變電站站域保護(hù)的特點(diǎn)及其系統(tǒng)性能改善措施

摘 要：變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，智能化變電站具有涵蓋系統(tǒng)廣泛化、信息獲取智能化、運(yùn)行系統(tǒng)自動(dòng)化的特點(diǎn)，是近年來(lái)變電站的發(fā)展趨勢(shì)，但是目前的智能化變電站在本質(zhì)上沒(méi)有改變繼電保護(hù)的根本原則，因此仍然存在保護(hù)設(shè)備整定困難、保護(hù)范圍受限以及保護(hù)死區(qū)等問(wèn)題，為了解決上述問(wèn)題，文章闡述了站域保護(hù)的特點(diǎn)和功能，并利用站域保護(hù)的思想，提出了改善變電站系統(tǒng)保護(hù)性能的措施。

關(guān)鍵詞：變電站；站域保護(hù)；性能研究

前言

近年來(lái)，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的普及，對(duì)于世界能源的需求日益增加，因此用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，這就對(duì)電網(wǎng)行業(yè)的安全、可靠提出了更高的要求。變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要一環(huán)，聯(lián)系著發(fā)電廠和用戶，其主要功能是完成高壓到低壓的轉(zhuǎn)換、電網(wǎng)能量的匯集與調(diào)配、電網(wǎng)能量的傳輸方向以及電網(wǎng)電壓的自適應(yīng)調(diào)整等。九十年代以來(lái)，如何實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化，一直是電網(wǎng)行業(yè)追求的目標(biāo)之一，國(guó)內(nèi)外也開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)變電站自動(dòng)化的研究，隨著電力電子技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了智能化變電站新技術(shù)，它是在數(shù)字化變電站所涉及的理論及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，在整個(gè)變電站內(nèi)部采用統(tǒng)一的信息采集、信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)歸集和處理，可使變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制方式下的運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的檢修和維護(hù)、變電站電能分配策略的智能決策等功能，大大提高了變電站的管理和運(yùn)行效率。國(guó)外實(shí)現(xiàn)智能化變電站的典型公司有ABB和西門子等，這些大公司在運(yùn)用智能化變電站的理論，成功開(kāi)發(fā)了一系列智能化一次設(shè)備和二次設(shè)備。

在目前的智能化變電站的建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)智能化設(shè)備可將變電站的一次設(shè)備的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并借助一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，使采集到的電網(wǎng)信息可以在智能化變電站中實(shí)現(xiàn)共享。為保證智能化變電站中繼電保護(hù)的可靠性，通常采用直接采樣和直接跳閘兩種保護(hù)方式，這兩種方式實(shí)質(zhì)上就是采用普通繼電保護(hù)的配置原則，由于缺少正常使用設(shè)備和備份設(shè)備之間的有效配合，因此存在保護(hù)設(shè)備整定困難、系統(tǒng)復(fù)雜、主保護(hù)的保護(hù)范圍受限以及保護(hù)死區(qū)等問(wèn)題。

1 站域保護(hù)的特點(diǎn)

站域保護(hù)從本質(zhì)上說(shuō)是一種繼電保護(hù)，它利用了在變電站中統(tǒng)一采集的實(shí)時(shí)信息，通過(guò)集中或者分布的方式定位故障，之后通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)和決策技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站中各個(gè)設(shè)備的自動(dòng)調(diào)整。站域保護(hù)充分利用了網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，采用光纖直連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)綜合利用變電站全站在網(wǎng)絡(luò)上共享的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)歸集和合理分配，簡(jiǎn)化了后備保護(hù)的配置以及整個(gè)變電站內(nèi)控制系統(tǒng)的功能。此外，站域保護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)一套裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)原來(lái)變電站中多套獨(dú)立式保護(hù)裝置的功能，這樣可大幅降低整個(gè)變電站的成本，以及減少保護(hù)裝置所需要占據(jù)的空間。與傳統(tǒng)變電站中使用的直接跳閘保護(hù)方式相比，站域保護(hù)方式采用的是以網(wǎng)絡(luò)出口形式來(lái)實(shí)現(xiàn)跳閘保護(hù)，這種方式可以獲取更多的在線故障特征反饋，可以實(shí)時(shí)地獲取整個(gè)變電站的在線網(wǎng)絡(luò)電氣信息，使得所用線纜的排布量大為減少，可有效提高線纜的安裝效率，從而可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的控制功能的協(xié)調(diào)最大化。站域保護(hù)的特點(diǎn)還包括能夠?qū)⒄麄€(gè)變電站的繼電保護(hù)和控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，還可以有效連接保護(hù)信息子站與廣域保護(hù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的高可靠、高效率保護(hù)與極大化安全控制。

