110kV智能變電站繼電保護若干問題研究

樊鵬鵬

摘 要 近年來，經(jīng)濟得到了快速的發(fā)展，人們對于電力的使用需求也在不斷地上升，進而帶動了電力建設(shè)的整體水平和建設(shè)速度，電力行業(yè)的發(fā)展也進一步促進了國內(nèi)企業(yè)的發(fā)展。本文依據(jù)國家電力網(wǎng)絡(luò)公司所頒布的技術(shù)應(yīng)用規(guī)范，結(jié)合目前現(xiàn)有智能變電站的應(yīng)用情況，就110kV智能變電站繼電保護的配置等內(nèi)容進行分析，以期為促進電力企業(yè)發(fā)展提供有益的幫助。

關(guān)鍵詞 110kV 智能變電站 繼電保護

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0124-03

為了能夠應(yīng)對供需平衡，我國針對電力企業(yè)專門出臺了相應(yīng)的管理措施和鼓勵政策，確保電力企業(yè)能夠在滿足我國市場經(jīng)濟發(fā)展需求的大背景下保持長久穩(wěn)定的發(fā)展。在此原則下，電力企業(yè)就不應(yīng)當(dāng)將過多地關(guān)注點放在供電總量上，而是應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代化的發(fā)展需求對電力服務(wù)的質(zhì)量進行改進，確保電力服務(wù)水平的提升。

1 智能變電站的特點

智能化變電站采用了開放式的分層分布系統(tǒng)應(yīng)用，是由不同的站控層、間隔層以及過程層共同構(gòu)成。采用了標準化的通信標準，所以站內(nèi)信息不僅具備共享性同時也有唯一性的特點，能夠在進行相關(guān)信息采集的過程中不會出現(xiàn)信息之間的重復(fù)和重疊，方便后期工作人員在辨識故障信息時不會出現(xiàn)誤報的問題。

站控層主要是由主機、遠動通信裝置以及二次功能站統(tǒng)一組成，設(shè)備為站內(nèi)的人機器提供對應(yīng)的聯(lián)系界面，能夠幫助操作人員進行不同層級之間的設(shè)備管理，進而實現(xiàn)對整個變電站全面的監(jiān)控，并形成統(tǒng)一的管理。當(dāng)然，站控層也能夠?qū)崿F(xiàn)遠程的調(diào)度和監(jiān)控的目的。

間隔層則是由很多二次子系統(tǒng)共同構(gòu)成的，它也包括了對設(shè)備的保護、測量以及計量的設(shè)備應(yīng)用。當(dāng)站控層以及其相關(guān)網(wǎng)路出現(xiàn)問題無法發(fā)揮應(yīng)有作用時，該間隔層仍可以獨立完成設(shè)備的監(jiān)控以及保護的工作。

過程層則是由互感器、合并單元以及智能化單元構(gòu)成的，它用于完成二次系統(tǒng)以及一次設(shè)備的相關(guān)功能的應(yīng)用，充分的進行對電氣量的采集、設(shè)備運行過程的檢測以及對主控命令的執(zhí)行等任務(wù)。

2 目前智能化變電站繼電保護應(yīng)用過程中的常見問題

在電力應(yīng)用發(fā)展的早期，為了能夠滿足區(qū)域內(nèi)電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平，在發(fā)展建設(shè)過程中以覆蓋全面無遺漏為主。而在這個過程中必然會存在一定的不足，且當(dāng)時的電力應(yīng)用技術(shù)還不夠先進，電力網(wǎng)絡(luò)化的水平不足，即便是應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)化的電源點也僅僅適用于網(wǎng)絡(luò)的正常運行，而忽視了其所具有的其他應(yīng)用能力。所以在應(yīng)用過程中對于電能輸入的限制水平較高，這一問題也引起了我國供電企業(yè)的高度關(guān)注。

近些年，城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展速度不斷地加快，相應(yīng)的電力設(shè)施的覆蓋范圍也在不斷地擴大，但仍有部分區(qū)域的配電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用比較落后。使用了冗長的電力輸送線路，造成線路負載過大電源負荷提升，很容易引發(fā)大面積停電的事故，給人們的日常生活和生產(chǎn)造成影響。

