110 kV智能變電站的繼電保護

摘 要：110 kV變電站是我國建設堅強智能電網戰略的重要部分，研究110 kV智能變電站的繼電保護配置和相關的跳閘、通信要求，對推動智能變電站建設有重要意義。文章分析了智能電網發展對智能變電站的推動作用，介紹了智能變電站的技術特點，并結合具體的工程實踐，談了110 kV智能變電站的保護配置、跳閘、通信等問題。

關鍵詞：110 kV；智能電網；變電站；繼電保護

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0097-02

隨著智能電網發展的不斷深入，智能變電站在我國方興未艾，成為我國變電站技術發展的主流方向。工程實踐表明，智能化變電站的眾多技術分支中，繼電保護對安全性、可靠性的要求是最高的，繼電保護的安全性、速動性、可靠性也直接影響著智能變電站的運行，因此，對智能變電站的繼電保護展開深入研究，是十分必要的。

1 智能變電站的相關技術特征

1.1 智能電網發展帶動變電站技術革新

智能變電站是智能電網建設的重要標志，2009年，國家電網公司正式提出建設“堅強智能電網”的戰略規劃，智能變電站在建設“一強三優”電網的過程中，發揮著重要的作用。

智能電網的發展極大的推動了變電站技術進步，現代計算機技術、現代通信和網絡技術為改變變電站目前監視、控制、保護和計量裝置及系統分隔的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎。此外，數字化變電站所依賴的技術基礎已經取得了長足的進步，實現數字化變電站已經具備了以下條件：

①隨著電力設備技術的不斷進步，系統中的關鍵一次設備也實現了智能化。

②與智能變電站發展相適應的新型互感器，包括電子式互感器和光互感器等，均已經研發成功并獲得推廣使用。

③更加高速和可靠的光纖以太網技術為智能變電站構建實時通信網絡提供了有力支撐。

④面向對象的統一建模技術不斷發展，解決變電站內設備的互操作問題成為可能。

⑤IEC 61850協議的制定與推廣，為智能變電站全站構筑統一的平臺提供了堅實的基礎。

在此背景下，國家電網公司大量投資興建智能變電站，從2009年至今，我國新建的變電站基本上均為智能變電站。

1.2 智能變電站的技術特點

與傳統變電站相比，智能變電站的技術特點集中體現在以下幾個方面：

①基于IEC 61850的實行，智能變電站設備的互操作性大大提升，為變電站設備的交互提供了統一的平臺。

②大量的電力光纜取代了傳統的電纜，極大地降低了站內的接線工作量，提高了接線效率，提升了測量精度，提高信號傳輸的可靠性。

③從根本上解決抗干擾問題；應用電子式互感器解決傳統互感器固有問題，電子式互感器由于自身結構的優化，不存在困擾傳統互感器的TA斷線、TA飽和、CVT暫態特性等問題。由于不再采用電纜接線，因此也消除了電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題。

2 智能變電站的繼電保護架構體系

與傳統變電站相比，智能變電站的繼電保護架構更加簡單明晰，全站都基于IEC 61850協議，設備之間通過統一的模型文件實現通信。變電站可以可以劃分為“三層兩網”，即：站控層、間隔層和過程層的三層邏輯架構，以及兩兩之間構成的站控層網絡與過程層網絡。

其中，站控層網絡的功能主要是實現整站的控制功能，包括保護定值的召喚、修改，以及錄波文件的傳送等，而過程層網絡則主要實現整個中間過程，包括間隔層設備的模擬量、開關量傳送，以及各類跳閘和閉鎖信號的實現等，因此，過程層網絡對智能變電站而言，是最關鍵的中間環節。

3 110 kV智能變電站的保護配置情況

目前，在國內已經興建了多座智能變電站，220 kV及以上均為示范工程，但很多變電站嚴格意義上說，只實現了大部分的智能變電站功能，真正實現全站智能化的變電站還不多。

