變電站就地化保護(hù)研究

郭亮

【摘 ?要】當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，帶動了各項(xiàng)工程的建設(shè)步伐。在能源市場的發(fā)展中，智能變電站是重要的發(fā)展內(nèi)容，變電站信息的智能化將有利于電網(wǎng)運(yùn)行的檢測，這就使得智能變電站在世界范圍內(nèi)的地位不斷提高。目前，我國為更好地實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，開始了對智能變電站的大規(guī)模推廣，目前全國范圍均在開展智能變電站的建設(shè)工作。

【關(guān)鍵詞】智能變電站;就地化保護(hù);方案;研究

1 智能變電站就地化保護(hù)中存在的問題

1.1數(shù)據(jù)的采集問題

在智能變電站的交流數(shù)據(jù)采集工作中，采集的數(shù)據(jù)必須同步。但目前看來，這一環(huán)節(jié)存在很多的問題。在傳統(tǒng)的變電站中，各個單元的采樣工作都是在保護(hù)裝置的內(nèi)部完成的，不需要其他保護(hù)的相互配合。但是在智能化的變電站中，智能采集回路是獨(dú)立于保護(hù)裝置的合并單元或合智裝置，這就對各個裝置間的相互配合提出了很高的要求。任何數(shù)據(jù)的失步或者數(shù)據(jù)幀的丟失都將產(chǎn)生嚴(yán)重的交流采樣錯誤，使采樣失效，造成設(shè)備失去保護(hù)運(yùn)行。

1.2電子互感器不可靠

電子互感器一般情況下是在戶外運(yùn)行的，所以戶外環(huán)境直接影響了互感器的運(yùn)行。在高溫或強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下，電子互感器的光電器件及傳感單元中的部分器件性能都會受到影響，出現(xiàn)性能劣化等問題，使得互感器故障，輸出信號異常，嚴(yán)重的將引起保護(hù)裝置誤動，導(dǎo)致電網(wǎng)不能穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

1.3對過程層網(wǎng)絡(luò)過度依賴

過程層網(wǎng)絡(luò)是智能變電站數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵?，能夠連接站內(nèi)的所有智能電子設(shè)備，匯集所有信息。所以，一旦過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)出現(xiàn)了故障問題，保護(hù)裝置就會失去其該有的功能，直接危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2 智能變電站就地化保護(hù)配置原則

智能變電站就地化的優(yōu)勢主要有：

（1）簡化二次接線：少量光纖代替大量電纜。

（2）提升測量精度：數(shù)字信號傳輸和處理無附加誤差。

（3）提高信息傳輸?shù)目煽啃裕篊RC 校驗(yàn)、通信自檢、光纖通信無電磁兼容問題。

（4）可采用電子式互感器：無 TA 飽和、TA 開路、TV 短路鐵磁諧振等問題;絕緣結(jié)構(gòu)簡單、干式絕緣、免維護(hù)。

（5）一次、二次設(shè)備間無電聯(lián)系：無傳輸過電壓和兩點(diǎn)接地等問題;一次設(shè)備電磁干擾不會傳輸?shù)郊厥摇?/p>

（6）各種功能共享統(tǒng)一的信息平臺：監(jiān)控、遠(yuǎn)動、保護(hù)信息子站、電壓無功控制AVC 和五防等一體化。

（7）減小變電站集控室面積，二次設(shè)備小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化。

但智能變電站就地化現(xiàn)存不足有：

（1）快速性不足：合并單元和智能終端的設(shè)置導(dǎo)致信號傳輸及轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)增加，主保護(hù)動作時間延長。

（2）可靠性有待提升：合并單元成熟度不高;合并單元等單一元件故障可能造成多套保護(hù)動作或閉鎖;合并單元、智能終端安裝在戶外柜中，工作環(huán)境惡劣，故障率偏高。

（3）運(yùn)維難度大：二次設(shè)備種類繁多，現(xiàn)場工作量大，現(xiàn)有安調(diào)及運(yùn)維檢修承載力不足;二次虛回路無法直觀可見，配置文件管控困難。

智能變電站的就地化保護(hù)裝置為一種新的構(gòu)成模式，應(yīng)綜合考慮智能化設(shè)備的優(yōu)勢同時避免其帶來的問題，在研究保護(hù)配置方式時應(yīng)充分考慮以下幾點(diǎn)。

（1）繼電保護(hù)的“可靠性、速動性、選擇性、靈敏性”是保護(hù)配置的基本原則，基于智能變電站的新型保護(hù)功能體系同樣應(yīng)該嚴(yán)守這個原則。此外，變電站一體化保護(hù)功能配置模式利用信息冗余和廣域通信的優(yōu)勢，在故障時實(shí)時跟蹤網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳⒖焖俣ㄎ惶l，加速保護(hù)動作時間，大大緩解了選擇性和靈敏性、選擇性和速動性之間的矛盾。

（2）現(xiàn)有的設(shè)備主保護(hù)是電力系統(tǒng)第一道防線的堅強(qiáng)支撐，在絕大多數(shù)情況下性能優(yōu)良，安全可靠，且積累多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，具有很高的工程價值。新的配保護(hù)功能配置模式是對現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)的升級改造，不覆蓋主保護(hù)功能、不干擾主保護(hù)動作、不影響性能。

