110 kV 智能變電站站域保護原理

趙蕾

(云南電網有限責任公司保山供電局，云南 保山 678000)

1 站域保護概述

智能變電站采用的保護配置依然采用對各一次設備配置快速跳閘的主保護、多階段配合的后備保護、相關回路雙套配置且完全獨立的保護配置模式。由于這種模式主要采用分層分布式結構，面向間隔，功能獨立，任何一個裝置發生故障不會影響到其它功能和對象，因此具有可靠性較高，可擴展性和開放性較好的優點。然而，由于缺乏信息的共享和統一的協調配置，該模式也暴露出硬件配置重復、電流互感器及電壓互感器負載重、接線復雜、缺乏整體協調和功能優化、投資成本大、運行維護成本高等缺點。

智能化的一次設備、發展成熟的網絡技術、先進的IEC61850 標準的應用為信息共享和數字化變電站的實現奠定了基礎，也使站域保護的研究、實施成為可能。基于以上技術的發展，智能變電站通過信息采集數字化和信息傳輸網絡化，實現了信息的高度共享，為從根本上提高和改善后備保護性能創造了條件，站域保護也應運而生。

2 站域保護的原理和優勢

站域保護并不只是簡單將距離保護、母線差動保護、變壓器差動保護、線路三段式過電流保護等傳統保護功能集成到一個裝置中。通過集成全部站內設備的運行信息，站域保護將大大提高保護動作的選擇性、靈敏性和可靠性，并且能夠克服過渡電阻等不良因素的影響。

站域保護一種是利用智能變電站統一采集的實時信息，以集中分析或分布協同方式判定故障，自動調整動作決策的繼電保護方法。站域保護裝置集全站的設備自投、線路、主變和母差等保護功能于一體。與傳統的分布式保護相比，站域保護主要具有以下優點:

1)可通過一套裝置實現多套獨立保護的功能，有效的減少保護配置的成本;

2)基于61850 通訊規約，采用網絡進行數據采集與控制，接線簡單高效;

3)能夠實現站內數據的完全共享，能夠優化保護原理，提高繼電保護的可靠性與快速性;

4)能夠作為一個子站為廣域保護系統提供本地保護與控制。

3 站域保護的實現方案

3.1 總體方案

通過采用IEEE－1588 網絡同步技術實現站內以及各相關變電站間電氣量的同步采樣，采用IEC61850 通訊規約實現控制主機與各采集與執行設備之間的數據交互，采用光纖網絡實現各相關設備之間的海量數據傳輸，采用集線路、母線、變壓器、站間備自投于一體的集中式保護實現針對相關電氣設備的保護與控制。

整個系統主要由采集單元、智能控制單元、主站主時鐘、交換機、同步裝置、站域保護主機和維護工作站組成，主要實現110 kV 線路保護、35 kV 線路保護、10 kV 線路保護、110 kV 主變保護、簡易母差保護以及站間備自投等保護功能。

子站由智能采集終端ICU、MU、交換機組成。合并單元(MU)負責模擬量采集，智能控制單元(ICU)負責開關量狀態采集和控制，兩者分別通過多模光纖與子站交換機相連，辛街變和柯街變子站交換機通過單模光纖與永昌變單模交換機相連，永昌變單模交換機再和主站單模交換機相連。主站配置獨立的一套站域智能控制主機、千兆單模交換機、網絡分析儀、規約轉化器。站域智能控制主機分別接收三個子站MU 和ICU數據，完成具體的保護控制功能，然后通過GOOSE 完成對子站各間隔開關的控制。

站域智能控制主機按照功能劃分，由采集板、保護控制板、通信板組成，三者均可靈活配置。針對本項目，可配置三塊采集板，用來接收處理永昌變三個不同電壓等級的智能終端數據和辛街變、柯街變備自投智能終端數據;一塊保護控制板，實現變壓器保護功能、110 kV 線路保護功能、35 kV 簡易母差保護功能和線路保護功能、10 kV 簡易母差保護和線路保護功能、站間備用電源自投功能;一塊通信板，實現主機和人機管理模塊通信。人機管理模塊屬于站域保護一部分，用來實現模擬量開關量顯示、定值管理、報文管理、錄波管理、IEC61850 站控層規約等功能。

3.2 保護配置

變壓器保護主要包括:

