110kV數(shù)字化變電站保護(hù)配置優(yōu)化措施

陳玩通

摘 要：隨著國家建設(shè)智能電網(wǎng)的進(jìn)程不斷深入，數(shù)字化變電站也成為變電站發(fā)展的主流趨勢。數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展給二次系統(tǒng)的信息應(yīng)用模式帶來了巨大變化，也對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)提出了更高的要求。以110 kV電壓的數(shù)字化變電站為例，對(duì)數(shù)字化變電站保護(hù)存在的問題進(jìn)行了研究，介紹了數(shù)字化變電站就地保護(hù)配置方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，具有一定的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；數(shù)字化變電站；數(shù)字化保護(hù)；保護(hù)配置優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.153

文章編號(hào)：2095-6835（2016）20-0153-02

數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字化變電站在當(dāng)今社會(huì)得到普遍應(yīng)用，不僅提升了系統(tǒng)的質(zhì)量與性能，還解決了一些原來的問題，從根本上確保了人們的工作與生活用電。鑒于數(shù)字化保護(hù)在實(shí)現(xiàn)方式、配置方案、硬件構(gòu)成發(fā)生了很大的變化，為了國家電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，必須加強(qiáng)繼電保護(hù)工作，但原有的一些方案和措施相對(duì)于現(xiàn)階段的問題來說并沒有起到太大的作用，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化。

1 現(xiàn)有數(shù)字化保護(hù)存在的問題

1.1 電子式互感器可靠性問題

由于戶外型電子式互感器長期運(yùn)行在高溫及強(qiáng)電磁干擾的復(fù)雜環(huán)境中，其光電器件的特性及傳感單元中部分元件的性能劣化，引發(fā)互感器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致輸出信號(hào)異常。這必然會(huì)影響保護(hù)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 數(shù)據(jù)同步采集問題

目前，數(shù)字化變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)同步采集還存在問題，對(duì)于傳統(tǒng)變電站，保護(hù)裝置在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元的同步采樣，無需和其他保護(hù)配合，但是在數(shù)字化前置采集回路，安裝在互感器內(nèi)部，因此，任一互感器同步丟失必將帶來此間隔采樣數(shù)據(jù)失效，從而造成此間隔的相關(guān)保護(hù)裝置誤動(dòng)。

1.3 過度依賴過程層網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字化變電站過程層網(wǎng)絡(luò)是全站通信的核心，是連接站內(nèi)各種智能電子設(shè)備（IED）的紐帶，所有信息都來源于過程層的GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)。在現(xiàn)有110 kV數(shù)字化變電站中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)大部分采用GOOSE和SV共網(wǎng)的組網(wǎng)方式，一旦過程層交換機(jī)出現(xiàn)故障或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷故障，則保護(hù)裝置失去應(yīng)有的功能，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 就地?cái)?shù)字化變電站組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

就地?cái)?shù)字化變電站是在就地保護(hù)測控基礎(chǔ)上，遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，按照“全站統(tǒng)一建模、統(tǒng)一通信、間隔自治、信息共享”的設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)變電站一、二次設(shè)備的融合。

就地?cái)?shù)字化變電站110 kV電壓等級(jí)一次設(shè)備為GIS組合電器，采用傳統(tǒng)CT、PT，通過電纜連接至就地保護(hù)測控裝置。全站組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，就地?cái)?shù)字化變電站同樣分為3層，即過程層、間隔層和站控層。過程層設(shè)備包括保護(hù)測控、合并單元、電流互感器、電壓互感器、常規(guī)一次設(shè)備；間隔層設(shè)備由故障錄波、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀組成；站控層設(shè)備由帶數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、五防計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、GPS時(shí)鐘等組成。與現(xiàn)有數(shù)字化變電站相比，就地?cái)?shù)字化變電站具有以下明顯的不同：①由于保護(hù)測控就地安裝，過程層增加了保護(hù)測控裝置，移除了智能終端，而間隔層只有故障錄波等輔助智能設(shè)備；②過程層合并單元MU向間隔層只傳送SV報(bào)文，采用IEC61850-9-2協(xié)議，沒有GOOSE報(bào)文；③過程層保護(hù)測控裝置向站控層傳送MMS報(bào)文和GOOSE報(bào)文，形成MMS/GOOSE的共網(wǎng)傳輸；④采用傳統(tǒng)CT、PT獨(dú)立輸入每個(gè)裝置，輸入回路并行工作，保證了保護(hù)測控的可靠性。

3 就地保護(hù)配置優(yōu)化方案

該站有兩條進(jìn)線L1和L2，110 kV單母線2分段，2臺(tái)3繞組變壓器規(guī)模。主網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 線路就地保護(hù)配置優(yōu)化方案

以圖2中L1進(jìn)線為例，該線路采用數(shù)字化距離保護(hù)裝置，采用4個(gè)接地距離保護(hù)元件、4段相間保護(hù)元件和4段四邊形接地元件，用于完成線路主距離保護(hù)功能。另外，還配備有過電流元件和電壓元件，用以后備過電流和電壓保護(hù)。

