智能電網(wǎng)中站域保護(hù)的研究與應(yīng)用

摘 要：傳統(tǒng)繼電保護(hù)不能反映電網(wǎng)整體運(yùn)行情況，相互之間缺乏配合，而站域保護(hù)裝置面向智能變電站，采集站內(nèi)所需的各信息量，實(shí)現(xiàn)就地化保護(hù)的冗余和優(yōu)化。同時，站域保護(hù)替代了站內(nèi)低周低壓減載、備自投等安全自動裝置，提升了變電站層面的安全控制功能。基于智能變電站信息共享的站域保護(hù)信息量完整，改善了傳統(tǒng)繼電保護(hù)的不足，確保了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：智能變電站；站域保護(hù)；繼電保護(hù)；后備保護(hù)

引言

隨著電網(wǎng)迅速發(fā)展，新一代智能變電站應(yīng)運(yùn)而生。站域保護(hù)則是新一代智能變電站后備保護(hù)的重要技術(shù)之一。目前智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中，保護(hù)的可靠性主要依靠兩套保護(hù)裝置雙重化配置來實(shí)現(xiàn)，這往往使保護(hù)只關(guān)注到該間隔的單一元件而缺乏系統(tǒng)層面的協(xié)調(diào)[1]。而站域保護(hù)的優(yōu)勢就在于能克服此問題，使繼電保護(hù)由間隔保護(hù)裝置時代向整體保護(hù)系統(tǒng)時代轉(zhuǎn)變，并更加經(jīng)濟(jì)可靠[2]。當(dāng)前，國際相關(guān)領(lǐng)域已開始重視站域保護(hù)的研發(fā)與應(yīng)用，國內(nèi)各電氣設(shè)備廠家也相繼推出了第一代站域保護(hù)。文章基于國家電網(wǎng)提出的層次化繼電保系統(tǒng)控制要求，針對站域保護(hù)控制裝置在新一代智能變電站中的研究應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)論述。

1 站域保護(hù)的原理與配置

1.1 保護(hù)原理

在智能變電站中，站域保護(hù)通過GOOSE及SV組網(wǎng)從所需的智能終端、合并單元采集電流電壓、元件動作等相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行邏輯判斷后快速精確的切除故障。智能變電站的組網(wǎng)設(shè)計使站域保護(hù)可以完全獲取全站信息，配置一套保護(hù)就能將10kV簡易母差、備自投、低頻減載及線路間隔后備保護(hù)整合集成，大大簡化了保護(hù)配置。同時，站域保護(hù)與就地保護(hù)間緊密配合，解決了單一間隔保護(hù)不能解決的問題，提高了變電站后備保護(hù)的快速性和可靠性。

1.2 功能配置

目前，220kV及以上電壓等級的變電站大部分采用雙重化保護(hù)配置，所以站域保護(hù)多用于110kV變電站，作為單套主保護(hù)的后備保護(hù)及冗余保護(hù)[3]。站域保護(hù)的具體功能配置如下：（1）作為線路主保護(hù)的后備保護(hù)，包含開關(guān)失靈保護(hù)功能，縮短后備保護(hù)切除故障的時間。同時包含了10kV簡易的母線保護(hù)，較之主變低后備保護(hù)更加快速、準(zhǔn)確的切除10kV母線故障。（2）作為單套保護(hù)的冗余，如主變、線路的冗余保護(hù)，以及母聯(lián)開關(guān)的過流保護(hù)。（3）作為變電站內(nèi)安全自動控制裝置，包含低頻減載、過負(fù)荷聯(lián)切等功能，以及站內(nèi)各電壓等級的備自投保護(hù)功能。（4）基于智能變電站IEC61850通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)全站信息采集處理，作為區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)控制子站，為將來的廣域保護(hù)打下基礎(chǔ)。

2 站域保護(hù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

站域保護(hù)控制裝置和裝置間相互連接的以太網(wǎng)交換機(jī)共同組成了站域保護(hù)。其邏輯功能可以使用單一裝置實(shí)現(xiàn)，也可以由多裝置實(shí)現(xiàn)。站域保護(hù)需對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸和處理。在智能變電站站中，傳輸電流電壓采樣值信號的SV網(wǎng)絡(luò)與傳輸開關(guān)變位、跳閘等信號的GOOSE網(wǎng)絡(luò)均需通過以太網(wǎng)交換機(jī)。這些信號都是站域保護(hù)需要采集的。智能變電站的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及高速網(wǎng)絡(luò)通信功能，應(yīng)能全部滿足保護(hù)控制裝置對數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理。所以在進(jìn)行檢測時，應(yīng)綜合考慮站域保護(hù)在網(wǎng)絡(luò)流量過高時的靈敏性和可靠性，并將以太網(wǎng)交換機(jī)與相連接的保護(hù)控制裝置作為一個完整的站域保護(hù)系統(tǒng)。

站域保護(hù)位于間隔層，全站一般配置兩套保護(hù)控制系統(tǒng)，均由數(shù)據(jù)采集及計算模塊、故障定位模塊、保護(hù)跳閘決策模塊組成，可以互為備用，也可以作為不同電壓等級的公用保護(hù)使用。這樣大大提高了全站保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。站域保護(hù)采用集成化的硬件設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)測量保護(hù)一體化，相比傳統(tǒng)的保護(hù)測量設(shè)備簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了開發(fā)成本，同時減輕了現(xiàn)場運(yùn)維的工作量和難度。

