220kV智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沈麗娟

[摘 ? ?要]隨著我國(guó)電力行業(yè)的不斷進(jìn)步，智能變電站的發(fā)展越來(lái)越成熟。為了實(shí)現(xiàn)電力工程發(fā)展的優(yōu)化，對(duì)變電站的繼電保護(hù)以及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷地研究與探討。主要介紹220 kV智能變電站的相關(guān)情況，以具體某工程作為主要分析對(duì)象，先對(duì)220 kV智能變電站進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，然后分別就變電站的繼電保護(hù)以及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)分析，提出相關(guān)的建議。

[關(guān)鍵詞]220 kV;智能變電站;繼電保護(hù);自動(dòng)化系統(tǒng);設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)]TM63;TM77 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]With the continuous progress of China's power industry， the development of intelligent substation is more and more mature. In order to optimize the development of power engineering， the relay protection and automation system design of substation are studied and discussed. This paper mainly introduces the relevant situation of 220 kV intelligent substation， taking a specific project as the main analysis object， first gives a brief overview of 220 kV intelligent substation. Then the relay protection and automation system design of the substation are analyzed， and the relevant practical development suggestions are put forward.

[Keywords]220 kV; intelligent substation; relay protection; automation system; design

電力工程在不斷發(fā)展過(guò)程中，由于社會(huì)先進(jìn)技術(shù)的影響，工程的發(fā)展越來(lái)越重視技術(shù)設(shè)備的使用率。技術(shù)使用率的提高，很大程度上可以提高電力工程的效率，使得電力行業(yè)更加現(xiàn)代化。在科技的推動(dòng)下，電力系統(tǒng)需要進(jìn)行與社會(huì)發(fā)展相一致的智能創(chuàng)新，從而推動(dòng)電力行業(yè)的智能發(fā)展。智能變電站的重要發(fā)展，也促使了很多電力企業(yè)對(duì)于該發(fā)展的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究與探討，以求得到一種合理且有效的發(fā)展模式與工程設(shè)計(jì)，促進(jìn)變電站的智能化。本文對(duì)智能變電站創(chuàng)新發(fā)展的相關(guān)探討中，主要是以某一地區(qū)的變電站智能化為例，指出220 kV智能變電站的發(fā)展情況。該變電站的改進(jìn)分析過(guò)程，同樣可以適用于其他的智能變電站，因此其方法具有普遍性。

1 220 kV智能變電站的概述

智能化的變電站，需要有較好的繼電保護(hù)以及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，才能保障變電站的發(fā)電安全以及智能化的實(shí)現(xiàn)。智能變電站的發(fā)展不斷應(yīng)用于很多電力企業(yè)，作為重要的變電站改進(jìn)措施，智能化發(fā)展為變電站提供了二次發(fā)展的機(jī)會(huì)，促進(jìn)變電站工程效率的提高，實(shí)現(xiàn)更好的自動(dòng)化發(fā)展。變電站智能化具有很重要的發(fā)展意義，電力工程的發(fā)展中先進(jìn)技術(shù)使用率提高，除了可以促進(jìn)工程效率以外，還可以更好地適應(yīng)社會(huì)科技對(duì)行業(yè)發(fā)展的要求。工程發(fā)展方向與社會(huì)大環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)一致，有利于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

智能變電站的發(fā)展具有一定的普遍性，因此本文對(duì)于電力工程的敘述，主要以某地區(qū)的智能變電站為主要介紹對(duì)象，從而引出各智能變電站的發(fā)展方式。智能變電站主要有220 kV和66 kV兩個(gè)電壓等級(jí)，某地區(qū)的220 kV智能變電站原有3臺(tái)容量為180 MVA的主變，如今的改進(jìn)需要增加到4臺(tái)，并且規(guī)定每一臺(tái)的容量至少為240 MVA。該地區(qū)的發(fā)展主要是進(jìn)行220 kV智能變電站的改進(jìn)與完善，提高其智能化程度，更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理與運(yùn)作。在該地區(qū)進(jìn)行智能變電站完善的過(guò)程中，對(duì)變電站的工程情況進(jìn)行合理分析及規(guī)劃，提前對(duì)變電站的改進(jìn)提出相應(yīng)的措施，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。其中關(guān)系到很多技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用，包括自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)等。該地區(qū)的變電站完善中，主要是關(guān)注前期的設(shè)計(jì)、中期的監(jiān)測(cè)以及后期的信息傳輸，與原電力工程發(fā)展不同的是，在每個(gè)階段都需要關(guān)注技術(shù)的投入，建立強(qiáng)有力的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)各方面進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與管控。這種分階段共同發(fā)展的模式，可以在各方面對(duì)變電站的智能化進(jìn)行完善，以達(dá)到高效的繼電保護(hù)以及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。可以說(shuō)，某地區(qū)的智能化變電站相關(guān)情況與改進(jìn)行為，對(duì)于其他變電站的智能化而言，存在著一定的適用性。示意圖見(jiàn)圖1。

2 變電站的繼電保護(hù)

