智能變電站就地化保護(hù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用展望

朱國(guó)超

摘要：對(duì)于智能電站的保護(hù)設(shè)置宜采用就地化多間隔式配置方案，不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)使得保護(hù)指令執(zhí)行得更加得力、迅速，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的安全性都是極大的改進(jìn)，減少了故障，避免了經(jīng)濟(jì)損失。多間隔保護(hù)設(shè)置取消智能終端等中間環(huán)節(jié)，創(chuàng)新地提出了就地化保護(hù)思路，對(duì)于智能電站的安全性能是一種新的突破。希望通過本次討論，對(duì)于智能電站的保護(hù)方案上有所啟發(fā)，將我國(guó)智能電站的整體水平提高到新的層次，增加我國(guó)在國(guó)際電站建設(shè)項(xiàng)目中的份額。

1 智能變電站行業(yè)現(xiàn)狀研究分析

智能化變電站的投資隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步、科研成果的成熟應(yīng)用、設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化、智能設(shè)備的不斷完善并大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用以及智能設(shè)備集中采購(gòu)帶來的規(guī)模效應(yīng)而有所下降，預(yù)計(jì)智能化變電站的投資將和常規(guī)變電站的投資基本持平。智能設(shè)備生產(chǎn)將從投入期進(jìn)入成熟期，產(chǎn)品的數(shù)量也隨之增加，前期設(shè)備研發(fā)費(fèi)用將被大量設(shè)備分?jǐn)?，使設(shè)備單價(jià)大幅下降。以750kVGIS設(shè)備為例，2005-2010年，因?yàn)?50kVGIS設(shè)備從投入期進(jìn)入了成熟期，設(shè)備價(jià)格下降了36%.隨著變電站智能化技術(shù)的進(jìn)步、科研成果的成熟應(yīng)用、設(shè)計(jì)方案的不斷優(yōu)化.隨著變電站關(guān)鍵技術(shù)的日趨成熟和核心設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用，變電站測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)等功能將充分集成，變電站二次設(shè)備數(shù)量會(huì)逐漸減少，預(yù)計(jì)二次設(shè)備屏柜可減少50%～70%，相應(yīng)的減少二次設(shè)備間占地面積60～100m2.隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及IEC61588對(duì)時(shí)技術(shù)等的不斷發(fā)展及推廣采用，變電站通信平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，大量減少控制電纜和光纜用量，從而減少甚至取消電纜溝，二次電纜長(zhǎng)度平均減少8～40km，減少比例為原來的80%/～90%.根據(jù)變電站配電裝置型式的不同，電纜溝減少80%/～100%.隨著智能設(shè)備市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大，智能設(shè)備的采購(gòu)也可納入國(guó)家電網(wǎng)公司集中招標(biāo)系統(tǒng)。由于采購(gòu)規(guī)模較大，勢(shì)必使得設(shè)備供應(yīng)商給出最優(yōu)惠的價(jià)格，這將使得電子式電流電壓互感器、電子式電流互感器、電子式電壓互感器、主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)裝置、斷路器在線監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備價(jià)格較目前有較大幅度的下降。 隨著變電站智能化技術(shù)的日趨成熟，施工、調(diào)試工作難度也將大幅度降低，工程投資將有一定幅度的下降。 智能變電站與常規(guī)變電站相比，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)可視化，通過智能告警、智能防誤等智能化高級(jí)應(yīng)用，減少了檢修停電和故障停電時(shí)間，主要設(shè)備的使用周期得以延長(zhǎng)，同時(shí)占地面積有一定減少，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。今后隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步、智能設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用以及智能設(shè)備集中采購(gòu)帶來的規(guī)模效應(yīng)，智能變電站的投資將不斷下降，智能變電站的投資將和常規(guī)變電站的投資基本持平，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和推廣前景。

2 智能變電站就地化保護(hù)的特點(diǎn)

與智能變電站微機(jī)保護(hù)+合并單元+智能終端模式相比，就地化保護(hù)具有小型化、高可靠性、高防護(hù)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無防護(hù)安裝和即插即用。具體有以下特點(diǎn)：（1）就地化保護(hù)裝置小型化，接口標(biāo)準(zhǔn)化，即插即用，簡(jiǎn)化二次接線。（2）就地化保護(hù)采用SV、GOOSE、MMS三網(wǎng)合一共口輸出，構(gòu)建全站保護(hù)專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備信息交互。（3）采用預(yù)制式航插，標(biāo)準(zhǔn)化配置，互操作性強(qiáng)，有效防止現(xiàn)場(chǎng)“誤接線”。（4）可實(shí)現(xiàn)“工廠化調(diào)試”和“更換式檢修”，安裝、調(diào)試、檢修、更換更加方便，大幅縮短停電時(shí)間，減少運(yùn)維工作量。（5）電纜采樣、直接跳閘，減少數(shù)據(jù)傳輸中間環(huán)節(jié)，提高保護(hù)的可靠性和速動(dòng)性。（6）保護(hù)功能不依賴于外部對(duì)時(shí)系統(tǒng)，也不受SCD文件影響。（7）IP67防護(hù)等級(jí)，滿足就地化安裝環(huán)境條件及長(zhǎng)壽命要求。（8）取消保護(hù)屏柜，就地安裝，節(jié)約土地面積，減少光纜和電纜使用量，實(shí)現(xiàn)降本增效。

