智能變電站區(qū)域化保護應(yīng)用研究

劉興勇 呂昕昕 盧卓群 李闊 宋丹 王琢 劉丹 賈悅

摘 要：針對傳統(tǒng)66kV變電站低壓配線無母差保護、失靈保護，供電可靠性低的問題，文章研究了區(qū)域化保護網(wǎng)絡(luò)共享平臺，及支持該平臺的新型網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，有效遏制了潛在的大規(guī)模電力系統(tǒng)連鎖故障的風險，提高了系統(tǒng)功角、電壓穩(wěn)定性及供電可靠性。并將區(qū)域化保護應(yīng)用于馬山220kV智能變電站，實踐證明了區(qū)域化保護模式具有較高的實用性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：智能變電站；區(qū)域化；網(wǎng)絡(luò)共享

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0155-03

Abstract： In view of the problems of low voltage distribution line protection without bus difference， failure protection and low reliability of power supply in traditional 66kV substation， this paper studies the regionalization protection network sharing platform and the new network switching technology that supports this platform. It effectively restrains the risk of potential large-scale power system cascading faults， and improves the power angle， voltage stability and power supply reliability of the system. The regionalization protection is applied to the 220kV intelligent substation in Mashan. The practice shows that the regionalization protection mode has higher practicability and superiority.

Keywords： intelligent substation； regionalization； network sharing

1 概述

目前，大多變電站66kV系統(tǒng)無快速主保護，后備保護定值整定和配合困難，線路末端故障時，只能依靠距離II段延時切除故障。運行方式變化容易引起誤動作；66kV系統(tǒng)無失靈保護，斷路器失靈時只能依賴后備保護切除故障，故障切除時間長，故障可能被發(fā)展、擴大；66kV主變保護單重化，保護拒動風險遠大于220kV及以上系統(tǒng)，從而導致后備保護越級跳閘風險加大。

針對上述問題，本文研究了覆蓋區(qū)域電網(wǎng)、具有同步性、實時性、可靠性及共享能力的區(qū)域化保護網(wǎng)絡(luò)共享平臺，及支持該平臺的新型網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)。并將區(qū)域化保護應(yīng)用于馬山220kV智能變電站66kV系統(tǒng)，提高了區(qū)域電網(wǎng)的供電可靠性。

2 廣域保護系統(tǒng)

廣域保護系統(tǒng)是指在變電站中廣域測量系統(tǒng)和常規(guī)保護系統(tǒng)相互配合，對區(qū)域電網(wǎng)故障進行快速、可靠、精確的切除，并且對故障切除后或經(jīng)受大擾動后進行安全分析。必要時采取相應(yīng)措施，防止系統(tǒng)發(fā)生大范圍或區(qū)域電網(wǎng)停電。

區(qū)域保護系統(tǒng)的核心思想是簡化調(diào)度自動化系統(tǒng)縱向結(jié)構(gòu)，變電站層面僅負責采集和執(zhí)行，在區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度層面基于實時全景信息，集中實現(xiàn)智能化保護、控制、測量、監(jiān)視、計量等功能。

區(qū)域化保護近年來展開了廣泛的研究，220kV及以上的智能變電站由于具有完備的母差、失靈保護，保護裝置均為雙重化配置。因此，在220kV及以上變電站沒有實施區(qū)域化保護的必要性。66kV及以下的智能變電站， 低壓配出線（10kV）沒有母差和斷路器失靈保護，供電可靠性差，有實施區(qū)域化保護的必要。在66kV及以下智能變電站都實現(xiàn)站域保護的基礎(chǔ)上，將每個變電站的站域保護通過通訊設(shè)備聯(lián)系起來，就能夠?qū)崿F(xiàn)線路全線速動保護（多端縱差保護），實現(xiàn)遠后備的功能。這樣就解決了66kV線路帶多個不同容量變電站保護配置無法選擇等問題，保證了區(qū)域電網(wǎng)供電的可靠性。

3 區(qū)域化保護在變電站中的應(yīng)用

為檢驗區(qū)域化保護在智能變電站中的性能，遼寧省朝陽供電公司構(gòu)建了以馬山智能變電站為中心站的66kV區(qū)域化保護系統(tǒng)。區(qū)域化保護電氣網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，如圖1所示。

區(qū)域化保護的范圍為圖1中紅色互感器所包含的部分，包含兩個220kV站（馬山站、柏山站）和六個66kV站（聯(lián)合變、木頭城子變、東大道變、棗山變、長在變、北四家子變）。

3.1 區(qū)域化保護系統(tǒng)構(gòu)架

區(qū)域化保護系統(tǒng)包含三層結(jié)構(gòu)，分別為就地層、網(wǎng)絡(luò)層和控保層。通過現(xiàn)有專用光纖和SDH網(wǎng)絡(luò)，將就地層的信息上傳到控保層，將區(qū)域范圍內(nèi)的保護功能集中實現(xiàn)。區(qū)域化保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示：

（1）控保層配置：配置2套區(qū)域化保護裝置，一臺裝置運行，一臺裝置熱備用。采用IEEE-1588對時的方式實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)綜合智能單元的同步。

