”等實(shí)際工程的要求。

（2）110kV變電站以上的電壓等級(jí)高，為兩段連接形式的雙和單總線，具備一定的條件，可以安裝電子式電流、電壓互感器。

（3）變電站110kV電壓等級(jí)高，基于SE/GOOSE網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)層，站控層和MMS的網(wǎng)絡(luò)之間互不十?dāng)_，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)保護(hù)，每個(gè)數(shù)據(jù)之間的控制器是獨(dú)立的。

（4）110kV及以下電壓等級(jí)變電站在接地安裝保護(hù)裝置，可與智能終端功能的集成。

（5）為保護(hù)和監(jiān)控裝置，110kV變電站電壓等級(jí)低。

（6）對(duì)主變壓器，合并單元，每一方應(yīng)進(jìn)行冗余配置，用于配置單套以及其他合并單元之間的間隔，110kV變電站電壓等級(jí)低。

（7）所有的合并單元，過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)信息應(yīng)被記錄，并記錄故障記錄和分析網(wǎng)絡(luò)報(bào)告記錄。數(shù)據(jù)接口控制器和記錄裝置對(duì)應(yīng)，MMS和GOOSE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是互不干涉。

3、繼電保護(hù)過(guò)程層

智能變電站的繼電保護(hù)，重要的過(guò)程層設(shè)備，設(shè)備，部件和設(shè)備。具有快速跳閘功能的裝置的主保護(hù)配置，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)、母線差動(dòng)保護(hù)。智能變電站線路保護(hù)中應(yīng)采取的保護(hù)和監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，與變電站靠近變電站繼電保護(hù)，和一個(gè)單一的組分配根據(jù)間隔。

線路保護(hù)與控制裝置不僅和GOOSE網(wǎng)絡(luò)鏈接交換信息，而合并單元和智能終端實(shí)施一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)連接。保護(hù)與控制裝置的變電站將不通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到其他單元，但直接將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端，并直接向開(kāi)關(guān)控制。由于線和總線的電子變壓器，在控制信號(hào)，可以通過(guò)合并單元封裝，將控制信號(hào)發(fā)送到SV單元，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)監(jiān)控功能。此外，區(qū)間數(shù)據(jù)可以保護(hù)測(cè)控裝置通過(guò)相應(yīng)的傳入的GOOSE網(wǎng)絡(luò).

4、智能變電站中的變壓器保護(hù)分布式雙套配置，就是主保護(hù)與后備保護(hù)裝置，如主、后備保護(hù)單獨(dú)的配置，后備保護(hù)應(yīng)與集成控制裝置一同時(shí)要彼此合并單元，智能終端配置相應(yīng)數(shù)量，保護(hù)直接對(duì)變壓器各數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣分析，直接跳開(kāi)各側(cè)斷路器;其他如啟動(dòng)失靈及其他保護(hù)配合信號(hào)由GOOSE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息傳輸變壓器非電量保護(hù)就地直接通過(guò)電纜接入斷路器跳閘，現(xiàn)場(chǎng)配置智能端，跳閘、控制等信號(hào)通過(guò)光纖上傳上GOOSE網(wǎng)絡(luò)。

5、智能變電站的分段保護(hù)配置與線路保護(hù)相似，保護(hù)單元分別和合并單元直接相連，與智能終端直接相連，不需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息及數(shù)據(jù)的交換，各自都實(shí)現(xiàn)直接數(shù)據(jù)信息采樣及跳開(kāi)斷路器的功能?？玳g隔信號(hào)經(jīng)過(guò)互不干涉的GOOSE及SV網(wǎng)進(jìn)行傳輸。分段保護(hù)單套配置，宜采用保護(hù)測(cè)控一體化設(shè)備。保護(hù)可直接跳分段斷路器，其他保護(hù)聯(lián)跳分段可通過(guò)GOOSE網(wǎng)相連實(shí)現(xiàn)，母線啟動(dòng)失靈等情況也可通過(guò)GOOSE進(jìn)行傳輸。

但是在整個(gè)智能化的變電站中運(yùn)用了GOOSE網(wǎng)絡(luò)之后，就會(huì)出現(xiàn)二次回路存在被虛擬化的情況，為了時(shí)刻準(zhǔn)確了解二次回路的情況是否良好，就可以在GOOSE網(wǎng)絡(luò)之后連接相關(guān)的告警功能，也就是在整個(gè)裝置進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，間隔五秒左右出現(xiàn)一次心跳的報(bào)文，如果連續(xù)出現(xiàn)了二十秒沒(méi)有收到心跳報(bào)文的情況，那么相關(guān)的接受保護(hù)裝置在對(duì)后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控的時(shí)候，就會(huì)發(fā)出相關(guān)的GOOSE網(wǎng)絡(luò)連接方面的告警信號(hào)。采用網(wǎng)絡(luò)來(lái)替代電纜的方式就可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的形式，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸回路方面的自檢。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳輸回路實(shí)際狀態(tài)的檢修防治，在傳統(tǒng)電纜回路出現(xiàn)接觸不可靠的情況下，不能進(jìn)行自檢，這就會(huì)大大的降低運(yùn)行變電站的實(shí)際維護(hù)工作的任務(wù)量，以及增加維護(hù)需要的成本。

總之，智能化變電站是未來(lái)變電站發(fā)展的方向，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化才能不斷實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和提高。與現(xiàn)今使用的繼電保護(hù)，在實(shí)現(xiàn)的方式上面存在著本質(zhì)的區(qū)別，需要在實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷的探究和學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋小舟.基于數(shù)字化變電站過(guò)程層的分布式母線保護(hù)的研制.[J].電力系統(tǒng)自化，2011.