2.2 功能特點(diǎn)

站域保護(hù)裝置是一個多輸入多輸出的控制處理器。它由站內(nèi)直流系統(tǒng)供電，并且集成了多個間隔的保護(hù)控制功能。變壓器、母線、線路的電壓電流同步采樣信息和開關(guān)量信息分別通過SV報文和GOOSE報文傳送給站域保護(hù)[4]。站域保護(hù)經(jīng)邏輯判斷后，輸出跳合閘、保護(hù)啟動等信號。

智能變電站中的站域保護(hù)一般接入各電壓等級的過程層網(wǎng)絡(luò)中。它雖然屬于間隔層設(shè)備，但擁有站控層設(shè)備的功能。在其數(shù)據(jù)總線上往往按照間隔接入不同的功能模塊，而各間隔的保護(hù)控制功能不互相影響。站域保護(hù)的每個模塊都經(jīng)光纖接入過程層網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)原理程序也分模塊分別寫入。

站域保護(hù)通常采用網(wǎng)采網(wǎng)跳的方式，保護(hù)的跳閘和控制命令直接傳輸至智能終端，而不通過就地保護(hù)或測控裝置。信息采集的網(wǎng)絡(luò)化能使站域保護(hù)突破間隔層的限制，不同于其他單一間隔保護(hù)，可以對所需的多個間隔進(jìn)行保護(hù)。并且，所保護(hù)的各個間隔交換機(jī)傳輸?shù)膱笪目梢栽O(shè)置不同的標(biāo)志位，這使站域保護(hù)控制裝置對各間隔的保護(hù)控制功能相互獨(dú)立。這樣即使其中任何一個間隔失去或退出保護(hù)，其余間隔的保護(hù)仍有作用，不會受到影響。

由于智能變電站站內(nèi)的所有信息都能快速方便的獲取，站域保護(hù)可以收到所需每一個間隔的電流電壓、開關(guān)刀閘位置等信息。這使得站域保護(hù)的原理及算法更加靈活。它對已有的后備保護(hù)進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，同時可以對并聯(lián)抗器線路故障進(jìn)行處理，極大地提高了保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

2.3 通信方式

站域保護(hù)的通訊包括間隔層間的信息交互、過程層與間隔層間的信息交互、間隔層與站控層間的信息交互等。新一代智能變電站將站域保護(hù)控制系統(tǒng)經(jīng)過程層中心交換機(jī)接入，可以保護(hù)控制全站每個間隔，既能實(shí)現(xiàn)站域保護(hù)功能，也能精簡交換機(jī)數(shù)量。

ICE61850規(guī)定的針對原始的采樣數(shù)據(jù)的光纖以太網(wǎng)通訊幀格式，按各間隔合并單元傳送的報文包含兩個電壓電流值，可算出一個合并單元SV報文每秒的數(shù)據(jù)流量為5.472Mbit；而傳送開關(guān)量信息的GOOSE報文與對時系統(tǒng)的El588報文每秒所需的帶寬很小，所以一個合并單元每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量不超過10M。如果智能變電站間隔數(shù)量過多也有可能配置十多臺交換機(jī)，所以站域保護(hù)裝置若要實(shí)現(xiàn)全站間隔的控制，每秒的數(shù)據(jù)流量有可能超過100M，應(yīng)選擇1000M光口接入中心交換機(jī)。

3 站域保護(hù)面臨的問題

3.1 后備保護(hù)完善配置問題

站域通訊失效或站域后備保護(hù)不夠靈敏都將使站域保護(hù)誤動或拒動，應(yīng)此需采取有效的應(yīng)對措施。為了準(zhǔn)確切除故障，以就地信息為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)后備保護(hù)應(yīng)保留配置，可以采取固定整定值、長延時保護(hù)等末及后備保護(hù)措施[5]。

3.2 可靠性與風(fēng)險評估問題

智能變電站間的廣域保護(hù)對站域信息的依賴程度較高，因此站域保護(hù)的可靠性面臨多重考驗(yàn)。使用站域保護(hù)應(yīng)謹(jǐn)慎評估其安全風(fēng)險，以利于實(shí)際應(yīng)用。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，我國電網(wǎng)輸電等級日益提高，繼電保護(hù)的發(fā)展日新月異。在新一代智能變電站中配置站域保護(hù)，可以提高全站保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、靈敏性和選擇性，使電網(wǎng)更加安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]夏勇軍.110kV智能變電站繼電保護(hù)若干問題研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]陳正邦.110kV智能化變電站繼電保護(hù)配置方案的研究[D].華南理工大學(xué)，2010.

[3]楊春生，周步祥.廣域保護(hù)研究現(xiàn)狀及展望[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（9）：148.

[4]孔凡東.智能變電站站域后備保護(hù)開發(fā)與測試[D].山東大學(xué)，2014.

[5]蔡小玲，王禮偉.基于智能變電站的站域保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2012，06：128.

作者簡介：莫薇（1988-），女，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)橹悄茏冸娬纠^電保護(hù)。