220KV智能變電站繼電保護(hù)配置方案

侯世昌 白雪松

【摘要】智能變電站是智能電網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)物，為了提高智能變電站的建設(shè)效率和效益，國(guó)家電網(wǎng)公司頒布了智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范。本規(guī)范針對(duì)智能變電站的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了繼電保護(hù)系統(tǒng)配置原則、技術(shù)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(guān)設(shè)備配置原則及技術(shù)要求。本文結(jié)合已投運(yùn)的智能變電站運(yùn)行情況，詳細(xì)闡述了220 kV智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)配置方案，最后展望了智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);智能變電站;繼電保護(hù)

1.引言

什么樣的變電站算是智能變電站？采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站[1，2]。智能變電站的概念是隨著智能電網(wǎng)概念的產(chǎn)生而提出的，它是智能電網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是作為智能電網(wǎng)的變電一環(huán)出現(xiàn)的，更形象的來說它是智能電網(wǎng)的一個(gè)最重要、最關(guān)鍵的“終端”，智能電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)和控制對(duì)象等功能均由其承擔(dān)，而且智能變電站還為智能電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化提供技術(shù)基礎(chǔ)。曾經(jīng)有多個(gè)的數(shù)字化變電站采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為試點(diǎn)科研，為智能變電站的發(fā)展提供了經(jīng)驗(yàn)。從目前智能電網(wǎng)的發(fā)展前景來看，統(tǒng)一規(guī)劃、科學(xué)設(shè)計(jì)的智能變電站是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要保障。

2.智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范

《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)”的原則制定。本規(guī)范完善了智能變電站繼電保護(hù)的應(yīng)用，加快了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的步伐，提高了智能變電站建設(shè)效率和效益。本規(guī)范只對(duì)智能變電站繼電保護(hù)的特殊之處進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，除此之外還應(yīng)滿足國(guó)調(diào)六統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定。本規(guī)范從指導(dǎo)工程應(yīng)用的角度出發(fā)，是對(duì)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》等相關(guān)規(guī)范繼電保護(hù)部分的細(xì)化、補(bǔ)充和完善。

繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用的研究與探索應(yīng)以進(jìn)一步提高保護(hù)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(hù)的智能化必須服從保護(hù)的“選擇性、快速性、靈敏性和可靠性”。

從規(guī)范看出，典型220kV電壓等級(jí)的繼電保護(hù)及與之相關(guān)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)按照雙重化原則進(jìn)行配置，雙重化配置的繼電保護(hù)也有諸多要求。

（1）每套獨(dú)立的保護(hù)裝置對(duì)有可能發(fā)生的所有類型的故障應(yīng)都能處理。而且兩套獨(dú)立的保護(hù)之間不應(yīng)存在任何電氣聯(lián)系，一套保護(hù)出現(xiàn)問題或退出時(shí)，另一套保護(hù)仍能正確處理故障;兩套保護(hù)的采樣值（電壓、電流）應(yīng)分別來自相互獨(dú)立的合并單元;電子式互感器兩套獨(dú)立的二次采樣系統(tǒng)應(yīng)與雙重化配置的合并單元一一對(duì)應(yīng)，每路采樣系統(tǒng)應(yīng)用雙A/D系統(tǒng)，每個(gè)合并單元輸出兩路數(shù)字采樣值應(yīng)由同一路通道進(jìn)入一套保護(hù)裝置。保護(hù)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接采樣，采樣同步不依賴于外部時(shí)鐘，本間隔的斷路器位置也采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。智能變電站可以不采用電子式互感器，繼電保護(hù)裝置采用就地安裝方式時(shí)，就適合采用常規(guī)互感器，而且采用電纜跳閘。

（2）雙重化配置保護(hù)使用的SV（GOOSE）網(wǎng)絡(luò)也必須相互獨(dú)立，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓或退出時(shí)不應(yīng)影響另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。SV網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行采樣值得傳輸;繼電保護(hù)之間閉鎖、失靈啟動(dòng)等信息通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式傳輸，還有一些保護(hù)采用網(wǎng)絡(luò)方式跳閘，間隔間的斷路器位置也是采用網(wǎng)絡(luò)方式。同一裝置接入不同網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有可能相互干擾，因此裝置內(nèi)部各網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口控制器也必須完全獨(dú)立。

（3）兩套保護(hù)的跳閘回路應(yīng)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)獨(dú)立的智能終端，兩個(gè)智能終端也分別對(duì)應(yīng)斷路器的兩個(gè)跳閘線圈;對(duì)于單間隔的保護(hù)應(yīng)直接跳閘，涉及多間隔的保護(hù)（母線保護(hù)）也宜直接跳閘。在特殊情況必須采用其他方式跳閘時(shí)，保護(hù)必須滿足快速性和可靠性的要求。

（4）雙重化的線路縱聯(lián)保護(hù)也應(yīng)具備兩套獨(dú)立的通信設(shè)備，以及自己獨(dú)立的電源;兩套保護(hù)的相關(guān)設(shè)備（電子式互感器、合并單元、智能終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、跳閘線圈等）的直流電源也應(yīng)一一對(duì)應(yīng)。

（5）保護(hù)宜獨(dú)立分散、就地安裝。這對(duì)保護(hù)裝置本身和運(yùn)行環(huán)境都有嚴(yán)格要求。保護(hù)設(shè)備就地安裝時(shí)，應(yīng)置于開關(guān)柜、GIS匯控柜或智能控制柜內(nèi)。柜內(nèi)溫度應(yīng)介于-25℃～70℃之間。

