220KV智能變電站繼電保護配置方案

侯世昌 白雪松

【摘要】智能變電站是智能電網發展的產物，為了提高智能變電站的建設效率和效益，國家電網公司頒布了智能變電站繼電保護技術規范。本規范針對智能變電站的特點，重點介紹了繼電保護系統配置原則、技術要求、信息交互以及電子式互感器、合并單元、智能控制單元等相關設備配置原則及技術要求。本文結合已投運的智能變電站運行情況，詳細闡述了220 kV智能變電站繼電保護系統配置方案，最后展望了智能變電站繼電保護技術的發展趨勢。

【關鍵詞】智能電網;智能變電站;繼電保護

1.引言

什么樣的變電站算是智能變電站？采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站[1，2]。智能變電站的概念是隨著智能電網概念的產生而提出的，它是智能電網的重要組成部分和關鍵環節，是作為智能電網的變電一環出現的，更形象的來說它是智能電網的一個最重要、最關鍵的“終端”，智能電網提供數據和控制對象等功能均由其承擔，而且智能變電站還為智能電網的信息化、自動化、互動化提供技術基礎。曾經有多個的數字化變電站采用IEC61850標準作為試點科研，為智能變電站的發展提供了經驗。從目前智能電網的發展前景來看，統一規劃、科學設計的智能變電站是建設堅強智能電網的重要保障。

2.智能變電站繼電保護技術規范

《智能變電站繼電保護技術規范》按照“統一規劃、統一標準、統一建設”的原則制定。本規范完善了智能變電站繼電保護的應用，加快了建設堅強智能電網的步伐，提高了智能變電站建設效率和效益。本規范只對智能變電站繼電保護的特殊之處進行統一規范，除此之外還應滿足國調六統一標準化設計的相關規定。本規范從指導工程應用的角度出發，是對《智能變電站技術導則》等相關規范繼電保護部分的細化、補充和完善。

繼電保護技術應用的研究與探索應以進一步提高保護的性能和安全可靠性為目的。不能為了智能化而智能化，繼電保護的智能化必須服從保護的“選擇性、快速性、靈敏性和可靠性”。

從規范看出，典型220kV電壓等級的繼電保護及與之相關的設備、網絡等應按照雙重化原則進行配置，雙重化配置的繼電保護也有諸多要求。

（1）每套獨立的保護裝置對有可能發生的所有類型的故障應都能處理。而且兩套獨立的保護之間不應存在任何電氣聯系，一套保護出現問題或退出時，另一套保護仍能正確處理故障;兩套保護的采樣值（電壓、電流）應分別來自相互獨立的合并單元;電子式互感器兩套獨立的二次采樣系統應與雙重化配置的合并單元一一對應，每路采樣系統應用雙A/D系統，每個合并單元輸出兩路數字采樣值應由同一路通道進入一套保護裝置。保護采用點對點直接采樣，采樣同步不依賴于外部時鐘，本間隔的斷路器位置也采用點對點方式。智能變電站可以不采用電子式互感器，繼電保護裝置采用就地安裝方式時，就適合采用常規互感器，而且采用電纜跳閘。

（2）雙重化配置保護使用的SV（GOOSE）網絡也必須相互獨立，當一個網絡癱瘓或退出時不應影響另一個網絡的運行。SV網絡可以進行采樣值得傳輸;繼電保護之間閉鎖、失靈啟動等信息通過GOOSE網絡方式傳輸，還有一些保護采用網絡方式跳閘，間隔間的斷路器位置也是采用網絡方式。同一裝置接入不同網絡時，有可能相互干擾，因此裝置內部各網絡的數據接口控制器也必須完全獨立。

（3）兩套保護的跳閘回路應分別對應兩個獨立的智能終端，兩個智能終端也分別對應斷路器的兩個跳閘線圈;對于單間隔的保護應直接跳閘，涉及多間隔的保護（母線保護）也宜直接跳閘。在特殊情況必須采用其他方式跳閘時，保護必須滿足快速性和可靠性的要求。

（4）雙重化的線路縱聯保護也應具備兩套獨立的通信設備，以及自己獨立的電源;兩套保護的相關設備（電子式互感器、合并單元、智能終端、網絡設備、跳閘線圈等）的直流電源也應一一對應。

（5）保護宜獨立分散、就地安裝。這對保護裝置本身和運行環境都有嚴格要求。保護設備就地安裝時，應置于開關柜、GIS匯控柜或智能控制柜內。柜內溫度應介于-25℃～70℃之間。

