變電站保護配置與設計

摘要：變電站是我國電力系統的重要組成部分，對于維護電力系統的穩定性具有非常重要的作用，因此必須做好變電站的保護措施。目前就我國智能型變電站而言，大部分采用三層兩網結構。以此作為基礎，對不同等級的電壓組網方式進行討論和分析，并根據組網方式提出相應的保護措施。

關鍵詞：變電站；保護配置；設計分析

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0104-01

一、變電站的組網方式概述

從變電站的結構來說，智能變電站的主要結構形式是開放式的分層分布式。這種組網系統可以被分解成“三層”和“兩網”。這里的“三層”是指變電站層、間隔層和過程層；“兩網”則是指站控層網絡和過程層網絡。在該系統結構中，里面的信息可以實現共享，而且具有唯一性，不會對系統故障和運動狀況的信息進行重復采集，這樣就能提高數據采集的效率，并能保證所采數據的有效性和準確性。如果將這種智能化的變電站和傳統的變電站進行比較，在進行保護配置設計時兩者的系統設置會有所不用，主要會出現三個方面的變化：一是電子化的互感器、合并單元和智能化的開關終端會被應用；二是過程層中的光纖和網絡交換器會被大量使用；三是在進行系統設計時，會進行大量光纜的敷設。[1]

從智能化變電站信息傳輸的角度來說，它所傳播的信息主要是MMS、SV和GOOSE三種。由于我國電壓系統的等級各不相同，不同的電壓等級對于信息傳輸的要求不同，所以就會使站控層網絡和過程層網絡需要傳輸的信息具有很大的差異性。通常情況下，對于110kV及其以下的電壓等級，在“兩網”進行信息傳輸時會對雙星型的以太網、過程層中的SV網絡和GOOSE網絡以及站控層的網絡進行獨立的保護配置。如果網絡數據傳輸的需求量較小，那么就可以直接對GOOSE和SV網絡進行統一的組網。[2]

從110kV電壓等級的組網方式來看，在這個電壓等級中需要進行合并單元和智能化終端的獨立設計，同時還需要在變壓器的兩邊各設立一個智能化終端的單套裝備。從35kV或者是10kV電壓等級組網方式來看，可以根據屋內開關柜的設置情況來決定是否需要進行智能化終端的安裝。在對常規互感器之間的間隔進行設置時，最好實現合并單元和智能化終端的一體化安裝。

二、變電站保護配置設計的途徑

在對低周低壓和備自投裝置等采取保護配置時，可以選擇網采網跳的組網方式，也就是對GOOSE和SMV網絡進行采樣信息的接收與跳閘信息的輸出。下面就對幾種常見的保護配置進行具體分析。[3]

1.主變保護配置的設計

將110kV的三圈變壓器作為主變保護配置的分析對象。在該電壓等級中，主變保護對于穩定性和速度要求相對比較嚴格，所以可以將主保護和后保護進行單獨設置，采用單套配置的設計。同時，因為主變保護對于同時性和跳閘速度也有一定的要求，所以可以利用光纖進行直接采樣和跳閘的組網方式。確定了組網方式后，其中的智能單元就可以二次硬接線作為媒介，與開關進行連接。同時，還可以根據變電站的實際情況將合并單元進行一次性配置。如果電壓等級為35kV或者是10kV，那么就可將合并單元和智能化終端進行一體化配置。完成相關的保護配置之后就能快速提升SV和GOOSE信息傳輸的效率，并保證信息傳輸的準確性。

在進行主變的后備保護中，會與母聯和分段開關產生密切聯系，又因為母聯和分段開關與多套保護是緊密相連的，所以可以選擇網絡跳閘的方法對母聯和分段開關進行保護。在使用該方式進行主變保護配置時，變電站中的母聯、分段斷路器、閉鎖備自投和啟動失靈等都能使用GOOSE進行網絡傳遞。另外，該方式中的變壓器保護能夠實現失靈聯跳三側斷路器。

在主變保護裝置配置的設計中，主變本體智能化終端的戶外柜有三種表現形式：一是主變的智能化終端，二是非電量保護，三是主變本體測控。其中，非電量保護采用直采直跳的方式。同時，利用光纖還能將測控的信息和過程層的總線與間隔層的設備連接起來。

