500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)方案分析

李文剛

國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司內(nèi)蒙古超特高壓分公司 內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000

引言

電力系統(tǒng)是為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)提供安全、經(jīng)濟(jì)、潔凈、可持續(xù)電力的主要組成部分。按照保證能量安全、優(yōu)化能量結(jié)構(gòu)、推進(jìn)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、改進(jìn)服務(wù)等要求，結(jié)合區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)際情況，落實(shí)“提高供電可靠率、做強(qiáng)電網(wǎng)保增長、科學(xué)發(fā)展上水平”的發(fā)展主題，建立合理的骨干電網(wǎng)，使各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，形成具有信息化、自動(dòng)化特征的堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)，本文提出了500kV智能變電站的建設(shè)模式。

1 智能化變電站的概念

智能化的變電設(shè)備是指在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能夠做到信息的數(shù)字化管理和操作，其側(cè)重點(diǎn)是以光電技能為基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息手段以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施的完美結(jié)合。此外，智能變電設(shè)備還具有隨時(shí)都能起到監(jiān)控的作用，當(dāng)變電設(shè)備在工作過程中出現(xiàn)其他問題時(shí)，通過該功能可以迅速地找到問題產(chǎn)生的原因，從而可以迅速有效地解決問題，從而可以有效地提升變電設(shè)備工作的有效性和可靠性[1]。一般情況下，很多現(xiàn)代技術(shù)都被應(yīng)用到了功能性變電設(shè)備中，對(duì)變電設(shè)備中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的采集，并通過智能的方式對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)和分析，從而提高了數(shù)據(jù)和信息的正確性。

2 500kV智能變電站繼電保護(hù)作用

500kV智能變電站的保護(hù)設(shè)備是在變電站發(fā)生故障時(shí)，保證其不會(huì)造成事故蔓延的基礎(chǔ)，是變電站正常工作和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，也是電力系統(tǒng)在實(shí)際工作中十分關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)和基本構(gòu)造。在繼電器設(shè)備中，測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分分別具有不同的作用和聯(lián)系；在測(cè)量部分，是對(duì)變電站出現(xiàn)問題進(jìn)行判斷的重要依據(jù)，是分析問題的大小和嚴(yán)重性，確定是否啟動(dòng)繼電保護(hù)，也是保證變電站穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。在邏輯部分，主要根據(jù)測(cè)量部分所發(fā)出的各種信號(hào)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行分析和排列，并根據(jù)其問題的嚴(yán)重性和大小，進(jìn)而輸出各種信號(hào)；而在執(zhí)行環(huán)節(jié)，根據(jù)對(duì)邏輯環(huán)節(jié)的判定，對(duì)其所發(fā)出的諸如跳閘、報(bào)警等信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的處理，從而實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)哪康模瑫r(shí)確保被保護(hù)的裝置不會(huì)受到干擾。

3 智能化變電站的特點(diǎn)

3.1 信息的交互式傳遞

智能變電站裝備的一個(gè)突出特征就是可以進(jìn)行信息的交互式傳遞。這主要是由于變電站各功能裝置對(duì)數(shù)據(jù)資料的需求較高，因此，各裝置之間的數(shù)據(jù)資料不僅要在各系統(tǒng)之間傳遞，也要在各裝置之間傳遞。

3.2 數(shù)據(jù)收集的精確性

在變電站中，數(shù)據(jù)參數(shù)的精確存儲(chǔ)是一個(gè)很重要的指標(biāo)。在變電站的裝置中，一般都使用光電互感器，以實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。如果這些參數(shù)不符合要求，將對(duì)智能變電站設(shè)備的正常工作產(chǎn)生很大的影響。

3.3 處理方式的科學(xué)性

智能變電站的裝置在進(jìn)行參數(shù)存貯時(shí)，一般不進(jìn)行選型。造成這種現(xiàn)象的原因在于，所收集到的資料所包含的信息量很大，并且其表現(xiàn)方式也各不相同。所以，如果繼續(xù)使用以前的方法，將極大地影響變電站設(shè)備的運(yùn)行效率。在目前的變電站中，要想達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理，就必須利用節(jié)拍管理來進(jìn)行處理。由于每個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)形式都不一樣，所以對(duì)其進(jìn)行處理與分析時(shí)，要采取不同的方法，就是要對(duì)其進(jìn)行分類管理。

4 500kV智能變電站繼電保護(hù)配置的設(shè)計(jì)方法

4.1 設(shè)計(jì)原則

智能變電站相對(duì)于常規(guī)變電站，其智能化程度更高，能夠保證變電站的運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)約運(yùn)行時(shí)間。智能型變電站與常規(guī)變電站相比具有很大的區(qū)別。這兩種變電站的網(wǎng)架、布線方式都有很大的不同，其保護(hù)接口、通信協(xié)議等方面也有很大的不同。智能化變電站的繼電保護(hù)構(gòu)型設(shè)計(jì)，其實(shí)質(zhì)是為了提高變電站運(yùn)行的可靠性，提高變電站的工作效率，從而提高變電站的工作靈敏度。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)遵循這兩個(gè)原則，即二次設(shè)計(jì)原則。所以，智能變電站的有關(guān)裝置也應(yīng)該按照這個(gè)原理來設(shè)計(jì)。