在變電站的智能化發(fā)展中，不可忽視的方面就是變電站的繼電保護(hù)，變電站的安全問(wèn)題一直都是非常值得關(guān)注的問(wèn)題，安全性能關(guān)系著變電站的發(fā)展持續(xù)性和穩(wěn)定性。在繼電保護(hù)措施中，應(yīng)該利用技術(shù)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)設(shè)施的建立，在變電站中設(shè)置開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)或是變壓系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的安全保護(hù)。技術(shù)設(shè)備通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)電壓，以及外界的環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)化的設(shè)備開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)出現(xiàn)超出可承受范圍內(nèi)的電壓或是外界環(huán)境參數(shù)異常時(shí)，變電站的安全系統(tǒng)需要及時(shí)反應(yīng)，進(jìn)行及時(shí)斷電以及變電站運(yùn)行維護(hù)。在220 kV的智能變電站的保護(hù)體系中，可以進(jìn)行自動(dòng)化的開(kāi)關(guān)調(diào)控的使用，在這過(guò)程中再加上具備監(jiān)控功能以及調(diào)試功能的自動(dòng)化設(shè)備。由于現(xiàn)代化設(shè)備的先進(jìn)性，以及安全保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)劣比較，可以采用微機(jī)保護(hù)這一安全措施進(jìn)行有效的變電站繼電保護(hù)。技術(shù)的加持，使得變電站繼電保護(hù)可以選擇價(jià)格較低、性能較為可靠的智能保護(hù)模式進(jìn)行。

3 變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以采用兩層設(shè)備一層網(wǎng)絡(luò)的形式，與以往的三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)不一樣。兩層設(shè)備一層網(wǎng)絡(luò)的形式更加簡(jiǎn)化，效率也更高，更符合智能變電站的發(fā)展。其中兩層設(shè)備一層網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)方面的內(nèi)容。①智能化的一次設(shè)備，接口裝置都為光纖以太網(wǎng)接口，使用先進(jìn)的光電技術(shù)，對(duì)設(shè)備的使用進(jìn)行改進(jìn)。原先的信號(hào)處理方式以及控制電纜得到相應(yīng)改進(jìn)，變?yōu)槭褂霉怆娂夹g(shù)以及光纖。②網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，這種設(shè)備采用高效運(yùn)行的信息管理技術(shù)，對(duì)于傳統(tǒng)的裝置進(jìn)行改良，熟練運(yùn)用信息傳輸技能進(jìn)行設(shè)備完善。③數(shù)字化的技術(shù)支持，對(duì)變電站運(yùn)用到的計(jì)量技術(shù)，不同于以往以模擬量的形式進(jìn)行，而且運(yùn)用數(shù)字化的先進(jìn)計(jì)量技術(shù)，進(jìn)行相應(yīng)地?cái)?shù)字處理。這種形式的發(fā)展很好地對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)備進(jìn)行整合優(yōu)化，對(duì)變電站的安全以及效率都有較大影響。在變電站的自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，有兩種不同形式的方法：①站內(nèi)的監(jiān)控采用以遠(yuǎn)動(dòng)為數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)的形式，相應(yīng)的設(shè)備則是以電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)施，將變電站的保護(hù)作用獨(dú)立出來(lái)。②采用站內(nèi)監(jiān)控以微機(jī)保護(hù)的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，將保護(hù)工作與控制工作結(jié)合在一起，沒(méi)有將保護(hù)措施獨(dú)立出來(lái)。

3.1 實(shí)現(xiàn)設(shè)備層內(nèi)部的信息溝通

在設(shè)備某些程序的運(yùn)行設(shè)計(jì)中，采用直接采樣的方式，不經(jīng)過(guò)系統(tǒng)層以及其他層面。這樣的直接采樣形式，不會(huì)涉及到其他層面的信息流動(dòng)以及傳輸問(wèn)題，直接把信息傳輸?shù)浇K端設(shè)備進(jìn)行溝通處理。顯然，這種更加直接的模式可以有效提高信息傳遞的效率，使信息不需要經(jīng)過(guò)過(guò)多的中間階段再傳輸?shù)街悄芙K端，簡(jiǎn)化了很多的中間步驟，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層內(nèi)部溝通后，就將信息直接匯入終端。這種方式的好處在于如果中間層面，如系統(tǒng)層發(fā)生故障或是出現(xiàn)阻礙，信息在設(shè)備層內(nèi)部依舊能不受影響地自由流動(dòng)，不妨礙信息的溝通交換。同時(shí)，信息傳輸由于不再需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)層等層面，因此層面的故障現(xiàn)象并不能阻礙信息的傳輸。