以某地區110 kV變電站為例，該變電站全站均采用了電子式互感器，在模擬量采樣上，實現了一次設備智能化，但整站尚未建立一體化的智能平臺。如圖1所示，某110 kV智能變電站的系統整體聯網方案，110 kV變電站使用常規開關作為主開關，雖然未能實現智能變電站發展的最終獨立組網要求，但其在自動化系統、繼電保護配置、網絡通信方面，都成功的實現了智能化配置，是目前110 kV智能變電站的典型代表。

如圖1所示，變電站內過程層使用了GOOSE網和SV網方式，根據110 kV變電站的需求，保護配置了所需要的母差保護裝置、線路縱差保護裝置、35 kV分段保護、主變壓器保護、故障錄波裝置等，此外，對110 kV母差、主變及智能終端，合并單元按雙重化配置，均體現了智能變電站的配置要求。

3.1 110 kV線路保護

相對110kV智能變電站而言，應將站內保護、監測和控制功能綜合為一體，根據間隔情況單套設置。對線路的保護直接采樣，直接跳到斷路器；在GOOSE網使用斷路器失靈、重合閘等相關功能。從SMV網絡中獲取線路MU的電流電壓量，同時通過GOOSE網獲取線路開關信號并實現對開關刀閘的遙控。

線路間隔內設有保護測控裝置，僅與GOOSE網絡進行交換信息，其余全部使用點對點連接，其數據傳輸方式是直接與合并單元和智能終端連接，期間對數據進行打包，再由光纖傳送到SV網，同時傳送給保護測控裝置；如遇跨間隔信息接入保護測控裝置，則使用GOOSE網傳輸。

3.2 110 kV變壓器保護

110 kV主變差動及后備保護測控一體化裝置，分別以光纖直聯的方式接入三側合并單元（MU）的電流電壓量；與三側智能終端也是以光纖直聯的方式接入開關量信號并實現跳閘和遙控，主變后備保護動作通過GOOSE網實現對主變三側分段開關的跳閘。

3.3 110 kV母聯（分段）保護

母聯保護與線路保護基本相同，但結構上更簡單。母聯保護裝置與合并單元、智能終端直接相連，不必進行數據交換，就可以實現直接采樣、直接跳閘；并且母聯保護裝置、合并單元、智能終端，都可以經過彼此獨立的GOOSE網和SV網，實現跨間隔傳輸信號。從SMV網絡中獲取分段MU的電流電壓量，同時通過GOOSE網獲取分段開關信號并實現對開關的跳合閘以及刀閘的遙控。

3.4 保護跳閘

對于單間隔及需要快速動作的保護應直接跳閘。對于涉及多間隔的保護，采用GOOSE網絡方式跳閘，相關設備應滿足保護對可靠性和快速性的要求。

以下保護采用直接跳閘：

①主后一體化保護測控跳主變各側開關及開關量采集；

②110 kV線路保護測控跳本側開關及開關量采集；

③母聯保護測控跳本側開關及開關量采集。

以下保護采用GOOSE網跳閘：

①主后一體化保護測控跳各側母聯；

②110 kV線路保護測控跳小電源線；

③110 kV線路測控開關量采集；

④110 kV備自投保護跳閘；

⑤低頻低壓減載保護跳閘。

3.5 保護采樣

保護采樣均采用61850-9-2規約。

以下保護采用直接采樣：

①主后一體化保護測控采樣；

②110 kV線路保護測控采樣；

③母聯保護測控裝置采樣；

④電度表采樣。

以下保護采用SMV網絡采樣：

①110 kV備自投保護采樣；

②110 kV線路測控采樣；

③低頻低壓減載保護采樣；

④故障錄波采樣。

4 結 語

智能變電站技術是一個綜合性和技術性很強的領域，智能變電站內部保護的運行不是孤立的，變電站的技術發展受到電網架構、變電站選址、站內設備運行情況、電力網絡通信情況等各種外部因素的影響，不斷學習110 kV智能變電站的繼電保護技術，熟悉智能變電站從巡視、操作到維護、故障處理的知識，對提升變電站整體水平，加強設備安全可靠性具有重要意義，隨著智能電網的發展，智能變電站繼電保護的運行技術仍需要電力系統專業技術人員不斷探索和學習。

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