智能變電站線路保護(hù)測(cè)控裝置的應(yīng)用方案探析

關(guān)健珊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

研究發(fā)現(xiàn)，采用智能化運(yùn)維原理可使智能變電站性能穩(wěn)定，提升變電站運(yùn)維效率，由此可以看出，智能化技術(shù)在變電站應(yīng)用中作用顯著。智能變電站功能的實(shí)現(xiàn)，需要依托數(shù)字化設(shè)備，在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上增加傳感技術(shù)、信息技術(shù)的集成，借助技術(shù)集成優(yōu)勢(shì)讓設(shè)備可靠運(yùn)行。為了保證變電站線路穩(wěn)妥、安全運(yùn)行，需要測(cè)控裝置發(fā)揮理想化的線路保護(hù)作用，結(jié)合實(shí)際需求完成測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)，提高設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。

1 測(cè)控裝置概述

測(cè)控裝置顧名思義由兩部分構(gòu)成，即測(cè)量和控制，其原理圖見圖1。測(cè)控裝置不僅對(duì)變化量有著客觀的反映，還可以靈敏地接收遠(yuǎn)方的控制指令，結(jié)合實(shí)時(shí)接收的指令要求完成變電站內(nèi)的電氣量調(diào)節(jié)和設(shè)備遠(yuǎn)程控制。在實(shí)際應(yīng)用中，也可根據(jù)裝置設(shè)定的理想化以及邏輯性，完成調(diào)節(jié)控制，保證功能的合理發(fā)揮。測(cè)控裝置主要功能有很多，其中四遙功能最為重要，即遙測(cè)、遙信、遙控及遙調(diào)。遙測(cè)功能中采集交流電氣量的功能最為重要，包括采集各相CT二次側(cè)電流、PT二次側(cè)電壓、零序電流等，在此采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還可以在裝置內(nèi)部計(jì)算有功功率、無功功率，掌握各種功率因數(shù)、頻率等。除遙測(cè)的交流采樣外，測(cè)控裝置在狀態(tài)量的采集方面（即遙信）也具有良好的表現(xiàn)，同時(shí)還具備控制功能。在監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用期間，可以控制開關(guān)、刀閘分合，完成軟壓板投退等［1］。另外，記憶存儲(chǔ)功能也是監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)勢(shì)之一，對(duì)SOE、操作記錄等完成存儲(chǔ)。其中SOE指的是事件順序記錄，在具體工作中對(duì)應(yīng)的是開關(guān)跳閘、保護(hù)動(dòng)作等重要信號(hào)，在處理相關(guān)事件時(shí)會(huì)按照毫秒級(jí)事件標(biāo)準(zhǔn)和順序，逐個(gè)完成詳細(xì)記錄，確保事件的精準(zhǔn)性。

圖1 測(cè)控裝置原理圖

2 保護(hù)測(cè)控裝置的特點(diǎn)

2.1 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享

智能變電站在服役期間需要安裝線路保護(hù)測(cè)控裝置，這是基礎(chǔ)保障措施，不能忽視。通過保護(hù)裝置，可以采集線路信息，分析和處理運(yùn)行信息，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息傳輸與共享。通過分析信息，基本判斷變電站的情況，采取穩(wěn)妥、積極的措施解決各種問題，提高供電穩(wěn)定性，使其始終高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，智能線路保護(hù)測(cè)控裝置是一道有效防線，作用較為關(guān)鍵，除了基本保護(hù)作用外，還可以發(fā)揮監(jiān)控功能，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式實(shí)施對(duì)線路的保護(hù)。

2.2 良好的測(cè)護(hù)性能

智能變電站構(gòu)成復(fù)雜，存在許多智能元件，工作中需要確保各個(gè)智能元件可以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，使設(shè)備處于安全運(yùn)行的狀態(tài)。而想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，則需要線路保護(hù)測(cè)控裝置的輔助發(fā)揮出調(diào)節(jié)作用［2］。研究發(fā)現(xiàn)，保護(hù)測(cè)控裝置的測(cè)護(hù)性能想要達(dá)標(biāo)，需依托分層分布式系統(tǒng)，按一元件、一間隔的設(shè)置原則進(jìn)行分布式設(shè)計(jì)。為了強(qiáng)化效果，可直接就地分散安裝，將其系統(tǒng)安裝在高壓開關(guān)柜上，同時(shí)保證各間隔功能獨(dú)立。實(shí)踐證明，這樣的連接技術(shù)應(yīng)用性較強(qiáng)，各裝置之間連接完全依靠網(wǎng)絡(luò)，可以完成信息共享，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置合理，靈活性很高。在應(yīng)用中，裝置故障只會(huì)影響對(duì)應(yīng)的元件，其他元件性能依舊完好，使系統(tǒng)可靠性得到提升。保護(hù)測(cè)控的實(shí)施需要按照相應(yīng)路徑而進(jìn)行，具體如圖2所示。