在早期的電力網(wǎng)絡(luò)施工前期，對于電力線路的設(shè)計通常是結(jié)合實際使用需求進行的。沒有經(jīng)過合理的規(guī)劃和長遠的計劃，所以在線路材料選擇方面與國際電網(wǎng)線路規(guī)格無法匹配[1]。而后隨著區(qū)域用電需求的不斷增加，電力網(wǎng)絡(luò)的搭建和設(shè)計一直也沒有進行規(guī)范，造成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)混亂，給后續(xù)的維護工作造成一定的困擾。后續(xù)的維護和修理工作也沒有達到預(yù)期，進而增加了電力能源的浪費，甚至給當(dāng)?shù)氐碾娏ζ髽I(yè)造成了一定的經(jīng)濟損失。

在對供電企業(yè)進行電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)干擾的問題，這些因素主要是由于早期電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用沒有及時進行維護和更換，設(shè)備老化情況嚴重，技術(shù)應(yīng)用較為落后，這也是導(dǎo)致后續(xù)在應(yīng)用過程中事故頻發(fā)的問題。而很多電力事故的發(fā)生也都是源于電路老化設(shè)備短路等，這也給電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)步運行造成了極大的困擾。

3 關(guān)于110kV智能變電站繼電保護的配置情況

3.1 智能化的應(yīng)用

一般來說，無論是常規(guī)變電站還是智能變電站，都會采用控制斷路器的分合閘來實現(xiàn)繼電保護的應(yīng)用。而隨著技術(shù)應(yīng)用的升級，還會有一些線路支路配合使用具有電能測量或是計算機應(yīng)用的設(shè)備。比如我們經(jīng)常見到的電流互感裝置以及電壓互感裝置，它們甚至可以實現(xiàn)單獨測量的應(yīng)用目標[2]。所以無論是電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實際結(jié)構(gòu)還是建設(shè)的基礎(chǔ)化設(shè)備配置，智能化變電站與傳統(tǒng)變電站相比更具先進性和創(chuàng)新性。通過技術(shù)應(yīng)用的提升，有效地對電力設(shè)備的應(yīng)用進行了完善，借助先進的計算機網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用技術(shù)也能夠讓智能化變電站的自動化技術(shù)應(yīng)用水平得到提升。在對智能化變電站進行設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)重點注意雙重化配置方式的應(yīng)用。這是由于這種配置方式能夠極大地提升整個系統(tǒng)配置的應(yīng)用可靠性，也能夠使智能化變電站的應(yīng)用更具可靠性。雙重化配置的應(yīng)用具體來說就是在A/D采樣回路、光纖連接以及智能化終端等采取更加合理地控制服務(wù)，確保各項應(yīng)用能夠得到進一步的保障，實現(xiàn)雙重保護的目標。在應(yīng)用過程中也應(yīng)用到了智能化電子設(shè)備，通過智能變電站建造，確保繼電保護裝置的設(shè)計方案能夠滿足國際設(shè)計標準以及相關(guān)要求。

3.2 輸電線路的保護

在進行110kV智能變電站的設(shè)計之初就應(yīng)當(dāng)考慮后續(xù)的維護工作的執(zhí)行和應(yīng)用。通過前期的智能化的預(yù)設(shè)工作能夠在設(shè)備出現(xiàn)故障時及時進行報警，同時也可以在線路中安裝對應(yīng)的自動化控制設(shè)備來實現(xiàn)遠程控制的目標，在特定的狀況下能夠直接進行遠程的跳閘控制，避免因為部分故障的原因而造成整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，給電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行造成影響。通過網(wǎng)絡(luò)信息化的技術(shù)應(yīng)用能夠有效實現(xiàn)對信號之間的支路連接，然后借助電流互感裝置以及電壓互感裝置的應(yīng)用對數(shù)據(jù)進行對比分析，如果回傳的數(shù)據(jù)變化較大則可能存在故障，此時應(yīng)當(dāng)針對性地進行故障排除，避免因小失大造成更大的安全隱患。

