探討智能變電站的繼電保護跳閘方式

鄺湘吉

摘 要：繼電保護是對運行中電力系統(tǒng)的設(shè)備和線路，在一定的范圍內(nèi)經(jīng)常檢測電力系統(tǒng)的設(shè)備和線路是否發(fā)生異常或者出現(xiàn)事故，并且能夠發(fā)出跳閘命令或者報警信號的自動裝置。本文分析了繼電保護故障的分類，闡述了繼電保護故障處理原則，對繼電保護故障處理的方法進行探討。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護；跳閘方式

0 引言

近年來，在國家政策的支持下，電網(wǎng)建設(shè)投資力度也在逐年增加，使電網(wǎng)規(guī)模不斷壯大，同時，電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)也越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)后備保護的整定配合越來越困難，難以適應(yīng)現(xiàn)在電網(wǎng)的發(fā)展需求。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，建立高效、安全、環(huán)保、靈活多變的電力系統(tǒng)成為主要的運行發(fā)展模式。因此，在智能電網(wǎng)的模式下，繼電保護是提高電力系統(tǒng)繼電保護性能、適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展的一條可研究道路。

1 智能變電站繼電保護網(wǎng)絡(luò)跳閘關(guān)鍵技術(shù)分析

從當下智能變電站繼電保護的發(fā)展模式來看，“直采直跳”是其主要模式，但是由于這一方式在應(yīng)用過程中，存在著設(shè)備維修困難等問題，可能導(dǎo)致對供電的平穩(wěn)性產(chǎn)生一定影響，使繼電保護無法發(fā)揮應(yīng)有作用。在利用GOOSE過程中，通過對網(wǎng)跳進行測試，可以有效地提升網(wǎng)跳的安全性，保證智能變電站繼電保護取得更好地效果

在進行智能變電站繼電保護網(wǎng)絡(luò)跳閘關(guān)鍵技術(shù)分析過程中，我們要注重對裝置發(fā)送和接收文件的干擾性問題予以明確，這可能導(dǎo)致繼電保護出現(xiàn)延時，從而導(dǎo)致保護裝置無法發(fā)揮應(yīng)有的性能。

對此，在繼電保護過程中，就需要保證跳閘、啟動和閉鎖等信號進行有效地傳輸。這一過程中，網(wǎng)卡能否對無效的報文進行剔除，避免其占用CPU資源，導(dǎo)致報文處理時間減緩，直接關(guān)系到了網(wǎng)跳保護的功能是否會得到發(fā)揮。因此，智能變電站繼電保護網(wǎng)絡(luò)跳閘的關(guān)鍵技術(shù)在于，對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行相應(yīng)的改善，通過設(shè)置交換機VLAN或是多播地址，對無效報文進行處理，從而提升信號傳輸?shù)男屎托畔⑻幚硭俣?，能夠在第一時間對故障問題進行申報，使其能夠快速解決。

繼電保護過程中，主要采取了陣列FPGA協(xié)助CPU對報文進行處理，這一過程中，F(xiàn)PGA由開發(fā)者設(shè)計的方式發(fā)揮功能，其主要依靠硬件實現(xiàn)功能，這一過程中，需要保證FPGA具有較快的處理速度。一般來說，在使用FPGA處理報文時，GOOSE的報文速度為100Mbit/s，這可以保證報文處理具有較快的速度，能夠?qū)收线M行較好的分析。GOOSE報文處置過程中，F(xiàn)PGA會根據(jù)GOOSE的特點進行定制，并且為了避免無效報文占據(jù)帶寬，需要對GOOSE控制模塊的報文數(shù)量進行限制，可以設(shè)計16個報文/GOOSE模塊。在這樣的設(shè)計情況下，對應(yīng)的配置為16個MAC、AppID、GOID等，在對GOOSE進行解碼過程中，會將這些信息一同提交給GPU，從而保證報文信息能夠被快速的讀取。在對網(wǎng)絡(luò)跳閘關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用過程中，需要保證GOOSE文件具有較強的簡潔性，并保證其帶寬滿足GOOSE數(shù)據(jù)傳輸需要，使FPGA在對信息處理時，能夠?qū)o效報文進行剔除，從而更好地實現(xiàn)繼電保護功能。采取FPGA對GOOSE進行處理時，通過利用智能電子設(shè)備，提升了GOOSE的處理速度，使其在1ms范圍內(nèi)，對報文信息進行獲取，進而保證系統(tǒng)快速執(zhí)行命令。

2 有限廣域繼電保護跳閘策略

2.1 系統(tǒng)運行流程

系統(tǒng)運行主要包括3方面，下面根據(jù)圖2運行流程圖進行闡述。中心站有限廣域集中決策模塊檢測出故障，并對故障原件進行判斷，依據(jù)故障原件在變化中的位置判斷故障模式。中心站集中決策模塊根據(jù)故障模式選擇最為適合的子站，以實現(xiàn)后備保護，子站可以在運行期間即時發(fā)送指令給后備保護。子站判斷是否滿足后備保護啟動條件，根據(jù)運行方式、接線方式形成后備動作策略。對于監(jiān)控原件或斷路器發(fā)生故障時，若滿足動作條件，后備保護就會正確出口；若滿足返回條件，后備保護就會解除指令，并將信息反饋給中心站。