圖2 保護(hù)測(cè)控實(shí)施路徑

此外，測(cè)控保護(hù)裝置優(yōu)越性很大部分集中在保護(hù)功能的獨(dú)立，因?yàn)楣δ艿莫?dú)立設(shè)計(jì)，所以使用中不依賴通信網(wǎng)絡(luò)，即使網(wǎng)絡(luò)面臨癱瘓，同樣不會(huì)影響裝置的保護(hù)功能。站在軟件設(shè)計(jì)的角度，在具體實(shí)施期間，保護(hù)模塊區(qū)分于其他模塊，先保護(hù)后測(cè)量。這樣的設(shè)計(jì)思路讓二次信號(hào)控制電纜大規(guī)模減少，降低了二次電纜的復(fù)雜度，使監(jiān)控不再復(fù)雜化。不僅有效控制了成本，同時(shí)也積極、高效地降低了難度，減輕了 CT和 PT負(fù)荷，為減少技術(shù)維護(hù)工作量提供了保障，同時(shí)節(jié)省了各種資源。

2.3 較高的自動(dòng)化程度

除了上述的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)外，線路保護(hù)測(cè)控裝置在科技的發(fā)展下，自動(dòng)化水平明顯提高。在具體的監(jiān)測(cè)階段，需要憑借自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，在有效保護(hù)手段的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)控信息進(jìn)行采集，不斷進(jìn)行分析、處理，提高遠(yuǎn)程操作的便利性［3］。由于該技術(shù)較強(qiáng)的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用中，針對(duì)遠(yuǎn)程出現(xiàn)的問題，技術(shù)人員不用到場(chǎng)地，便可發(fā)現(xiàn)線路問題，借助可行手段解決，保證變電站的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)備安全，從源頭減少變電故障。

3 保護(hù)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)方案

案例介紹：某智能變電站在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中安裝有變壓器等眾多設(shè)備，整體規(guī)模較大，因?yàn)樵O(shè)備較多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，線路分布也很復(fù)雜，想要有效保護(hù)線路，難度變得較高。因此，安裝保護(hù)測(cè)控裝置是保障性措施，非常必要。在具體的裝置安裝階段，需要先完成土建施工，只有土建施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)，電力工程施工才會(huì)順暢。220kV的變電站，除了電容器室之外，還配備了14臺(tái)高壓開關(guān)柜和其他戶外電氣設(shè)備。為了提升線路穩(wěn)定性，每個(gè)區(qū)域（變電站的）都采用了保護(hù)措施，具體設(shè)計(jì)方案如下。

3.1 保護(hù)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)

測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合實(shí)際情況，采用2套測(cè)控裝置，借此強(qiáng)化保護(hù)功能。在測(cè)量、控制功能運(yùn)用中，需要保證獨(dú)立性，減少主備機(jī)邏輯判斷。基于測(cè)控裝置支持手控的前提，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，可以通過把手的設(shè)置（手合和手分）來提高系統(tǒng)控制靈活性。需要緊急控制時(shí)，只需要完成一次操作就可實(shí)現(xiàn)。在聯(lián)閉鎖信息的應(yīng)用中，需要對(duì)測(cè)控裝置采集的狀態(tài)量、模擬量進(jìn)行科學(xué)的聯(lián)鎖計(jì)算，而后將聯(lián)鎖狀態(tài)通過GOOSE等高效率傳輸方式發(fā)送出去，成功抵達(dá)智能終端。GOOSE傳輸方式相對(duì)較為復(fù)雜，需經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及報(bào)文優(yōu)先級(jí)對(duì)比等多個(gè)流程，具體見圖3。實(shí)踐證明，閉鎖接點(diǎn)接入回路中，能夠優(yōu)質(zhì)、科學(xué)地控制回路。值得注意的是，在監(jiān)控系統(tǒng)搭建中，遙測(cè)技術(shù)不可或缺。所謂遙測(cè)技術(shù)，本質(zhì)是一種遠(yuǎn)程測(cè)量技術(shù)，應(yīng)用價(jià)值較高。在該技術(shù)應(yīng)用中，關(guān)鍵信息會(huì)借助通訊技術(shù)傳遞。實(shí)踐證明，遙測(cè)信息概括性較強(qiáng)，能夠反映系統(tǒng)的整體狀態(tài)。

