數(shù)字化變電站繼電保護優(yōu)化配置研究

郭軍慷

摘 要：變電站作為整個電力系統(tǒng)的重要組成部分，在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展和自動化技術不斷進步的形勢下逐漸向數(shù)字化或智能化轉(zhuǎn)變，隨之對數(shù)字化變電站安全運行質(zhì)量提出更高的要求。而數(shù)字化變電站繼電保護則是保證國家電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要手段。文章就此主要研究了數(shù)字化變電站繼電保護優(yōu)化配置。

關鍵詞：數(shù)字化變電站；繼電保護；優(yōu)化配置

國民經(jīng)濟發(fā)展、人們?nèi)粘Ｉ睢野踩榷茧x不開電力。近年來我國加大數(shù)字化變電站建設，不僅提高了設備運行自動化及工作效率，而且基本上保證了居民生活和工作用電。隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，對電力的需求大幅度增大，為了保證電網(wǎng)的安全、可靠運行，加強數(shù)字化變電站繼電保護優(yōu)化配置成為研究的重點。本文共分為兩個部分，第一部分分析了數(shù)字化變電站的主要技術特點；第二部分重點研究了數(shù)字化變電站繼電保護優(yōu)化配置方案。

1 數(shù)字化變電站的主要技術特點

數(shù)字化變電站主要是以IEC61850為依據(jù)，由智能開關、電子互感器等智能一次設備及網(wǎng)絡二次設備分層組成，在及時收集、反映電氣信息，信息共享及網(wǎng)絡通信等上有著至關重要的作用。與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站具有以下幾點技術特征及優(yōu)勢：

第一，數(shù)據(jù)采集數(shù)字化。數(shù)字化變電站的重要內(nèi)容之一就是利用數(shù)字化互感器收集電壓、電流等電氣數(shù)據(jù)信息，與傳統(tǒng)互感器不同的是，數(shù)字化信息采集不僅可以將一次設備系統(tǒng)和二次設備系統(tǒng)有效的分離，而且可以直接把變電站二次系統(tǒng)設備（驅(qū)動功率低）與數(shù)字化接口連接，且收集的信息具有精度高、范圍廣等特點，為信息集成化利用打下良好的基礎。

第二，系統(tǒng)采取的是分層分布方式。變電站一般分為站控層、間隔層及過程層（設備層）三個部分，其中站控層包括監(jiān)控主機等，間隔層包括各種元件（測量元件、控制元件或繼電保護元件），過程層主要包括電壓互感器、隔離開關、變壓器等諸多設備。數(shù)字化變電站采取分層分布式系統(tǒng)，具有以下幾點優(yōu)勢：①不同功能的元件安置在不同電氣設備上，避免因其中某一元件故障導致整個系統(tǒng)癱瘓。②單獨裝置均有CPU工作模式，可自動處理一些數(shù)據(jù)信息，減少主控制單元工作量。③該系統(tǒng)可在線巡檢、故障診斷系統(tǒng)內(nèi)各種裝置或設備。④系統(tǒng)靈活性強，便于在線升級。

第三，采取緊湊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對于高壓變電站來說，智能一次設備主要由測控裝置、保護裝置、故障錄波等構(gòu)成。對于數(shù)字化變電站來說，采取數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路取代傳統(tǒng)的繼電保護裝置；對于中低壓變電站來說，利用開關柜把監(jiān)控裝置及保護裝置有機集成化。在實現(xiàn)上述操作后，可以把斷路器控制系統(tǒng)等設置在一次設備周圍，便于操作。

此外，數(shù)字化變電站還具有信息建模標準化、信息交互網(wǎng)絡化、信息應用集成化及設備檢修狀態(tài)化等技術特點。

2 數(shù)字化變電站繼電保護優(yōu)化配置方案

2.1 數(shù)字化保護性能改進方案

數(shù)字化保護裝置主要采取的是電子式互感器、A/D轉(zhuǎn)換插件等裝置，充分利用數(shù)字化變電站統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺快速、準確的收集電氣信息或?qū)崿F(xiàn)信息共享。同時測量、開關狀態(tài)監(jiān)視等功能可直接在保護裝置中完成。為了充分發(fā)揮保護裝置的作用，需在以下幾個方面進一步改進。

第一，過程層分布式母線保護。母線在電力系統(tǒng)中有著不可或缺的作用，也是常見故障之一，主要與二次接線復雜、擴展性差等有關。分布式母線保護主要是利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術、智能短路器等裝置把母差保護中的復壓閉鎖元件給去掉，使母差保護邏輯簡單化，間隔可獨立保護母線。它主要包括間隔處理單元、中央處理單元及數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡等幾個部分。

