智能變電站繼電保護(hù)的整定與配合研究

趙 劍，鄧 昱

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

近幾年，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與信息處理技術(shù)的迅速發(fā)展，智能變電站逐漸成為當(dāng)今全球電網(wǎng)發(fā)展與變革的主要方向。智能變電站能夠?qū)Ω麟娫垂?jié)點(diǎn)和用戶終端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以采集并傳送任意節(jié)點(diǎn)的電能和其他有關(guān)信號，促進(jìn)電力系統(tǒng)各個(gè)成員之間的交流、互動，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制[1]。智能化變電站無論是技術(shù)上的先進(jìn)性，還是可操作性上，都要優(yōu)于傳統(tǒng)常規(guī)變電站，同時(shí)還具有占地面積小、安全系數(shù)高、維修簡單等特點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的發(fā)展目標(biāo)，需要加快智能變電站的建設(shè)。智能變電站是未來變電站發(fā)展的主要方向，對其繼電保護(hù)整定與配合進(jìn)行深入的分析和研究具有重要意義。

1 智能變電站繼電保護(hù)分析

智能變電站作為1種功能性較強(qiáng)的變電站，在電網(wǎng)中占據(jù)舉足輕重的地位，能夠顯著提高一次設(shè)備的智能化程度。智能變電站的構(gòu)造如圖1所示。

圖1 智能化變電站的構(gòu)造

繼電保護(hù)是對變電所發(fā)生的故障或異?，F(xiàn)象進(jìn)行探測，根據(jù)故障檢測結(jié)果發(fā)送報(bào)警信號，以便及時(shí)將故障隔離、切除，保證其他線路的正常工作[2]。繼電保護(hù)作為1種安全防護(hù)手段，在保證智能變電站的穩(wěn)定可靠運(yùn)行中起著舉足輕重的作用，需要對其進(jìn)行有效維護(hù)。依據(jù)智能化變電所的實(shí)際狀況，繼電保護(hù)裝置協(xié)調(diào)配合中以1次裝置為主要基準(zhǔn)，當(dāng)變電站中受保護(hù)的一次裝置是智能設(shè)備時(shí)，可以在工藝層中設(shè)置繼電保護(hù)。如果所保護(hù)的一次設(shè)備是傳統(tǒng)設(shè)備，那么可以在靠近主設(shè)備的控制室內(nèi)安裝繼電器。通過這種方式，既能提高操作的穩(wěn)定性，又能方便地進(jìn)行維修。智能變電站繼電保護(hù)原理如圖2所示。

圖2 智能變電站繼電保護(hù)原理

2 智能化變電站繼電保護(hù)整定與配合

2.1 繼電保護(hù)設(shè)備整定與配合

繼電保護(hù)整定中，保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏度和速度相互補(bǔ)充。較少的保護(hù)環(huán)節(jié)和較簡單的回路可以提高可靠性，但單純的保護(hù)很難滿足其他性能的需求。為了提高系統(tǒng)的可靠性，降低故障發(fā)生的可能性，應(yīng)采取備用措施。采用合理的計(jì)算方法對保護(hù)整定值進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，并對其靈敏度進(jìn)行校核，從而保證每一次的繼電保護(hù)動作都有一定的選擇性。電流保護(hù)、增加整定值可以保證其選擇性，而降低整定值則保證了靈敏度，尤其是當(dāng)運(yùn)行方式的阻抗差異很大時(shí)，不能同時(shí)滿足二者的需求[3]。此外，還有選擇性和速度的沖突。隨著時(shí)間的推移，可以更好地保證選擇性，但很難滿足速度的需求。要解決各性能之間的矛盾，需要對電網(wǎng)的實(shí)際工作狀況進(jìn)行詳細(xì)分析。

在滿足可靠性、選擇性、靈敏度以及速度等條件的情況下，通過多種設(shè)備的協(xié)同工作，提高繼電器的智能化程度，從而改善二次系統(tǒng)的綜合功能。此外，保護(hù)裝置的各個(gè)部分必須滿足高可靠性的要求，確保任何1個(gè)部件的損傷都不會造成保護(hù)裝置的誤動作和拒絕動作[4]。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，330 kV及以上電壓等級的變電站應(yīng)使用2組保護(hù)裝置。當(dāng)需要在220 kV的變電站設(shè)置繼電保護(hù)裝置時(shí)，必須采用保護(hù)和測控功能一體化的裝置，并采用雙重保護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.2 智能變電站內(nèi)設(shè)備整定與配合

