110kV智能變電站數字化繼電保護研究

【摘 要】為加快智能電網建設，提高智能變電站效率和效益。當前數字化繼電保護對于智能變電站具有積極方面的作用，國內已經在一些智能變電站中逐漸應用了數字化繼電保護措施，希望以此取得的經驗與教訓能夠為未來數字化繼電保護技術于智能變電站的實際應用提供有效的經驗。

【關鍵詞】數字化繼電保護；110kV；智能變電站

1.數字化繼電保護系統中的基本概述

1.1確保二次回路的接線更為簡化、方便

MU 和電子互感器設備的互相配合，可以實時地將其測量到的值進行數字化處理，并且通過光纖進行傳送。那么這一數字化系統具有比較強的抗干擾能力，能夠改變以往的二次電纜傳送回路運行缺陷，從而確保有效地實現了變電器中一、二次設備的隔離運行。數字化繼電保護技術是于現場加裝好智能操作箱并且組建GOOSE 網絡之后方能夠起到保護作用，同時對于隔離開關還能夠起到遙控控制。由此看來數字化繼電保護裝置和最終的執行機構控制間并沒有了以往的電纜連接，那么目前現場的各間隔間的界限將更加清晰、明了，因此顯著地杜絕了智能變電站中的不慎連接、碰觸電纜情況發生，能夠非常有效地避免了事故發生。

1.2數字化繼電保護裝置的應用可以提高可靠性

電子式互感器設備具有比較良好的抗干擾能力，因此其在絕緣性能方面也得到了一定加強，其中線性范圍較廣等顯著特點，裝置的先進性保障了最終測量值的安全性和準確性。與此同時智能操作箱的主要作用，就是可以利用過程層網以及保護裝置進行實時通信，將智能變電站中一次設備的實際運行情況進行及時傳遞，從而還能夠對相關設備是否保持正常的運行具有充分了解。

1.3數字化繼電保護技術具有高度的開放性與互操作性

發展至今，國家為了能夠大力促進智能電網的快速發展，顯著提高智能變電站運行的效率和效益，國家電網公司已經于2010 年正式制定并實施了《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護研究規范》，該保護規范中明確規定了繼電保護以及設備配置的基本原則，其中還包括繼電保護裝置以及技術標準，繼電保護的基本信息互換原則等方面，因此分析和研究數字化繼電保護于智能變電站中的具體應用，是完全離不開該具體規范的規定。

2.110kV 智能變電站的保護配置情況

110kV變電站使用常規開關作為主開關。以某地為例，目前，該變電站內設有電子式互感器，但尚未實現一體化平臺及智能應用，然而，在變電站內的自動化系統結構、繼電保護裝置及合并單元的配置、網絡方式都可以作為智能變電站建設的參考。三層側設備，兩級網絡結構，符合智能變電站要求。變電站內過程層運用的是GOOSE網、SV網方式，與智能變電站要求獨立組網有所差距。保護配置包括所需要的母差保護裝置、線路縱差保護裝置、故障錄波器等，此外，110kV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。

3.110kV 智能變電站相關設備的保護配置

（1）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。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。

（2）變壓器保護。根據規程要求，110kV變壓器電量保護應配置雙套，并應采用主、后備保護一體化配置，如單獨配置，后備保護應與測控裝置一體化。變壓器保護使用雙套配置時，合并單元（MU）的每一側，智能終端的每一側都要使用雙套配置；中性點以及間隙電流分別并入對應側（MU）；直接采樣，直接跳到一側斷路器；如遇跳母聯、分段斷路器和啟動失靈等情況下，則使用GOOSE網進行傳輸。

（3）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。根據規程的相關要求，110kV母聯保護使用單套配置，應滿足保護、監測和控制綜合一體化。跳閘方式應用點對點直接跳閘，主變保護則應用GOOSE網絡跳閘；母聯保護在母線失靈的情況下，可以使用GOOSE網絡傳輸。

4.數字化繼電保護在110kV 智能變電站中的應用

繼電保護作為保證電網安全穩定運行的首道防線至關重要。智能變電站應在保持變電站基礎功能之外，改進增加繼電保護設備之間交換信息的方式。智能變電站中，使用了電子式互感器，變壓器，斷路器裝上了智能單元，連接介質全部使用光纖，信息傳輸實現了網絡化。針對各部變化，下面提出新的測試檢驗方法：

（1）原來輸入保護裝置的電壓、電流模擬量被合并器的光數字信號所取代。前提是要考慮有跨間隔數據要求的保護裝置，在不同間隔間傳輸數據時，到達時間的同步性，如不確定或差距較大，則可能無法滿足保護裝置的要求。

（2）同等設備條件下，原有變電站繼電保護使用接點直接跳閘，而智能變電站則使用GOOSE網絡，信號經網絡傳輸到智能終端后跳閘（有智能開關時除外），其可靠性更強，運行檢修擴建的安全性更高。

（3）原有變電站保護裝置，輸出信號都是經過GOOSE協議下進行網絡傳輸，智能變電器則增設了優先級別，使用GOOSE報文傳輸。我們可以通過整組傳動試驗，檢驗變電站保護裝置輸入和輸出信號的精度和實時傳輸。

（4）光纖數字電壓、電流信號的輸入方式，決定了檢驗數據同步性的測試顯得尤為重要，如變壓器差動保護、母差保護，需要對不同的同步間隔的數據進行驗證。

（5）光纖以太網主要針對誤碼率和光收發器件的功率進行檢驗，從而保證其物理連接的準確性和可靠性。檢驗過程可以借助網絡分析儀、網絡負載模擬器等工具進行。

（6）合并單元的檢驗主要是看其可否及時準確地傳輸一次電壓和電流信號；智能單元的檢驗則是看可否及時準確地傳輸數據，控制設備，保護報文，并做出相應的處理。

5.結束語

目前國內電子式互感器設備、開關智能操作箱設備等比較先進的保護裝置相繼投入使用，確保了光纖于傳遞數字信號方面的及時性和精確性，那么也確保智能變電站具有了數字化繼電保護刺痛的基本特征。本文中筆者為將來數字化繼電保護技術于智能變電站具體應用提供了一定的研究根據，希望能夠有效地推動國內智能變電站繼電保護方面的數字化建設進程。

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