4.2 設(shè)計(jì)路徑

在500kV智能型變電站中，需要考慮的問題較多。首先要考慮到繼電保護(hù)裝置和電網(wǎng)之間的關(guān)系，其次要考慮到繼電保護(hù)裝置和變流器之間的關(guān)系。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者還應(yīng)注重對(duì)各種方案的選取，不能一概而論，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇。通常情況下，可以通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)整個(gè)繼電保護(hù)的配置。兩種方式都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足[2]。采用常規(guī)的保護(hù)布線方式，能夠使繼電保護(hù)的動(dòng)作更加合理。這種方式適合于常規(guī)的變電站，但是這種方式在智能設(shè)備上會(huì)顯露出它的缺陷，通常情況下，采用集中保護(hù)配置的方式，能夠滿足用戶的需求，從而實(shí)現(xiàn)智能化，但是這種方式也有一定的缺陷，那就是需要更高的保護(hù)裝置。

5 500kV智能變電站繼電保護(hù)配置方案

5.1 500kV線路保護(hù)

國家電網(wǎng)500kV線路布線原則是指500kV線路布線要有一定的自主性，能夠較好地反映出設(shè)備在運(yùn)行中所面臨的種種問題。具備選相功能的全線保護(hù)裝置可以為每個(gè)回路設(shè)置對(duì)應(yīng)的跳閘保護(hù)，在交流電流流過線路的時(shí)候，可以迅速地對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，并將注意力集中到線路保護(hù)裝置上，可以利用綜合保護(hù)裝置對(duì)主保護(hù)和后備保護(hù)進(jìn)行快速地識(shí)別，可以在設(shè)備上操作的主保護(hù)使用單獨(dú)的通道來進(jìn)行信息的傳輸。在500kV智能變電站中，每一組主控設(shè)備均具有完備的備用保護(hù)功能，并可以采取多路保護(hù)以及接地距離保護(hù)、零序電流方向保護(hù)等措施。當(dāng)交流電流流經(jīng)電網(wǎng)時(shí)，可以被直接辨識(shí)出來，并將其集中到設(shè)備保護(hù)上。

5.2 二次設(shè)備的典型布置方式

在二次設(shè)備的布局上，500kV智能變電站與500kV普通變電站的不同之處在于，500kV智能變電站不但對(duì)二次設(shè)備的具體功能進(jìn)行了修改，將A/D轉(zhuǎn)換組件與交流的進(jìn)出組件組合成了一個(gè)新的整體單元，還將原來的開入開出兩組組件分別設(shè)置為一個(gè)智能化的新終端。在常規(guī)的變電站中，將交流和A/D部件與開入開出部件進(jìn)行一體化設(shè)置，電流和電壓信號(hào)必須從現(xiàn)場(chǎng)端子箱中獲取，經(jīng)過交流輸入部件，然后經(jīng)過A/D部件將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，才能為繼電保護(hù)設(shè)備提供支持。而且，輸入和輸出都需要通過一條長長的電纜來連接。在上述的合并單元完成后，500kV智能變電站需要利用該合并單元將TA，TV上獲得的電壓值和電流值通過短纜傳送后獲得。

5.3 500kV斷路器保護(hù)

要全面優(yōu)化和完善500kV智能變電站繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)方案，首先要對(duì)500kV斷路器進(jìn)行保護(hù)，在500kV線路保護(hù)上，直接采樣并跳斷路器，采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)斷路器失靈和重合閘啟動(dòng)，分別采用兩種不同的路由通道，以通信專業(yè)的通道安排為主要依據(jù)。其次，也是采用了直接取樣跳閘的方法，當(dāng)斷路器發(fā)生故障時(shí)，GOOSE網(wǎng)絡(luò)將會(huì)將附近的斷路器重新拉起，最后，500kV的母線保護(hù)也是如此，通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了故障啟動(dòng)。最后是故障測(cè)距裝置，讓線路故障實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

5.4 500kV母線保護(hù)

500kV智能變電站的繼電保護(hù)配置中，母線保護(hù)設(shè)備在各區(qū)段的二次配置級(jí)別上應(yīng)設(shè)置。所使用的總線直接取樣，發(fā)生故障時(shí)使用對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)行傳送。在智能變電站500kV變電站的繼電保護(hù)裝置的構(gòu)造中，所使用的母線相互獨(dú)立，使其功能得到了最大程度的發(fā)揮。