線路保護(hù)裝置就地安裝于斷路器控制柜內(nèi)，與傳統(tǒng)保護(hù)一樣，線路CT、PT及控制回路都采用電纜直接連接就地保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)保護(hù)測控功能自治，保護(hù)功能相對(duì)獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)癱瘓與否不影響保護(hù)主要功能的運(yùn)行，而保護(hù)信號(hào)部分通過站控層MMS報(bào)文傳送至后臺(tái)監(jiān)控。

另外，線路CT和PT同時(shí)接入就地合并單元MU，通過SV報(bào)文傳送至過程層交換機(jī)，供故障錄波和網(wǎng)絡(luò)分析儀等智能設(shè)備分析使用。

3.2 主變保護(hù)配置優(yōu)化方案

圖2中的1，2號(hào)變壓器保護(hù)配置相同，主保護(hù)具體配置為差動(dòng)保護(hù)、間隙過流和間隙過壓保護(hù)；高、中、低后備保護(hù)主要為復(fù)合電壓方向過流保護(hù)和零序方向過流保護(hù)。

變壓器差動(dòng)保護(hù)和間隙保護(hù)采用預(yù)裝式安裝，將保護(hù)直接就地安裝在變壓器上，在一次設(shè)備廠家完成接線和調(diào)試，非電量保護(hù)裝置直接安裝在本體側(cè)，節(jié)省了大量電纜的同時(shí)，大幅度減少現(xiàn)場工作了；變壓器后備保護(hù)采用分布式保護(hù)，按電壓等級(jí)布置子單元后備保護(hù)，直接采樣，就地測量，就地控制，高、中、低后備保護(hù)分別安裝在高、中、低斷路器側(cè)。配置方案如圖3所示。

由于主變保護(hù)就地安裝，差動(dòng)、高后備、中后備和低后備保護(hù)保持了和傳統(tǒng)保護(hù)一樣的接線和功能，只是在高后備復(fù)壓方向過流保護(hù)中，復(fù)合電壓邏輯判別是通過GOOSE來接收來自中側(cè)和低側(cè)的電壓邏輯節(jié)點(diǎn)信息。

主變?nèi)齻?cè)CT同時(shí)接入就地合并單元MU，通過SV報(bào)文傳送至過程層交換機(jī)。

3.3 母線保護(hù)配置優(yōu)化方案

該站母線保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)母線差動(dòng)保護(hù)、母聯(lián)過流保護(hù)、復(fù)壓電壓閉鎖保護(hù)、母聯(lián)失靈（或死區(qū)）保護(hù)以及斷路器失靈保護(hù)出口等功能。

母線保護(hù)裝置就地安裝于母線保護(hù)控制柜內(nèi)，采用電纜直接接收各個(gè)連接單元CT和PT采樣信息，其跳閘控制出口采用無源接點(diǎn)輸出，直接接入間隔跳閘回路跳閘，同時(shí)通過GOOSE傳輸斷路器位置、一次刀閘位置及啟動(dòng)失靈保護(hù)信息。

3.4 備自投配置優(yōu)化方案

備自投裝置就地安裝在圖2中母聯(lián)110斷路器側(cè)，采用進(jìn)線備投和分段備投方式。母線及進(jìn)線L1、L2線路電壓、電流和母聯(lián)電流通過電纜直接接入備自投裝置，通過GOOSE接收進(jìn)線L1、L2和母聯(lián)的位置信息。

3.5 故障錄波配置優(yōu)化方案

故障錄波裝置安裝在主控室內(nèi)，屬于間隔層設(shè)備，同時(shí)連接在過程層和站控層交換機(jī)上。故障錄波裝置一方面接收來自過程層交換機(jī)的SV報(bào)文，包含全站各個(gè)間隔的電流電壓；另一方面接收來自站控層交換機(jī)的GOOSE報(bào)文，包含全站各個(gè)間隔的位置信息及保護(hù)動(dòng)作信息。

3.6 GOOSE網(wǎng)對(duì)保護(hù)的作用

由此可知，GOOSE網(wǎng)對(duì)保護(hù)的作用主要以下4點(diǎn)：①高后備復(fù)壓方向過流保護(hù)中，復(fù)合電壓邏輯判別是通過GOOSE來接收來自中側(cè)和低側(cè)的電壓邏輯節(jié)點(diǎn)信息；②母差保護(hù)通過GOOSE傳輸斷路器位置、一次刀閘位置及啟動(dòng)失靈保護(hù)信息；③備自投通過GOOSE接收來自2條進(jìn)線和母聯(lián)的開關(guān)位置狀態(tài)；④故障錄波通過GOOSE接收來自各間隔保護(hù)的動(dòng)作及位置信息。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化變電站以其諸多優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但在其為變電站技術(shù)帶來變革的同時(shí)，給繼電保護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。因?yàn)閿?shù)字化保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)、配置方案和實(shí)現(xiàn)方式上發(fā)生了明顯的變化，為了響應(yīng)國家的可持續(xù)發(fā)展觀，保護(hù)裝置作為電網(wǎng)重要的二次設(shè)備，應(yīng)在技術(shù)成熟、可靠的基礎(chǔ)上積極探索其他實(shí)現(xiàn)方式。這就要求我們保護(hù)工作者不斷求學(xué)、探索和進(jìn)取，以不斷實(shí)現(xiàn)保護(hù)配置的優(yōu)化，真正發(fā)揮保護(hù)裝置的效果，高效實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行和管理，以保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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