3 變壓器保護(hù)方案

對(duì)于變壓器的差動(dòng)工作保護(hù)來說，工作的中重點(diǎn)在于能夠正確辨別故障電流與勵(lì)磁涌流以及防治在電路短路時(shí)所產(chǎn)生的不平衡電流而引起的差動(dòng)，這兩方面。由于在勵(lì)磁涌流內(nèi)，非周期分量的比重較大，且電磁式的電流互感器對(duì)非周期分量的轉(zhuǎn)化不夠明確，以及出現(xiàn)保護(hù)誤判現(xiàn)象。數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)中高頻分量以及高保真?zhèn)髯冎绷鞯膬?yōu)點(diǎn)，能夠正確辨別勵(lì)磁涌流在正常電流通過與出現(xiàn)故障時(shí)非周期分量的差別，并根據(jù)這一差別來重新判斷與區(qū)分故障電流與勵(lì)磁涌流，進(jìn)而保證變壓器的差動(dòng)保護(hù)不受影響。在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，由于變壓器周圍的各個(gè)互感器其暫態(tài)特性之間的誤差不盡相同，從而影響了變壓器的差動(dòng)保護(hù)的平衡電流，常規(guī)的解決方法主要是利用增加動(dòng)作的整定制來預(yù)防誤判，但是會(huì)對(duì)匝間短路時(shí)保護(hù)工作的展開造成一定的影響。但電子式互感器的使用，能夠保證其四周暫態(tài)電流的一致性，提高匝間短路的敏捷度，增加變壓器差動(dòng)保護(hù)工作的效率。

4 分布式母線保護(hù)

在電力系統(tǒng)中，母線占有一個(gè)十分重要的地位。但是傳統(tǒng)模式上的母線保護(hù)裝置存在著擴(kuò)展性能不強(qiáng)、二次接線繁雜、抗干擾性不強(qiáng)等的問題，而數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)中的分布式母線保護(hù)能夠具備一定的分散處理功能。但對(duì)于傳統(tǒng)變電站來說，基本上無法滿足分布式母線保護(hù)數(shù)據(jù)通信量的大、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高等的要求，而數(shù)字化變電站卻不同，其本身的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就能解決這個(gè)問題。

5 線路的保護(hù)方案

電站的線路往往具有功率大，傳輸距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此其安全保護(hù)就顯得尤為重要，一旦保護(hù)措施不得力，引發(fā)跳閘事故，其造成的經(jīng)濟(jì)損失是不可估量的。為增加可靠性，智能電站的線路保護(hù)裝置往往采用多套不同廠家的線路保護(hù)裝備，同時(shí)用過電流元件及電壓元件來保護(hù)后備電流、電壓。智能電站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的同時(shí)也帶來了安全隱患，那就是過于依賴網(wǎng)絡(luò)。為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，可以將保護(hù)線路設(shè)計(jì)成相對(duì)于主線路獨(dú)立存在，線路的CT、PT以及回路均直接與就地保護(hù)相連。這樣即使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題也不影響就地保護(hù)功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，成功地規(guī)避了網(wǎng)絡(luò)的影響。同時(shí)還可以通過過程層交換機(jī)中的SV報(bào)文進(jìn)行故障錄波及分析。

6 就地化保護(hù)的前景展望

在今后的電站建設(shè)中，我們應(yīng)當(dāng)著重注意以下幾點(diǎn)：首先是重視底層技術(shù)的研發(fā)。我國(guó)的電站一次設(shè)備智能化水平不高，因此應(yīng)注重基礎(chǔ)技術(shù)研究，為智能電站的全面發(fā)站提供有力支撐。其次注重電站的整體周期成本控制。國(guó)外的智能電站運(yùn)行是商業(yè)化模式，因此更注重成本的降低，對(duì)此我國(guó)應(yīng)借鑒外國(guó)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，將智能電站的壽命周期成本進(jìn)一步降低，以利于全面推廣。再次注重智能變電站運(yùn)行維護(hù)的便利性。我國(guó)的智能電站就地化保護(hù)目前處于試點(diǎn)階段，其原因之一就是技術(shù)含量高，對(duì)于電站維護(hù)的技術(shù)水平相對(duì)較高，因而使得很多小型電站對(duì)其應(yīng)用望而卻步，;在此在今后的智能電站建設(shè)中應(yīng)著眼于其應(yīng)用的便利性，力爭(zhēng)使其運(yùn)維更加的利于操作，這樣才能使得智能電站就地化保護(hù)得以全面推廣使用。

7 結(jié)語

隨著目前智能變電站技術(shù)日益發(fā)展和進(jìn)步，智能化電力設(shè)備在我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)過程中發(fā)揮著越來越重要的作用，智能變電站要長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行，繼電保護(hù)系統(tǒng)至關(guān)重要，對(duì)于智能變電站的運(yùn)行具有決定性的作用，所以要更好地保證繼電保護(hù)的質(zhì)量和水平，就必須要使用高科學(xué)的管理方法來提升變電站保護(hù)系統(tǒng)可靠性，只有這樣，才能更好地保證變電站工作的質(zhì)量和水平。

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