5.5 故障錄波器

在500kV智能變電站中所采用的繼電保護(hù)裝置中，應(yīng)按不同的電壓水平來選擇相應(yīng)的故障記錄裝置。并聯(lián)裝置中的故障記錄裝置，其配置方式應(yīng)與裝置中的電流極性相適應(yīng)，并能達(dá)到一半開關(guān)所需的間隔。在500kV智能變電站的繼電保護(hù)裝置中，在建設(shè)過程中，需要設(shè)置兩個(gè)故障記錄裝置。該網(wǎng)絡(luò)從對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中接收隔離，并且向移動(dòng)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳送信息。

5.6 線路保護(hù)

在500kV智能變電站的繼電保護(hù)配置中，線路應(yīng)該按照雙重配置來實(shí)現(xiàn)，這樣才能獨(dú)立地反映出各個(gè)環(huán)節(jié)的故障，并結(jié)合實(shí)際情況來配置相應(yīng)的后備保護(hù)。在兩組保護(hù)中，不要使用兩組重合閘，而是使用一起一控。線路保護(hù)采用直接采集、直接跳閘等方式。

5.7 500kV主變保護(hù)

由于在500kV側(cè)使用3/2斷路器接線，在220kV側(cè)使用雙母線，在35kV側(cè)使用單母線接線，所以在500kV側(cè)安裝了兩套縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，一套備用保護(hù)，一套共用線圈過載保護(hù)[3]。兩組組智能操作單元由變壓器保護(hù)進(jìn)行保護(hù)，從500kV斷路器ECT1及ECT2合并單元，從高壓側(cè)EVT1合并單元收集高壓側(cè)電流量，從高壓側(cè)電流量及高壓側(cè)電壓量，從中壓側(cè)ECVT1合并單元收集低壓側(cè)電流量及電壓量，從低壓側(cè)ECVT2合并單元采集低壓繞組ECT3及公共繞組ECT4；非電量智能單元承擔(dān)著變壓器非電量保護(hù)的職責(zé)，它使用了單套結(jié)構(gòu)，并且使用了GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸來處理跳母聯(lián)、啟動(dòng)失靈等故障，并且還需要GOOSE網(wǎng)絡(luò)的支持來接收失靈保護(hù)跳閘命令。

6 500kV智能變電站繼電保護(hù)的硬件配置

6.1 模擬量輸入接口部件

電網(wǎng)故障的產(chǎn)生既有外部原因，也有內(nèi)部原因。該方法不依靠真實(shí)基線，而是依靠模擬線來判斷故障。這一點(diǎn)的意義就是，基電勢(shì)肯定是有差別的，而且固定的數(shù)值很難確定。繼電保護(hù)的模數(shù)輸入接口主要是把電力傳感器輸出的模數(shù)變換為分立的數(shù)位量，并把這些數(shù)位量傳送到數(shù)位核心元件中，以供數(shù)位核心元件處理。

6.2 開關(guān)量輸入接口部件

在電網(wǎng)中，開關(guān)裝置是電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。開關(guān)量是指斷續(xù)信號(hào)的收集與輸出，包含了信號(hào)收集與遠(yuǎn)程控制兩個(gè)部分。在數(shù)字電路中，開關(guān)僅為1、0兩種狀態(tài)，而在電力系統(tǒng)中，開關(guān)與普通的開關(guān)不一樣，它是指接觸時(shí)的斷開與斷開[4]。在500kV智能變電站繼電保護(hù)中，開關(guān)量輸入元件的使用主要是在沒有開關(guān)的情況下，并根據(jù)分析的結(jié)果，采取相應(yīng)的措施來保護(hù)內(nèi)部和外部的電氣隔離，以確保安全。

7 高級(jí)應(yīng)用功能

智慧變電站的建設(shè)，將“信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化”的特點(diǎn)和要求表現(xiàn)得淋漓盡致，大量的變電站信息必將為數(shù)據(jù)的分析提供有力的支持。在調(diào)整一體化的基礎(chǔ)上，在二次安全保護(hù)的要求下，需要建立一個(gè)可以采集、傳輸、分析、處理全部信息的數(shù)字化的、統(tǒng)一的、數(shù)字化的、集成的應(yīng)用平臺(tái)，以便在變電站中完成智能告警和分析決策的高等應(yīng)用功能，并對(duì)其進(jìn)行管理和維護(hù)。

8 結(jié)束語

為保證地區(qū)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行，對(duì)這種新型變電所的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)設(shè)備的設(shè)置，必須滿足可靠性、靈敏度和速動(dòng)性的需求。根據(jù)智能變電站二次體系架構(gòu)，采取了三層兩網(wǎng)，三層即：進(jìn)程層、間隔層、站控層，兩網(wǎng)即：進(jìn)程層網(wǎng)絡(luò)、站控層網(wǎng)絡(luò)。全部的保護(hù)、測(cè)量、控制、失效記錄、測(cè)量、儀表、儀表、儀表等。PMU都是以模擬方式采集，即普通的變壓器+普通的電纜。通過GOOSE的網(wǎng)絡(luò)傳送，采集保護(hù)的起動(dòng)、跳閘、位置開入、起動(dòng)母差的故障信息。