第二，數(shù)字化的變壓器保護。電子式電流互感器具有高頻分量、高保真?zhèn)髯冎绷鞯忍匦裕筛鶕?jù)勵磁涌流出現(xiàn)時電流的大小（故障時電流的非周期分量小）判斷是否故障，以防范變壓器差動保護誤動問題。此外，變壓器保護裝置過程層采取分布式，后備保護采取集中化安裝，非電量保護另外單一安裝，經(jīng)由電纜直接將其引入斷路器跳閘，再由光纜傳輸?shù)骄W(wǎng)絡。

第三，輸電線路保護。對于過程層線路保護配置來說，主保護為縱聯(lián)差動，后備保護安置在集中式保護裝置中。若主接線為單斷路器，則經(jīng)由主保護的光纖通信口及對側(cè)線路保護裝置通信完成輸電線路保護。對于3/2主接線來說，需利用電壓及開關電流數(shù)據(jù)實現(xiàn)線路保護。若一些運行方式比較特殊則要引入電壓量，且與主保護通信通道連接與電流量同步單獨采樣。

2.2 數(shù)字化變電站繼電保護配置方案

第一，變電站繼電保護配置常規(guī)方案。常規(guī)保護配置方案主要是根據(jù)不同對象采取不同的配置方式，線路保護、母線保護等保護邏輯原理改變情況不在考慮范圍，而是考慮用數(shù)據(jù)采集光纖通信接口取代原有保護裝置的交流量輸入插件、GOOSE光纖通信接口代替I/O接口插件以及通信接口處理取代CPU插件模擬量處理，等等。通過上述改變實現(xiàn)單個元件保護，是當下數(shù)字化變電站繼電保護常用的一種方案。

此外，在主變壓器上各設置一個MU合并單元，對主變壓器各側(cè)電流、電壓等及時的采集，并直接提供給電能表、主變壓器差動保護、測控裝置等多個設備。其中某些是合并單元直接提供（如主變壓器差動保護），某些經(jīng)交換機轉(zhuǎn)換后提供（如測控裝置）。同時10kv出線、電容器均要單獨設置合并單元。此外，全部的保護測控裝置除了要連接到GOOSE網(wǎng)采集開入信息等，還要接入到站控層，通過接收指令完成相關任務或信息上傳。

變電站常規(guī)保護配置方案是當下很多變電站常用的一種方式，但它具有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜、應用設備多等缺點，難以滿足現(xiàn)代數(shù)字化或智能化變電站繼電保護要求。

第二，變電站集成保護配置方案。隨著數(shù)字化技術、自動化技術、通信技術的不斷發(fā)展，智能化一次設備、網(wǎng)絡化二次設備逐漸在變電站中應用越來越多，促進變電站內(nèi)各設備間相互協(xié)作、信息共享，為變電站繼電保護優(yōu)化配置提出重要依據(jù)。數(shù)字化變電站繼電保護優(yōu)化配置方案遵循雙重化配置原則，每一套保護系統(tǒng)均由主變壓器、母線、電容器、測控及備自投等組成，且該系統(tǒng)不僅可以對變電站中所有電氣設備進行繼電保護，而且可以有效完成測控功能。兩套系統(tǒng)保護原理一致，互為備用。這種繼電保護配置方案具有使用設備少、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡單、信息共享等優(yōu)點。

變電站集成保護配置方案具體來說，就是所有主變壓器上均安置一個MU合并單元，經(jīng)由不同光纖連接到系統(tǒng)保護裝置，10kv出線及電容器的接口經(jīng)由合并單元的交換機與保護裝置連接，且5回10kv出線及電容器的合并單元可用同一臺交換機。開入開出由系統(tǒng)保護測控裝置利用交換機經(jīng)由GOOSE網(wǎng)與智能開關連接。

此外，還要加強數(shù)字化變電站繼電保護測試技術建設，如全數(shù)字化變電站動態(tài)仿真系統(tǒng)等，提高繼電保護等二次設備性能檢測精確度，充分發(fā)揮繼電保護等二次設備作用，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡技術、自動化技術及數(shù)字化技術的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站已成為當下變電站發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化變電站繼電保護作為整個電力系統(tǒng)的重要內(nèi)容，在保證電網(wǎng)安全運行、供電可靠性上有著十分重要的意義。本文從過程層分布式母線保護、數(shù)字化的變壓器保護、變電站繼電保護配置常規(guī)方案、變電站集成保護配置方案等幾個方面對繼電保護優(yōu)化配置展開了詳細的探討，旨在給相關人員提供一定的幫助。

參考文獻

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