3.220kV變電站雙母線接線型式繼電保護實施方案

3.1 220kV 線路保護

220KV的線路傳輸功率較大，并且傳輸距離較長，對系統安全穩定影響很大。220KV母線上線路的典型配置方案如圖1所示，每回線路應配置兩套不同廠家的包含有完整的主、后備保護功能的線路保護裝置。配置的保護應使用主、后一體化的保護裝置，合并單元、智能終端均應采用雙套配置，線路上的ECT 為合并單元提供電流，母線上的EVT為母線合并單元提供電壓，然后母線合并單元通過點對點方式轉接給間隔合并單元。從圖1中可看出，合并單元、智能終端與保護直接相連，可以實現直接采樣和直接跳閘。對于啟動母差失靈功能和母差保護動作遠跳功能等跨間隔信息采用GOOSE網絡傳輸方式。

圖1 220kV 線路保護（單套）配置方案

3.2 母線保護

在電力系統中，母線將配電裝置中的各個載流分支回路連接在一起，起著匯集、分配和傳送電能的作用。母線保護按雙重化進行配置，包括各間隔的合并單元、智能終端均采用雙重化配置。單套保護的配置方案如圖2所示。采用分布式母線保護方案時，各間隔合并單元、智能終端以點對點方式接入對應子單元。母線保護與其他保護之間的聯閉鎖信號（失靈啟動、母聯（分段）斷路器過流保護啟動失靈、主變保護動作解除電壓閉鎖等）采用GOOSE 網絡傳輸。

圖2 220kV 母線保護（單套）配置方案

3.3 變壓器保護

變壓器是電力系統電壓升高和降低的元件，造價昂貴。為維護設備齊安全，一般會配備四種保護功能，其中220KV及其以上變壓器保護要按照雙重化進行配置，每套保護包含著完整的主、后備保護功能的變壓器保護裝置。變壓器各側都對應著各自的合并單元、智能終端。圖3為主變保護（單套）配置方案。從圖中可以看出，變壓器保護也是直接采樣，直接跳閘。變壓器保護跳母聯、分段斷路器及閉鎖備自投、啟失靈等可采用GOOSE網絡方式，此方式還可接收來自失靈和母差屏的跳閘命令。非電量保護是就地直接電纜跳閘，單套配置，就地布置，變壓器本體智能終端負責將非電量動作報文和調檔及接地刀閘控制信息上傳至GOOSE網絡。

圖3 220kV 主變保護（單套）配置方案

3.4 220kV 母聯（分段）保護

母聯（分段）保護與線路保護類似，而且結構更為簡單。跳閘方式與線路保護一樣，通過相互獨立的GOOSE網絡和SV網絡實現跨間隔的數據傳輸。

最后，對于220kV及以上變電站，為了防止同一設備跨不同電壓等級網絡，防止同一設備跨接雙網，按電壓等級和網絡配置故障錄波裝置和網絡報文記錄分析裝置。為了便于事故分析，主變宜單獨配置故障錄波器。當SV或GOOSE接入量較多時單個網絡可配置多臺裝置。存在故障錄波裝置和網絡報文記錄分析裝置跨接不同電壓等級問題時，應采用獨立的數據接口控制器。

4.結束語

智能變電站是數字化變電站的升級和發展，數字化變電站的功能是智能變電站發展的基礎。與數字變電站相比，智能變電站能夠完成比數字變電站范圍更寬、層次更深、結構更復雜的信息采集和信息處理。智能變電站設備具有信息數字化、功能集成化、結構緊湊化、狀態可視化等主要技術特征，符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業化應用要求。智能變電站技術方案不僅很好的解決了數字變電站所存在的諸多缺陷，同時消除了變電站內的信息孤島，提供了統一斷面全景數據采集，為電網的智能化打下了良好的信息基礎，為智能電網的分析、決策系統提供了信息及功能支撐[3]。智能變電站是變電站自動化技術的發展必然趨勢。智能變電站是智能電網建設的核心環節，基于以上背景和思考，有必要開展對智能變電站新技術條件下繼電保護的新原理、組織模式、架構體系的研究，解決智能變電站技術發展、實施及推廣過程中關鍵性技術要素和難點，滿足電網安全穩定運行對于繼電保護專業的要求，確保繼電保護專業技術發展方向的正確性、科學性以及前瞻性[4]！

參考文獻

[1]國家電網公司.智能變電站繼電保護技術規范：Q/GDW441-

2010 [S/OL].[2010-04-27].

[2]國家電網公司.110（66）kV～220 kV智能變電站設計規范： Q/GDW393-2009[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3]王翀.500kV智能變電站的設計方案研究[D].華北電力大學碩士論文，2011，06.

[4]陳翔，張靚.基于智能變電站繼電保護技術研究[J].電源技術應用，2013（3）.