（2）網(wǎng)絡(luò)層配置：配置1臺交換機和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，來實現(xiàn)控保層設(shè)備和綜合智能單元數(shù)據(jù)的接入和SDH到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

（3）就地層配置：配置綜合智能單元，完成區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的實時采集和上送，并負責接收和執(zhí)行控保層下發(fā)的控制命令。

（4）網(wǎng)絡(luò)同步方案：采用現(xiàn)有的SDH網(wǎng)絡(luò)同步，配置一套數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)綜合智能單元的數(shù)據(jù)同步和轉(zhuǎn)發(fā)功能，同步方案沿用保護裝置的乒乓算法，以馬山站綜合智能單元為主時鐘同步對側(cè)數(shù)據(jù)。

3.2 區(qū)域化保護系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

區(qū)域化保護系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)66kV線路差動、距離和過流保護，及區(qū)域差動保護、母線保護、主變保護、自適應(yīng)后備保護和安全控制等功能。具體功能如下：

（1）元件差動保護：包括66kV線路差動（含多端差

動）、母線差動和主變差動。

（2）區(qū)域差動保護：計算本間隔已連接元件的電流，完成差動保護功能，動作后第一時間跳中心開關(guān)，第二時間跳該開關(guān)當前狀況下所連接的元件的開關(guān)。自適應(yīng)差動保護替代了傳統(tǒng)保護體系中的階段式保護及斷路器失靈保護、死區(qū)保護。

a.階段式保護：在相鄰間隔發(fā)生故障并且主保護未動作情況下，由自適應(yīng)差動保護的第二實現(xiàn)切除故障，作為相鄰間隔的主保護。

b.失靈保護：當線路本間隔發(fā)生故障斷路器失靈，裝置檢測到第一時間跳開開關(guān)后故障電流仍存在，則判定斷路器失靈，由自適應(yīng)母差保護第二時限跳開本間隔相關(guān)的斷路器，切除故障。

c.死區(qū)保護：對于斷路器與互感器之間的死區(qū)，及各種設(shè)備檢修情況下出現(xiàn)的保護死區(qū)，都可以通過自適應(yīng)差動保護實現(xiàn)故障切除。

（3）66kV低周減載功能：取馬山變66kV母線電壓，完成一段66kV母線的低周減載功能。低周減載實施方案：取馬山變66kV母線電壓，設(shè)有六個基本輪，完成電網(wǎng)在不同頻率定值時經(jīng)不同延時來切除相應(yīng)負荷；同時設(shè)有三個特殊輪，來防止基本輪動作后，頻率長期低于正常水平；兩個加速輪，用于頻率快速下降時，加速切除負荷，防止系統(tǒng)崩潰。

（4）區(qū)域備自投：區(qū)域保護范圍中僅

66kV木頭城子變具備多個電源，有備自投條件，其他站不具備備自投條件?？稍O(shè)置木頭城子站失壓備自投。馬山站區(qū)域保護中木頭城子站作為聯(lián)絡(luò)變電站，可配置區(qū)域備自投裝置。備投根據(jù)馬山站、木頭城子站和柏山站三個變電站的電氣連接機拓撲關(guān)系，識別區(qū)域電網(wǎng)的運行方式，自適應(yīng)的選擇對應(yīng)的備自投方式。

（5）后備保護定值自適應(yīng)：Ⅲ段保護自動縮短延時。

3.3 區(qū)域化保護系統(tǒng)實現(xiàn)的效果

（1）采用區(qū)域保護控制方案，簡化了變電站保護設(shè)備，使變電站建筑面積和變電站占地面積都大幅度減少。

（2）區(qū)域保護控制系統(tǒng)實現(xiàn)繼電保護功能與安全穩(wěn)定控制功能協(xié)調(diào)配合，改善現(xiàn)有繼電保護性能和安全穩(wěn)定控制水平，提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

（3）區(qū)域主保護全部采用原理簡單、性能可靠的差動保護，解決了常規(guī)保護整定困難、配合困難的問題，提高了保護的選擇性和靈敏性。

（4）區(qū)域后備保護采用動態(tài)自適應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)保護范圍的動態(tài)自適應(yīng)和定值免整定，適應(yīng)電網(wǎng)分布式能源的接入、環(huán)網(wǎng)運行等各種電網(wǎng)網(wǎng)運行方式，提高電網(wǎng)的智能化程度。

（5）區(qū)域電網(wǎng)智能自愈、安全穩(wěn)定控制的應(yīng)用，實現(xiàn)了在區(qū)域內(nèi)對負荷轉(zhuǎn)供、低頻減載、聯(lián)機切負荷、備自投等功能的自由組合。

4 結(jié)束語

本文介紹了智能變電站區(qū)域化保護的應(yīng)用。采用區(qū)域保護控制方案，變電站只需配置就地采集和執(zhí)行單元，站內(nèi)設(shè)備數(shù)量大幅度減少，顯著減少變電站建筑面積。簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了變電站自動化系統(tǒng)的可靠性。區(qū)域化保護系統(tǒng)的實施將改善現(xiàn)有繼電保護性能和安全穩(wěn)定控制水平，提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

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