（3）高效的信息傳輸通道和數(shù)字處理能力為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展開辟了廣闊的空間，新型的繼電保護(hù)原理多利用電網(wǎng)關(guān)聯(lián)信息及相關(guān)數(shù)字算法進(jìn)行拓?fù)渥R別、故障定位、跳閘配合，信息的準(zhǔn)確傳輸與識別是各種原理正確運(yùn)行的關(guān)鍵。

3.智能變電站就地化保護(hù)配置方案

3.1無防護(hù)安裝配置方案

首先，要在安裝調(diào)試階段對保護(hù)裝置進(jìn)行就地布置，在裝置過程中要采取無防護(hù)就地安裝的方式，將其中的大部分接線都使用航空插頭進(jìn)行預(yù)制，要將整站二次設(shè)備安裝的時間縮短到一周左右。在專業(yè)化的檢修中，要使用自動檢測技術(shù)，在全站的保護(hù)配置安裝及調(diào)試工作完成之后，再將其發(fā)往現(xiàn)場，現(xiàn)場再進(jìn)行整組傳動工作，之后將其投運(yùn)。另外，在保護(hù)裝置的具體運(yùn)行和維護(hù)中，需要借助就地化保護(hù)方式，使安裝、更換更便捷，提升電網(wǎng)運(yùn)維的效率。針對無間隔保護(hù)虛回路的設(shè)計，要大力簡化SCD的配置、管控。在配置一站式的情況下，確保實(shí)現(xiàn)少維護(hù)、已維修和虛回可視化的目標(biāo)。

3.2分布式變壓器配置方案

就地化變壓器保護(hù)指的是通過控制室中的智能管理單元進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程界面功能。其子機(jī)采用的是全封閉機(jī)箱，不集成操作回路，各側(cè)開關(guān)跳閘需要配置單獨(dú)的操作箱。在這里，我們以220KV自耦變壓器為例，高壓側(cè)為內(nèi)橋接線，中壓側(cè)為雙母線接線，低壓側(cè)帶分支，在就地化變壓器保護(hù)中配置高壓1側(cè)、高壓2側(cè)、中壓側(cè)、低壓1側(cè)、低壓2側(cè)、主變本體共6個子機(jī)，用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)將子機(jī)連接，將主變本體子機(jī)作為保護(hù)主機(jī)，采用IEEE1588實(shí)現(xiàn)對各側(cè)子機(jī)的同步采樣，要將各側(cè)采樣值同步后進(jìn)行保護(hù)邏輯的判別，保護(hù)動作后將GOOSE跳閘命令通過環(huán)形網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各側(cè)子機(jī)，各側(cè)子機(jī)收到命令后能及時跳本側(cè)開關(guān)，還能通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收失靈的聯(lián)跳信號，實(shí)現(xiàn)失靈聯(lián)跳變壓器各側(cè)斷路器功能。主機(jī)安裝好之后，要將各子機(jī)就地安裝在端子箱附近，并把所有子機(jī)同時接入過程層網(wǎng)絡(luò)，上送對應(yīng)的SV及GOOSE信息。SV、GOOSE信息采用共口技術(shù)，減少子機(jī)用于信息交互的光口數(shù)量。另外，為了減少中間的環(huán)節(jié)，子機(jī)可直接采用常規(guī)跳閘、常規(guī)采樣，提高保護(hù)裝置的整組操作時間。再者，為了簡化二次回路，降低檢修及運(yùn)維的工作量，子機(jī)要全部采用預(yù)制電纜、光纜，對外連接要全部采用航空插頭，保護(hù)裝置故障后要進(jìn)行整機(jī)更換，用檢修中心調(diào)試好的保護(hù)裝置直接替換故障裝置，并通過智能管理單元實(shí)現(xiàn)備份文件的一次下裝，這樣，保護(hù)裝置就只需在簡單的驗(yàn)證后就可以投入運(yùn)行，節(jié)約了變電站的檢修及停電時間，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的即插即用和更換式檢修。

3.3繼電保護(hù)配置方案

該保護(hù)方案主要是通過主保護(hù)與后備保護(hù)的配合實(shí)現(xiàn)對一次設(shè)備的保護(hù)，與傳統(tǒng)變電站的保護(hù)方案相似。該保護(hù)方案的實(shí)施，使主保護(hù)可以快速、準(zhǔn)確切除故障，且可以保持良好的保護(hù)性能，但后備保護(hù)的配置具有很大的局限性。通常情況下，為了滿足選擇性的要求，就必須犧牲動作速斷性。在放射性拓?fù)漭旊娋W(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)階段式后備距離保護(hù)動作可延遲2到3S。對于沒有配置母差保護(hù)的中低壓母線，要依靠變壓器低后備保護(hù)切除可能發(fā)生的母線故障，因此，會有至少0.5S的延時，給系統(tǒng)的一次設(shè)備造成威脅。除此之外，后備保護(hù)為提升對變壓器內(nèi)部故障的靈敏度，會將保護(hù)范圍延伸到變電站的低壓側(cè)，使得兩級后備保護(hù)的部分保護(hù)區(qū)動作延時相同。對于未配置母線保護(hù)的站內(nèi)中低壓母線，站域后備保護(hù)可通過獲取進(jìn)出線及母線運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過分析，提供快速可靠的近后備保護(hù)，有效提升電力系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳蕾，董若溪，趙亞飛.變電站保護(hù)多功能合一及無防護(hù)就地化研究[J].山西建筑，2017，01：145-147.

（作者單位：國網(wǎng)晉中供電公司）