2 利用站域保護(hù)提高系統(tǒng)性能的方式簡(jiǎn)介

利用站域保護(hù)的思想，可以從以下三個(gè)方面提高變電站系統(tǒng)的保護(hù)性能。

（1）解決線纜線路信息不完備引起的保護(hù)拒動(dòng)問(wèn)題。我們知道，通常的單回線線路需要一定的并架輸電線路，盡管沒(méi)有線間電感的影響，但是輸電線路投資巨大，輸送電能容量有限，建設(shè)速度緩慢等缺點(diǎn)，在高速經(jīng)濟(jì)發(fā)展的今天，難以滿足整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于線纜線路以及建設(shè)成本的需求。為了解決這一問(wèn)題，出現(xiàn)了同桿雙回線乃至多回線方式，這種方式可以有效解決單回線線路存在的缺點(diǎn)，但是其自身也有不足，比如同桿雙回線存在較為嚴(yán)重的線間互感，同時(shí)同桿雙回線不能直接利用原來(lái)單回線線路所使用的并架輸電線路，因此利用率低，且出現(xiàn)故障的概率大大增加。在沒(méi)有采用站域保護(hù)的同桿架設(shè)雙回線路的條件下，當(dāng)其中某一條線路發(fā)生接地故障，對(duì)于另一條非故障線路會(huì)產(chǎn)生較大影響，這主要是因?yàn)殡p回線線路中，兩條回線之間會(huì)存在一定的零序互感，因此會(huì)使得故障線路導(dǎo)致非故障線路產(chǎn)生零序電壓，嚴(yán)重時(shí)可造成非故障線路的零序電壓反相，進(jìn)而產(chǎn)生誤動(dòng)作。在采用站域保護(hù)的智能化變電站中，可以有效避免這一問(wèn)題，這主要是由于采用站域保護(hù)的變電站中，其電氣數(shù)據(jù)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享的，也就是說(shuō)，當(dāng)同桿雙回線中的一根線路發(fā)生故障時(shí)，另外一根非故障線路不是受故障線路與其之間的互感進(jìn)行動(dòng)作，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中獲得的故障線路的電壓電流信息進(jìn)行動(dòng)作，從而有效避免非故障線路的誤動(dòng)作。

（2）解決“零”電壓引起的保護(hù)死區(qū)問(wèn)題。電網(wǎng)容量隨著用戶的需求越來(lái)越大，這使得電網(wǎng)電壓的檢測(cè)至關(guān)重要，舉例來(lái)說(shuō)，在變電站繼電保護(hù)的電源側(cè)，當(dāng)遠(yuǎn)端線路發(fā)生故障時(shí)，由于整個(gè)線路的系統(tǒng)阻抗較小，會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)安裝處的電壓分量較小，致使電壓靈敏度降低，因此，我們可以利用站域保護(hù)的特點(diǎn)，通過(guò)探究與電壓量相關(guān)，且具有較高靈敏度的物理量來(lái)替代電壓量，這樣可以將系統(tǒng)阻抗對(duì)電壓靈敏度的影響降為最低。同理，再比如，在輸電線路某處發(fā)生接地短路故障，導(dǎo)致故障線路的相電壓為零，我們可以采用健全相電壓和記憶電壓的方法解決“零”電壓?jiǎn)栴}，但是這種方法會(huì)引入比較大的檢測(cè)誤差，該誤差會(huì)嚴(yán)重破壞距離方程測(cè)距的準(zhǔn)確程度，從而導(dǎo)致當(dāng)故障線路發(fā)生在距離保護(hù)范圍的末端時(shí)產(chǎn)生暫態(tài)超越，根據(jù)站域保護(hù)的特點(diǎn)，我們可以將解決這一類問(wèn)題的方法也歸結(jié)于在線路上各個(gè)物理量中尋求與電壓具有某種特定關(guān)系的物理量，從而根據(jù)這類物理量的實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析，來(lái)避免引入的測(cè)距誤差。

（3）解決保護(hù)配置優(yōu)化的問(wèn)題。包括兩個(gè)方面，一個(gè)是后備保護(hù)配置的優(yōu)化問(wèn)題，另一個(gè)是母線保護(hù)配置的優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于前者，主要是通過(guò)基于站域保護(hù)的智能化變電站中的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取站內(nèi)多點(diǎn)共享的電氣信息，然后后備保護(hù)可以對(duì)這些多點(diǎn)信息進(jìn)行綜合分析，從而可以快速定位故障位置，這樣一來(lái)，當(dāng)主保護(hù)發(fā)生故障時(shí)，后備保護(hù)僅需要一小段延時(shí)就可動(dòng)作，有效減少了后備保護(hù)的延時(shí)時(shí)間。例如，當(dāng)變壓器后備保護(hù)發(fā)生相間短路或接地短路時(shí)，為減少變壓器后備保護(hù)的延時(shí)時(shí)間，可以借助全站中的過(guò)程層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中共享的各個(gè)電氣信息數(shù)據(jù)，判斷出故障發(fā)生的位置及其方向，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理之后，采用有效的保護(hù)措施解決故障。對(duì)于母線保護(hù)配置的優(yōu)化問(wèn)題，特別是高壓母線的保護(hù)配置優(yōu)化問(wèn)題更為重要，通常的優(yōu)化措施是將獨(dú)立的母線保護(hù)配置獨(dú)立的電流互感器，這樣可以進(jìn)行多路檢測(cè)，確保母線的安全，但是其缺點(diǎn)也非常明顯，就是接線將會(huì)非常復(fù)雜。在基于站域保護(hù)的智能化變電站中，仍然可以通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的信息共享來(lái)獲取所有線路信息，因此，可以將過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)采集到的全站的各個(gè)設(shè)備的電流電壓信息傳送到母線，以使母線保護(hù)與原母線保護(hù)并列雙重化運(yùn)行，這樣可由各個(gè)設(shè)備的保護(hù)裝置判斷出的故障位置及方向；在低壓母線的保護(hù)配置問(wèn)題上，考慮到成本，通常不單獨(dú)配置母線保護(hù)，而是由與其相連的變壓器后備保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障定位和排除，進(jìn)而提高整個(gè)智能化變電站系統(tǒng)的安全性和保護(hù)的速動(dòng)性。

參考文獻(xiàn)

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