3.3 分布式母線保護

母線是電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效運行的基礎(chǔ)設(shè)備，也是在進行電力網(wǎng)絡(luò)檢驗和檢修過程中需要重點注意的對象。一方面是這種設(shè)施其擴展性能較差，其次進行二次接線時的操作較為復(fù)雜。為了能夠有效地提升智能變電繼電保護的性能，需要從母差保護的邏輯入手進行簡化[3]。借助過程層的分布式母線就能夠有效地實現(xiàn)這一目標，它的應(yīng)用原理主要是通過對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用以及智能短路的方式來去除母差，保護過程中的負壓閉鎖元件，進而能夠?qū)崿F(xiàn)對母線的獨立化保護，達到保護母線順利使用的目標。

4 關(guān)于110kV系統(tǒng)繼電保護配置的設(shè)計

4.1 智能變電站的線路

在進行110kV智能變電站的建設(shè)設(shè)計過程中，首先需要做好對變電站線路的保護工作，確保當(dāng)線路出現(xiàn)故障問題時能夠借助智能化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及時進行報警，這樣就能夠便于管理人員及時找到問題點甚至是問題的原因進行處理，極大地提升了維修的效率[4]。為了達到這一目標，需要在線路中安裝斷路器等設(shè)備，借助這個設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)故障狀態(tài)下的跳閘以保護其他的線路，避免其受到更大的損害。通過安裝保護測控裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)信號與每個電力網(wǎng)絡(luò)支路相互連接，快速地對電力網(wǎng)絡(luò)的運行狀況進行采樣，并于智能化終端聯(lián)系，實現(xiàn)信息的傳遞。當(dāng)然，通過安裝電流互感器以及電壓互感器，也能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中的電壓進行有效檢測，定期進行電壓分析，快速找到安全隱患。

4.2 變壓器補償保護

一般來說，在電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中會設(shè)置補償裝置，主要分為靜止補償器以及同步調(diào)相機或是并取電容器等設(shè)備。這些裝置的應(yīng)用功能主要是在相互作用下能夠改變線路中輸送的無功功率的因數(shù)，通過改變因數(shù)的方式來改變變壓器以及供電廠在供電過程中的無功損耗功率的減少。在我國的供電系統(tǒng)中最常見的就是110 kV配電網(wǎng)絡(luò)，通過在這些裝置上面配置電容器組，能夠有效地增加補償容量。這種應(yīng)用方式在我國的農(nóng)村地區(qū)的電力應(yīng)用中作用非常明顯，在電力使用高峰期如果不采取相應(yīng)的措施就會導(dǎo)致帶電網(wǎng)負荷較大，而相應(yīng)的設(shè)備的符合變小。如果電網(wǎng)長期不間斷地運行下去就會導(dǎo)致無功負荷的不斷上升，很容易造成用電事故。所以針對此類問題采取大容量無功補償裝置進行自動化的投切，就能夠有效降低電網(wǎng)的無功損耗，實現(xiàn)變電所的集中補償保護的目的。

5 關(guān)于站內(nèi)繼電保護的檢測應(yīng)用

傳統(tǒng)的合并器所發(fā)出的光數(shù)字信號能夠有效地替代輸入保護裝置的電壓并對電流量進行模擬，傳統(tǒng)的保護測試設(shè)備只能進行模擬量的輸出，但這個輸出值與實際數(shù)值之間還存在一定的差量。隨著技術(shù)的革新和完善使得現(xiàn)有的光數(shù)字保護測試儀器能夠從保護裝置的以太網(wǎng)口進行輸入，有效地提升了數(shù)字化測試信號的準確性，也簡化了原有的操作步驟。當(dāng)然技術(shù)的個性化也帶來了一定的挑戰(zhàn)，對于應(yīng)用的水平要求變得更高，同時在應(yīng)用的過程中要必須考慮跨間隔數(shù)據(jù)的要求的保護裝置在作用過程中不同間隔間傳輸數(shù)據(jù)時，彼此之間必須達到時間上的一致性才可以，如果差距較大則很難實現(xiàn)保護裝置的目的。