3.2 實(shí)現(xiàn)設(shè)備層之間的信息溝通

設(shè)備層之間的信息溝通，就涉及到了跳閘的方式研究，對(duì)于信息如何能順利從一個(gè)設(shè)備層傳輸至另一個(gè)設(shè)備層進(jìn)行合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)隔間隙的信息流動(dòng)。在220 kV以及66 kV母線中采用直接采樣的方式，首先實(shí)現(xiàn)設(shè)備層內(nèi)的信息溝通，然后采取直接跳閘的形式進(jìn)行跨信息層的溝通交流。直接跳閘的模式可以有效地降低外界因素對(duì)設(shè)備層的干擾，促使信息的有效傳輸。直接傳輸?shù)姆绞讲皇芷渌麑用娴挠绊?，僅僅依賴于跳閘模式問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的信息溝通，需要采取高效的跳閘方式，降低信息傳輸以及管理的成本。在數(shù)據(jù)信息的傳輸過(guò)程中，可以引入GMRP組播技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類和引導(dǎo)，保證各類信息流動(dòng)到相應(yīng)的間隙，不會(huì)流動(dòng)到其他的間隔。

3.3 實(shí)現(xiàn)設(shè)備層與系統(tǒng)層的信息溝通

在一些信息的傳遞中，會(huì)通過(guò)系統(tǒng)主機(jī)直接傳輸至系統(tǒng)層內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，由于系統(tǒng)層內(nèi)部以及傳輸過(guò)程的復(fù)雜性，該信息量較大，傳輸?shù)男畔⒁草^多。由于信息繁雜，因此需要使用相應(yīng)技術(shù)，促使系統(tǒng)通過(guò)光纖以太網(wǎng)技術(shù)相連，實(shí)現(xiàn)彼此之間的信息傳遞。這種形式可以避免出現(xiàn)大量信息在系統(tǒng)層內(nèi)部傳輸，超出系統(tǒng)層內(nèi)部的數(shù)據(jù)運(yùn)輸負(fù)荷，不利于系統(tǒng)層的高效運(yùn)作。在設(shè)備層與系統(tǒng)層之間的信息傳輸中，也可以利用GMPR技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)信息傳遞，防止出現(xiàn)因?yàn)檫z漏或是信息傳輸錯(cuò)誤等情況。

3.4 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層內(nèi)部的信息溝通

與信息層內(nèi)的信息相比，系統(tǒng)層內(nèi)部的信息溝通過(guò)程中，信息量較小，而且對(duì)于信息的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)性要求相對(duì)不是太高，信息傳遞準(zhǔn)確即可，速度要求較低。系統(tǒng)層內(nèi)部的信息溝通與信息層內(nèi)部相似，內(nèi)部的信息溝通可以不經(jīng)過(guò)其他層面且不受其他層面的干擾，使信息在系統(tǒng)內(nèi)充分流動(dòng)。

除了信息溝通的便利性，自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)還可以強(qiáng)化其監(jiān)測(cè)和管控系統(tǒng)，對(duì)于整體的220 kV智能發(fā)電站進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，同時(shí)對(duì)工程進(jìn)行相應(yīng)地監(jiān)管，實(shí)時(shí)更新相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄，對(duì)工程出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)分析與解決。引入遠(yuǎn)程調(diào)控的形式，對(duì)變電站的控制開(kāi)關(guān)以及指令進(jìn)行相應(yīng)操作，不同于人工操作存在的漏洞與疏忽，自動(dòng)化的技術(shù)檢測(cè)可更準(zhǔn)確地對(duì)工程進(jìn)行合理控制與優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力行業(yè)的發(fā)展與變電站的發(fā)展息息相關(guān)，而傳統(tǒng)的變電站發(fā)展模式已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代化程度較高的現(xiàn)實(shí)社會(huì)，因此變電站的發(fā)展創(chuàng)新存在著必要性。為實(shí)現(xiàn)技術(shù)設(shè)備達(dá)到社會(huì)發(fā)展要求，各電力企業(yè)對(duì)自身變電站的智能化方面進(jìn)行深入研究，主要就繼電保護(hù)以及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行深度思考與探討。220 kV智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐漸成為電力行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，其智能化發(fā)展很好地適應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)技術(shù)化、自動(dòng)化的趨勢(shì)。當(dāng)然，變電站的智能化方向具有一定的互通性，所以主要通過(guò)某一地區(qū)的變電站智能優(yōu)化，來(lái)引出普遍變電站所面對(duì)的情況以及可以采取的智能優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)更好地繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其他電力企業(yè)可以根據(jù)自身實(shí)際，結(jié)合該地區(qū)變電站的優(yōu)化建議進(jìn)行相應(yīng)地規(guī)劃完善，實(shí)現(xiàn)自身的持續(xù)和穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張才明，宋登科，翟慧娟.智能變電站建設(shè)中的技術(shù)分析與探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（34）：2465-2466.

[2] 張紅，王雷，岳巒嵩，等.某220 kV變電站智能化改造施工過(guò)渡方案[J].農(nóng)村電氣化，2019（2）：16-18.

[3] 張軻，姜嬡，張鴻飛. 220 kV變電運(yùn)維工作的安全風(fēng)險(xiǎn)分析與管理實(shí)踐[J].百科論壇電子雜志，2019（11）：368-369.

[4] 杜文俊，李文慧，丁一.基于CPS框架的低壓熔斷器生產(chǎn)線集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2020（12）：95-98，103.

[5] 朱明嘉，侯元文.基于層次分析法的智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇[J].電世界，2016，57（4）：9-13.