2.對線路的保護配置和設計

要對110kV的線路進行保護配置和設計，最好選擇獨立完整的主保護和后備保護功能的線路保護裝置，并且一定要將三相一次的重新合閘功率包含在內。在對線路進行保護配置和設計時，不管是測控一體化的保護裝置，還是合并單元和智能化的終端，都應該選擇單套配置的方式。在對電壓進行采樣時，可以選擇將本間隔合并單元和母線電壓合并單元進行整合，并使用電壓采樣的信號來對電壓進行保護。這樣，電壓信號和電流信號就會被整合到一起，然后共同傳輸到保護配置的間隔中，而且這種信息傳遞的方法具有很好的同步性，能保證信息傳輸的效率，不會產生網絡延遲的現象。如果變電站中的間隔線路保護數量較多，那么母線電壓在合并單元的輸出端口就會受到很大限制，一旦發生這種情況就需要利用SV網絡來收集電壓信號，這樣就能最大限度節約資源的空間。對35kV或者是10kV的線路進行保護配置和設計時，可以使用測控一體化的保護裝置來進行間隔保護，并且需要使用單套配置。如有設備需要用到開關柜，那么就應該將測控一體化的保護裝置放到開關柜之內，而且最好選擇常規的互感器，使用電纜直接跳閘的方式。[4]

3.對母線的保護配置和設計[5]

因為智能化變電站的結構為“三層兩網”，所以GOOSE跳閘的命令、發生聯跳的閉鎖信號、不同間隔之間的失靈啟動指令和開關的狀態都能夠通過過程層的交換機進行信息傳輸。在這種信息傳輸方式下，過程層通信系統的穩定性和安全性就會對信息的傳遞產生巨大影響。而且在對母線進行保護配置的設計時，對于網絡的穩定性和安全性也有比較高的要求，尤其是對每個間隔進行電壓采樣的實時性和同步性的要求特別嚴格。在這種高標準、嚴要求之下，如果變電站的間隔數量較多就需要對大量的數據和信息進行傳輸，在該過程中就會出現很多問題。如：數據傳遞的同步性較差，存在網絡延時不能有效保障網絡的穩定性，最后就會減慢保護動作的速度。除了以上問題之外，交換機發現問題后，對母線的保護就會產生很大風險。最后，當無法獲取同步傳遞的信號時，變電站中的每個間隔的電壓采樣就無法保持同步狀態，會產生較大的保護誤動。

正因為上述問題的存在，國家電網公司建議在對母線進行保護配置和設計時，可以使用直采直跳的方式。[6]在母線保護裝置中，對不停間隔所采集的電流值和信息SV主要是通過專用的光纖進行接收。對母線電壓進行采樣的數值則是利用專用的光線進行接收；同樣，利用專用的光線還能接收到每個間隔的智能單元所發出的開關量信息。同時，這些開關量信息經過對應的邏輯判斷之后，需要利用專用的光纖進行GOOSE信息的發送。對于母線保護動作后的閉鎖備自投GOOSE信息可通過過程層光纖以太網進行傳輸，從而節省智能裝置的光纖網絡連接資源。

除了上述三種保護配置和設計外，還有對低頻低壓減載的保護配置和對備用電源自投裝置的保護配置兩種方式，這也是變電站保護配置經常使用的方法。

三、結束語

本文主要從主變保護配置的設計、線路的保護配置和母線的保護配置三個方面對變電站保護配置的措施進行具體分析，為大家提供了一個思路。然而在實際設計過程中，還是要從變電站的實際出發，選擇最合適的方式。

參考文獻：

[1]劉凱里.數字化變電站繼電保護優化配置研究[D].廣州：華南理工大學，2013.

[2]孫衛衛.數字化變電站保護系統配置方案研究與應用[D].北京：華北電力大學，2012.

[3]高東學，智全中，朱麗均，等.智能變電站保護配置方案研究[J].電力系統保護與控制，2012，（1）：68-71.

[4]胡常洲.變電站元件保護配置設計與整定計算研究[D].武漢：華中科技大學，2008.

[5]李文廣.淺談變電站保護配置、計算選擇及運行[J].中國科技信息，2013，（18）：134-136.

[6]趙素萍.500kV變電站系統保護配置設計探討[J].山西電力，

2009，（1）：20-21，48.

（責任編輯：王祝萍）