2.2.1 線路保護(hù)整定與配合

220 kV及以上線路均配有2個(gè)保護(hù)裝置，其中主用、后備保護(hù)功能完善。集成設(shè)備、智能終端等設(shè)備均應(yīng)采用雙重結(jié)構(gòu)，直接取樣保護(hù)，各隔離裝置所需的母線電壓由組合裝置直接采用點(diǎn)對點(diǎn)轉(zhuǎn)換方式獲得。線路過電壓保護(hù)、遠(yuǎn)跳現(xiàn)場識別等功能應(yīng)整合到線路保護(hù)裝置中，當(dāng)遠(yuǎn)跳其他裝置啟動時(shí)，應(yīng)采用面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測識別。通常情況下，110 kV線路應(yīng)分別設(shè)置一系列完整的分步保護(hù)措施，包括3段式相間接地距離保護(hù)、4段式零序保護(hù)等。集成器與智能終端均為單組結(jié)構(gòu)，保護(hù)直接取樣[5]。

2.2.2 母線保護(hù)整定與配合

母線保護(hù)的結(jié)構(gòu)主要有雙向供電線路保護(hù)、單側(cè)供電線路保護(hù)、無供電線路保護(hù)，其中雙端供電線路應(yīng)配備雙套主用、后備綜合線路保護(hù)裝置。若單側(cè)供電單回接線不能成環(huán)且不需要單相重合閘，則無須進(jìn)行縱聯(lián)，應(yīng)當(dāng)在供電側(cè)單獨(dú)設(shè)置2組完整的相位保護(hù)。此外，旁路開關(guān)應(yīng)有1組完整的線路保護(hù)裝置。

2.2.3 電容器保護(hù)整定與配合

一般電容器保護(hù)的整定都是采用雙重電流保護(hù)、過壓保護(hù)、低壓保護(hù)以及不均衡電流保護(hù)，在電容器端發(fā)生導(dǎo)線失效時(shí)，應(yīng)根據(jù)靈敏度和電容器組的額定電流來調(diào)整。過壓保護(hù)是根據(jù)電容器的端子電壓不高于1.1倍額定電壓來調(diào)節(jié)。低壓保護(hù)應(yīng)比備自投裝置的低電壓元件設(shè)定值大，一般是額定電壓的0.3倍，其時(shí)間應(yīng)與本側(cè)的出線備用保護(hù)時(shí)間一致。不均衡電流保護(hù)通常是按照廠商推薦的數(shù)值來調(diào)整。繼電保護(hù)整定與配合異常狀況分類如表1所示。

表1 繼電保護(hù)整定與配合異常狀況

3 智能變電站整定與配合的改進(jìn)分析

3.1 接地變保護(hù)整定與配合的改進(jìn)分析

通常來說，由消弧線圈和非接地系統(tǒng)組成的變電保護(hù)系統(tǒng)在某些情況下也會直接使用線路保護(hù)裝置。在保護(hù)功能上，常使用雙重過流或過載報(bào)警。目前很少有變電站采用電阻接地，這類變電站的建設(shè)必須對其功能進(jìn)行優(yōu)化。從中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的接線模式來看，需要配置專門的變電站變電保護(hù)測控系統(tǒng)，既要有2級過流或過負(fù)載保護(hù)，又要有零序保護(hù)。

3.2 過負(fù)荷閉鎖功能的整定

過負(fù)荷閉鎖性能的調(diào)整是根據(jù)變壓器額定電流來調(diào)整過載閉鎖，為防止因短時(shí)間大電流引起的備用自投頻繁發(fā)生閉鎖，必須設(shè)置5 s的整定延時(shí)。對于雙環(huán)變變壓器，其備自投可以利用主變電壓側(cè)和低壓側(cè)電流來進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)主變低壓端為雙支路時(shí)，過載閉鎖電流應(yīng)采用分支電流，一般按照0.6倍的主變額定電流計(jì)算。

4 結(jié) 論

隨著我國電力系統(tǒng)中各種技術(shù)的發(fā)展，近年來新建的變電站多為智能變電站。智能變電站的繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)是其重要組成，在實(shí)際應(yīng)用中由于存在著多種影響其正常工作的因素，需要相關(guān)工作人員積極進(jìn)行處理，持續(xù)優(yōu)化完善智能變電站繼電保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容。