3.220kV變電站雙母線接線型式繼電保護(hù)實(shí)施方案

3.1 220kV 線路保護(hù)

220KV的線路傳輸功率較大，并且傳輸距離較長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)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(yīng)配置兩套不同廠家的包含有完整的主、后備保護(hù)功能的線路保護(hù)裝置。配置的保護(hù)應(yīng)使用主、后一體化的保護(hù)裝置，合并單元、智能終端均應(yīng)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式轉(zhuǎn)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(hù)直接相連，可以實(shí)現(xiàn)直接采樣和直接跳閘。對(duì)于啟動(dòng)母差失靈功能和母差保護(hù)動(dòng)作遠(yuǎn)跳功能等跨間隔信息采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

圖1 220kV 線路保護(hù)（單套）配置方案

3.2 母線保護(hù)

在電力系統(tǒng)中，母線將配電裝置中的各個(gè)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(hù)按雙重化進(jìn)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(hù)的配置方案如圖2所示。采用分布式母線保護(hù)方案時(shí)，各間隔合并單元、智能終端以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式接入對(duì)應(yīng)子單元。母線保護(hù)與其他保護(hù)之間的聯(lián)閉鎖信號(hào)（失靈啟動(dòng)、母聯(lián)（分段）斷路器過流保護(hù)啟動(dòng)失靈、主變保護(hù)動(dòng)作解除電壓閉鎖等）采用GOOSE 網(wǎng)絡(luò)傳輸。

圖2 220kV 母線保護(hù)（單套）配置方案

3.3 變壓器保護(hù)

變壓器是電力系統(tǒng)電壓升高和降低的元件，造價(jià)昂貴。為維護(hù)設(shè)備齊安全，一般會(huì)配備四種保護(hù)功能，其中220KV及其以上變壓器保護(hù)要按照雙重化進(jìn)行配置，每套保護(hù)包含著完整的主、后備保護(hù)功能的變壓器保護(hù)裝置。變壓器各側(cè)都對(duì)應(yīng)著各自的合并單元、智能終端。圖3為主變保護(hù)（單套）配置方案。從圖中可以看出，變壓器保護(hù)也是直接采樣，直接跳閘。變壓器保護(hù)跳母聯(lián)、分段斷路器及閉鎖備自投、啟失靈等可采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)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(hù)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(fù)責(zé)將非電量動(dòng)作報(bào)文和調(diào)檔及接地刀閘控制信息上傳至GOOSE網(wǎng)絡(luò)。

圖3 220kV 主變保護(hù)（單套）配置方案

3.4 220kV 母聯(lián)（分段）保護(hù)

母聯(lián)（分段）保護(hù)與線路保護(hù)類似，而且結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。跳閘方式與線路保護(hù)一樣，通過相互獨(dú)立的GOOSE網(wǎng)絡(luò)和SV網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)跨間隔的數(shù)據(jù)傳輸。

最后，對(duì)于220kV及以上變電站，為了防止同一設(shè)備跨不同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)，防止同一設(shè)備跨接雙網(wǎng)，按電壓等級(jí)和網(wǎng)絡(luò)配置故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置。為了便于事故分析，主變宜單獨(dú)配置故障錄波器。當(dāng)SV或GOOSE接入量較多時(shí)單個(gè)網(wǎng)絡(luò)可配置多臺(tái)裝置。存在故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置跨接不同電壓等級(jí)問題時(shí)，應(yīng)采用獨(dú)立的數(shù)據(jù)接口控制器。

4.結(jié)束語(yǔ)

智能變電站是數(shù)字化變電站的升級(jí)和發(fā)展，數(shù)字化變電站的功能是智能變電站發(fā)展的基礎(chǔ)。與數(shù)字變電站相比，智能變電站能夠完成比數(shù)字變電站范圍更寬、層次更深、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的信息采集和信息處理。智能變電站設(shè)備具有信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等主要技術(shù)特征，符合易擴(kuò)展、易升級(jí)、易改造、易維護(hù)的工業(yè)化應(yīng)用要求。智能變電站技術(shù)方案不僅很好的解決了數(shù)字變電站所存在的諸多缺陷，同時(shí)消除了變電站內(nèi)的信息孤島，提供了統(tǒng)一斷面全景數(shù)據(jù)采集，為電網(wǎng)的智能化打下了良好的信息基礎(chǔ)，為智能電網(wǎng)的分析、決策系統(tǒng)提供了信息及功能支撐[3]。智能變電站是變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展必然趨勢(shì)。智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的核心環(huán)節(jié)，基于以上背景和思考，有必要開展對(duì)智能變電站新技術(shù)條件下繼電保護(hù)的新原理、組織模式、架構(gòu)體系的研究，解決智能變電站技術(shù)發(fā)展、實(shí)施及推廣過程中關(guān)鍵性技術(shù)要素和難點(diǎn)，滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于繼電保護(hù)專業(yè)的要求，確保繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)發(fā)展方向的正確性、科學(xué)性以及前瞻性[4]！

參考文獻(xiàn)

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[2]國(guó)家電網(wǎng)公司.110（66）kV～220 kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范： Q/GDW393-2009[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3]王翀.500kV智能變電站的設(shè)計(jì)方案研究[D].華北電力大學(xué)碩士論文，2011，06.

[4]陳翔，張靚.基于智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013（3）.