1)主保護功能:差流速斷保護、差動保護、TA 斷線告警或閉鎖。

2)高壓側后備保護:復壓方向閉鎖過流，復壓過流保護;零序方向過流保護，間隙零序過流、中性點過壓，過負荷告警、過負荷啟動風冷、過負荷閉鎖有載調壓。

3)中壓側后備保護:復壓方向閉鎖過流，復壓過流保護，過負荷告警。

4)低壓側后備保護:復壓方向閉鎖過流、過負荷告警。

110 kV 線路主要配置三段式相間、接地距離保護，四段式零序方向過流保護，TV 斷線過流、不對稱故障相繼速動、弱饋線路保護功能、故障錄波、過負荷告警、三相一次重合閘及后加速。

35 kV、10 kV 線路配置三段式復壓方向閉鎖過流保護、過負荷保護、三相一次重合閘及后加速。

35 kV 及10 kV 簡易母線保護配置基于GOOSE 報文的網絡化簡易母線保護站用電保護功能。

4 網絡化簡易母線保護

基于GOOSE 的簡易母線保護由嵌入在變壓器后備保護或母聯(分段)裝置中的動作元件、嵌入在母聯(分段)或出線(包括線路、站用變、電容器、電抗器)保護裝置中的閉鎖元件組成，其關鍵在于能夠區分收到的閉鎖信號的出線源。若是正常出線發送的閉鎖信號，則進行閉鎖保護，等待出線保護切除故障，在出線開關失靈的情況下經延時開放簡易母線保護跳開變壓器低壓側開關;若為小電源出線發送的閉鎖信號，那么不完全母線保護首先跳開發送閉鎖信號的小電源出線，再加速跳開變壓器低壓側開關，在變壓器低壓側開關失靈的情況下經小延時快速跳開變壓器各側開關。所采用的閉鎖跳閘信息為IEC61850 標準為基礎的GOOSE 信號。開關量傳輸采用GOOSE 通道，模擬量的采用IEC61850 標準SMV (Sampled Measured Values)服務報文傳輸。基于IEC61850 通信規范基礎的數字化變電站，可以實現二次設備之間互操作及信息共享，并實現一次設備智能化、二次設備網絡化。

將GOOSE 應用于簡易母線差動保護，解決了傳統簡易母線差動保護閉鎖信號交互多、二次回路接線復雜的問題。母線保護二次回路的監視可以利用GOOSE 報文實現，大大提高了不完全母線的可靠性，解決了變壓器低壓側故障切除時間較長情況下易損毀、變壓器后備保護動作時間長會造成事故范圍擴大的問題，保證了變壓器和電力系統的安全穩定運行。

5 利用電流差動實現的站域保護

總體來說，此實現項目站域保護的范圍為變電站與其相連其余變電站出線斷路器內的范圍，包括母線和與之相連的開關。通過分析變電站相關主設備發生故障的情況，對故障電氣量特征進行分析后，基于電流差動原理，利用站域冗余信息建立保護判據，提出了一套變電站站域電流差動保護的實現方案。

利用差動保護原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時的特點，通過采集變電站母線、變壓器、線路等主設備各側的電流量，組成不同的保護原理和范圍大小的差動區域，與現有母線、變壓器、線路差動保護配合，選定永昌變出線線路電流量作為站內區域、相連辛街、柯街變電站全部出線線路電流量作為站外區域參與差動計算，故障位置由站外或站內總差動排除主保護元件確定。

發生故障時，根據采集電流量確定故障位置，通過站內區域電流差動計算、站外區域電流差動計算與主保護元件差動量比較得出。此時主保護與站域保護配合工作，在確定故障元件后，經過延時等待主保護動作和斷路器跳閘，其中延時時間應考慮主保護動作時間和斷路器跳閘時間。同時判斷檢測主保護是否動作、站域保護故障元件是否仍持續存在差流情況。若在相應延時內采集到故障元件主保護沒有動作，則判斷主保護拒動，由站域差動保護發出跳閘指令跳開故障元件。繼續檢測故障是否切除，若發出保護跳閘指令后故障仍存在，則認為故障元件斷路器拒動，則由站域差動保護發失靈跳閘指令至故障切除。

6 結束語

站域保護是解決智能變電站中傳統繼電保護原理和配置缺陷的有效途徑。本文在分析傳統保護配置缺陷的基礎上，闡述了站域保護原理和優勢，以及站域保護的總體實現方案。最后，結合站域保護在110 kV 永昌智能變電站的實際應用，對基于GOOSE 報文的網絡化簡易母線保護進行了介紹，為站域保護的應用和推廣，以及智能變電站技術的發展提供參考依據。

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