對于智能化變電站中的一次和二次設(shè)備，需要借助網(wǎng)絡(luò)信號發(fā)送以及采集的方式來實現(xiàn)保護作業(yè)。將所采集的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端并進行分析，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)論進行指令下發(fā)，尤其是在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，這種簡潔的操作方式能夠有效地實現(xiàn)對設(shè)備第一時間的控制，使問題設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，避免設(shè)備進一步損壞。這種保護措施的應(yīng)用是建立在網(wǎng)絡(luò)以及對設(shè)備進行檢修的方式上的，所以能有效地提升設(shè)備運行的安全性。

110kV智能變電站在設(shè)計過程中對于信號的使用主要是通過GOOSE協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。通過技術(shù)優(yōu)化對傳統(tǒng)的信號采集進行了改變，使得在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上將不同信號進行分離，如此就不會出現(xiàn)信號誤差的情況。

6 110kV智能變電站繼電保護具體對策

6.1 優(yōu)化繼電保護配置

第一，選擇合適的變壓器保護裝置。從技術(shù)規(guī)范標準出發(fā)，110kV智能變電站應(yīng)該選擇應(yīng)用雙套配置方式保護變壓器的正常運行，且采用主、備一體化繼電保護裝置。如果現(xiàn)場條件較差，應(yīng)該將主、后備保護器分別設(shè)置，以達到測控一體化的標準。

第二，優(yōu)化母聯(lián)保護裝置。110kV智能變電器的母聯(lián)保護裝置應(yīng)該和智能化單元融合形成整體結(jié)構(gòu)，形成完善的整體系統(tǒng)，從而可以達到直接跳閘、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的要求?？紤]到技術(shù)標準和規(guī)范的要求，110kV智能變電站繼電分段需要采用單套配置的模式，達到測控一體化標準，其繼電保護性能符合運行的要求。同時，110kV變電站分段保護采用點對點直跳的形式，滿足系統(tǒng)安全保護的要求。

第三，線路優(yōu)化配置和應(yīng)用。在110kV智能變電站線路保護應(yīng)用中，通過單套完整的主、后備功能系統(tǒng)進行設(shè)置，并且安裝測控一體化系統(tǒng)。

第四，母線保護裝置合理選擇。110kV變電母線保護系統(tǒng)一般是應(yīng)用單套設(shè)置的形式，各個間隔重點所提供的信號利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞胶湍妇€保護系統(tǒng)連接。這種系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)形式，母線裝置容量和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)存在直接的關(guān)系。以目前的110kV智能化變電站建設(shè)具體情況分析，單口同時接入的合并單元不能超過6個，要想實現(xiàn)等間隔取樣的要求，需要在現(xiàn)場設(shè)置千兆交換器，以滿足運行要求。

6.2 合理運用狀態(tài)檢修

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)水平提升比較明顯，110kV智能變電站繼電保護系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)、應(yīng)用等方面都有了很快的發(fā)展，技術(shù)水平不斷的提高，并且可以給電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性提升打下基礎(chǔ)。因此，為了能夠防止發(fā)生嚴重的故障問題，電力企業(yè)需要嚴格落實檢修工作，制定科學(xué)合理的檢修工作計劃，明確工作職能和工作標準，從而使得繼電保護裝置穩(wěn)定運行。一方面給各個電力用戶提供穩(wěn)定能源供應(yīng)，另一方面可以保證110kV電站穩(wěn)定運行。

6.3 處理好電流互感器飽和問題

電流互感器如果存在飽和反應(yīng)，容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性不足。首先，要選擇符合系統(tǒng)運行要求的電力互感器，充分考慮智能變電站線路短路互感器交流飽和問題方面，做出有效的分析，比如10kV線路交流互感器必須超過額定值的60%，同時在二次負載結(jié)構(gòu)上會出現(xiàn)阻抗的問題，電流互感器要防止方式二次阻抗的問題，所以一般在沒有任何繼電保護的情況之下才應(yīng)用交流互感器。

7 結(jié)語

在電力使用需求不斷增加的今天，智能變電站的應(yīng)用變得更加重要。如果要確保電力網(wǎng)絡(luò)運行的高效性以及穩(wěn)定性，就必須做好110kV智能變電站的技術(shù)研究和突破，通過對現(xiàn)有問題地研究和分析，不斷進行嘗試和解決，從而確保110kV智能變電站更好地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，保障電力供應(yīng)服務(wù)更加優(yōu)化。

參考文獻：

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