2.2 變電站不同主接線下跳閘策略

由于變電站中有不同的主接線，因此，相應(yīng)的跳閘策略也不同。如斷路器的保護動作失靈時，造成的經(jīng)濟損失比遠后備保護動作小。根據(jù)智能電網(wǎng)有限廣域系統(tǒng)中跳閘的實際策略，對于子站未安裝失靈保護裝置的情況下，當發(fā)生斷路器失靈時，遠后備保護在切除范圍與時間上就會縮??；對于子站中裝設(shè)失靈保護裝置時，可根據(jù)廣域信息與判斷斷路器在失靈保護中的可靠性。下面對根據(jù)故障模式和后備保護指令的跳閘策略對常見的3種主要接線方式進行簡要分析：模式1+近后備指令。對故障原件的斷路器進行搜索，作為一級的斷路器元件，在跳閘期間就要啟動智能失靈保護；模式2+遠后備指令。在本站斷路器上需要對故障原件和本站線路進行連接，作為遠后備的動作原件；模式3的執(zhí)行與上述情況一致。對于雙母線模式而言，其是220kV及以上變電站的主要接線方式，但是較為復(fù)雜。例如模式1+近后備指令，斷路器屬于一級近后備的動作元件，在跳閘期間就需要啟動智能失靈保護，搜索與其聯(lián)接在同一母線上的相鄰所有斷路器，以作為二級近后備跳閘集。對于半斷路接線方式，如果發(fā)生聯(lián)絡(luò)斷路器失靈，兩側(cè)連接母線的斷路器都會跳開，這個時候的故障并沒有完全的隔離開，需要通過聯(lián)絡(luò)線延伸到下一段。下一段如若是出線段，則對變電站發(fā)送遠跳指令，下一段若是電源進線，則跳本站相關(guān)變壓器側(cè)斷路器。

3 全并聯(lián)AT供電方式跳閘保護

3.1 工作原理

3.1.1 全并聯(lián)AT供電方式原理

變電所內(nèi)兩段母線各引出上下行2條饋線，供電臂包括T、F線，由斷路器、隔離開關(guān)同時控制T、F線的停送電。供電臂中間由AT所的母聯(lián)及自耦變壓器實現(xiàn)并聯(lián)、末端由AT分區(qū)所實現(xiàn)并聯(lián)。自耦變一端與接觸網(wǎng)T線連接.另一端與正饋線F線連接，中點與軌道連接供電示意圖如圖所示。

3.1.2 保護配置

牽引變電所饋線設(shè)電流增量、過電流保護、阻抗I段保護：主變后備保護設(shè)高壓側(cè)低電壓過流保護、低壓側(cè)低電壓過流保護、過負荷保護、高壓側(cè)進線失壓保護和低壓側(cè)過壓保護；AT所、分區(qū)所饋線設(shè)失壓保護、檢有壓自動重合閘保護。

3.2 應(yīng)對措施

3.2.1 短路試驗

在新線開通時，通過短路試驗驗證全并聯(lián)供電的保護動作類型、保護之間的配合及二次接線的準確性，故障電流分布圖如圖2所示。模擬全并聯(lián)供電方式下的T、F、T-F線故障及直供方式下的線路故障，通過跳閘數(shù)據(jù)分析饋線流互、壓互極性的正確性。①AT測距故障報告能夠提供饋線T、F各自的電壓、電流，饋線保護裝置的跳閘報告能夠提供饋線的合成電流，可比較電流的合成數(shù)據(jù)分析流互極性接線的正確性。正常情況下合成電流I=It—If，若I3.2.2 定值統(tǒng)一

對設(shè)備進行送電前及試驗結(jié)束后，要對變電所后臺和保護裝置的定值全部進行核對，應(yīng)統(tǒng)一按定值設(shè)定，兩者定值項目一致、數(shù)值相同。

3.2.3 預(yù)防性試驗

通過交接試驗及日常的預(yù)防性試驗檢查保護動作類型、保護定值的匹配及二次接線的準確性。①對壓互、流互的接線從根部進行校驗，確保壓互、流互在安裝時接線正確。②在交接試驗及預(yù)防性試驗中。要對饋線的T、F線分別加上相位相差0°、180°的電流，模擬AT供電時線路故障情況，對保護動作情況進行試驗。

4 結(jié)語

綜上所述，智能電網(wǎng)的建設(shè)是電力系統(tǒng)的重要改革，但是在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，繼電器保護系統(tǒng)還需要進行改進。為了提高電力系統(tǒng)繼電器保護尤其是后備保護的適應(yīng)性，就要建立分區(qū)域決策的有限廣域繼電器保護，從而的實現(xiàn)保護分區(qū)跳閘的策略，以減少停電事故為人們帶來不便，更好地促進智能電網(wǎng)的發(fā)展。

參考文獻

[1]韓本帥，王倩，孫中尉，等.智能變電站繼電保護跳閘實現(xiàn)方式研究[J].中國電力，2012，45（8）：29-32.

[2]吳茜.智能變電站繼電保護跳閘實現(xiàn)方式[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2016，（15）：107.

[3]王丹.淺談智能變電站繼電保護跳閘實現(xiàn)方式[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015，（36）：118-119.

（作者單位：國網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司）