圖3 GOOSE傳輸方式

3.2 監(jiān)控后臺(tái)的應(yīng)用

除了測(cè)控裝置自身的設(shè)計(jì)，測(cè)控裝置至監(jiān)控后臺(tái)的應(yīng)用也是設(shè)計(jì)重點(diǎn)。測(cè)控裝置與后臺(tái)通信是監(jiān)控全站實(shí)時(shí)信息最重要的途徑，不容忽視。想要實(shí)施有效監(jiān)控，需要在監(jiān)控后臺(tái)完成控制點(diǎn)的配置，使其可遠(yuǎn)程顯示測(cè)控信息。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)信息中有2套及以上的采集信息出現(xiàn)嚴(yán)重不一致時(shí)，則需要啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行設(shè)備檢查。

3.3 保護(hù)測(cè)控模型的搭建

為了強(qiáng)化監(jiān)控的效果，掌握變電站情況，加強(qiáng)線路保護(hù)測(cè)控的作用，需要結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求不斷完善保護(hù)測(cè)控裝置，在建立應(yīng)用模型的基礎(chǔ)上逐步升級(jí)系統(tǒng)功能。在應(yīng)用模型的階段，需要考慮智能變電站網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式，積極改進(jìn)模型，確保線路保護(hù)測(cè)控裝置可以處于穩(wěn)妥、安全的運(yùn)行狀態(tài)。除此之外，設(shè)計(jì)裝置模型時(shí)，為了發(fā)揮模型的價(jià)值，可以利用熱交換技術(shù)，建立變電站的環(huán)網(wǎng)，確保變電站運(yùn)行穩(wěn)定。在交流采樣法應(yīng)用階段，想要提升應(yīng)用質(zhì)量，必須依照一定的規(guī)律，遵循科學(xué)設(shè)計(jì)原則，在技術(shù)的支撐下完成交流信號(hào)采集，特別是信號(hào)瞬時(shí)值的采集工作。并在有效措施保護(hù)下，將獲取的瞬時(shí)數(shù)據(jù)妥善保管和處理，然后將其合理送到測(cè)量計(jì)算回路。在具體工作中，為了綜合掌握系統(tǒng)性能，還需要經(jīng)過一定的算法，因此通過建模和仿真驗(yàn)證來獲得精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，為后續(xù)的線路保護(hù)測(cè)控裝置模型優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。在此階段，應(yīng)用到電流速斷保護(hù)公式：

公式中，Ep為系統(tǒng)電壓；zp為系統(tǒng)等效電阻；L為線路長度；zI為正序阻抗。過電流保護(hù)公式：

公式中，K為系數(shù)，I和IL分別代表電流定值和最大負(fù)荷電流

3.4 安裝光電互感器

通過科學(xué)安裝互感器，變電站線路保護(hù)測(cè)控可以實(shí)現(xiàn)有效隔離高電壓大電流，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性。作為測(cè)控裝置設(shè)計(jì)者，需要明確線路保護(hù)測(cè)控標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合線路實(shí)際情況，安裝抗干擾裝置來提升其抗干擾能力。在智能變電站中，由于線路的特性，保護(hù)測(cè)控裝置應(yīng)用范圍廣，其數(shù)字接口眾多，安裝光電互感器需要成熟的技術(shù)支撐，否則將難以發(fā)揮光電互感器作用。在經(jīng)濟(jì)的帶動(dòng)下，電力資源需求迫切，變電站數(shù)量增多，為了滿足應(yīng)用需求，需要提高變電站智能化、標(biāo)準(zhǔn)化程度，以提升電網(wǎng)穩(wěn)定性。在互感器安裝中，應(yīng)考慮線圈的阻抗，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算：

L為電感量，F(xiàn)為工作頻率

為了促使互感器充分發(fā)揮作用，應(yīng)減小損耗，對(duì)此可通過減少繞組電阻的方式實(shí)現(xiàn)，假設(shè)副邊匝數(shù)為N，則根據(jù)歐姆定律有：

電阻消耗功率：

通過上述公式，便可掌握如何減少繞組電阻。

4 結(jié)論

現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，智能變電站的設(shè)備是重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象，因?yàn)檫@些設(shè)備通常靈敏度比較高，為了保障其性能，需要配備保護(hù)測(cè)控裝置，通過充分利用保護(hù)測(cè)控裝置的功能減少變電站運(yùn)行問題，在達(dá)到智能化要求和標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也有助于變電站運(yùn)行效率的提升。在變電站維護(hù)期間，發(fā)揮保護(hù)測(cè)控裝置優(yōu)勢(shì)，借助合理、積極的手段降低設(shè)備故障發(fā)生率。變電站保護(hù)測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)仍在高速發(fā)展，因此還需要通過不斷學(xué)習(xí)最前沿的技術(shù)、積累更多的變電站實(shí)例數(shù)據(jù)來提升設(shè)計(jì)水平。