智能變電站繼電保護配置方案研究

周正龍

摘 要：文章通過對三層兩網(wǎng)智能變電站特點的要求提出了分層配置的繼電保護配置方案。在過程層中安排有變壓器保護以及線路保護等間隔保護，它能夠進行獨立跳閘，不必依賴于過程層的交換機。在間隔層進行多間隔的母線保護的配置，而跳閘保護功能的實現(xiàn)主要是通過過程層的交換機的進行。同時在站控層中設置有站域的智能保護單元，能夠保證站域的管理和保護。在變電站的繼電保護中，主保護通過變壓器以及線路保護來實現(xiàn)，而后備保護由站域的智能保護單元進行實現(xiàn)。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；主保護；后備保護；配置方案

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0015-02

1 概 述

現(xiàn)有的智能變電站的繼電保護配置方案一般采用根據(jù)對象的不同進行保護裝置相關配置，如母線保護、主變保護、線路保護、開關保護等，與常規(guī)互感器相比，智能變電站的繼電保護配置方案將數(shù)據(jù)采集的光線接口替換掉原來裝置中的交流輸入插件，并且用光線通信接口替換了I/O接口的插件，CPU模擬量處理也改變成為了通信接口的處理。原本在常規(guī)互感器上的操作插件轉(zhuǎn)移到了智能的操作箱上。分層配置的繼電保護能夠在繼電保護的系統(tǒng)當中滲透進全局的信息，重新審視了繼電保護的配置以及原理，避免繼電保護中的主保護受到系統(tǒng)運行方式的影響，這種繼電保護能夠?qū)收显M行快速的切除，系統(tǒng)運行方式也不會對后備保護產(chǎn)生影響，為電網(wǎng)的安全性和可靠性提供保障。

2 繼電保護配置的局限性

電網(wǎng)的主要組成包括輸電線路、變壓器以及發(fā)電機，在出現(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時為了能夠?qū)υ陔娏ο到y(tǒng)中產(chǎn)生故障的設備進行快速自動切除，需要繼電保護裝置。它能夠起到將故障隔離開來，防止故障對于系統(tǒng)其它內(nèi)容產(chǎn)生影響，保證其它設備的正常運行的作用。繼電保護配置一般分為后備保護和主保護兩個部分。在一般情況下，主保護部分是主要的繼電保護裝置，它不會受到系統(tǒng)運行方式的影響，實現(xiàn)快速切除故障元件動作。而一旦主保護出現(xiàn)了拒動的情況，后備保護就起到了作用，代替主保護裝置進行故障切除工作。后備保護的存在使得電力系統(tǒng)中即使出現(xiàn)單個的保護元件、二次系統(tǒng)或是斷路器發(fā)生問題時也能夠?qū)收线M行及時隔離。因此在繼電保護中主保護和后備保護二者缺一不可。然而由于我國大規(guī)模電網(wǎng)的不斷建設，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時很容易發(fā)生連鎖反應，現(xiàn)有的繼電保護與電力系統(tǒng)不相適應，出現(xiàn)了以下幾個主要問題：

首先，繼電保護系統(tǒng)的主要目的是切除電力系統(tǒng)中的故障，對于切除之后的運行狀況沒有進行反映，因此對于切除故障之后的電力系統(tǒng)起不到保護作用，繼電保護裝置的一些運作可能會引起電力系統(tǒng)中其他元件的異常，嚴重甚至可能導致電力系統(tǒng)的崩潰。

其次，繼電保護裝置根據(jù)本地的相關數(shù)據(jù)產(chǎn)生保護動作，因此繼電保護裝置還有最大的問題便是該裝置只能保證解決本地電網(wǎng)的故障，而忽略了故障對于整個電網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響，同時系統(tǒng)的運行方式不斷改變著，繼電保護裝置難以做出全面及時的反應。不同的保護裝置之間協(xié)調(diào)性不夠，因此對于整體系統(tǒng)的安全運行難以保證。如果發(fā)生了聯(lián)鎖故障等情況還可能惡化電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

常用的后備保護的保護范圍較大，但是也因此不具備選擇的快速性，進行反映的時間過長，有時會因此失去保護作用。為了能夠保證選擇性，遵循階梯時限的原則是后備保護需要遵循的原則，有時動作時限會因為電網(wǎng)較為復雜而達到數(shù)秒，大大增加了后備保護之間的配合的難度。

3 繼電保護設計方案基于分層配置的優(yōu)勢

從模擬式保護到數(shù)字式保護的發(fā)展在繼電保護的發(fā)展過程中占據(jù)了相當長的時間，因此即使現(xiàn)在的數(shù)字式保護中仍然可以看到模擬式保護設計影子的存在。在繼電保護當中雖然有著分層配置的優(yōu)勢，但是技術(shù)等方面仍然沒能完全發(fā)揮。

智能變電站當中智能的一次設備、網(wǎng)絡化的二次設備的應用，將變電站中的電力設備能夠進行相互操作以及信息的共享。因此提出了分層配置的繼電保護配置方案。它能夠讓主保護功能快速實現(xiàn)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)快速的后備保護，對于常規(guī)的繼電保護存在的問題進行一一解決。

基于分層配置的繼電保護方案設計中，在過程層中安排有變壓器保護以及線路保護等間隔保護，它能夠進行獨立跳閘，不必依賴于過程層的交換機。在間隔層進行多間隔的母線保護的配置，而跳閘保護功能的實現(xiàn)主要是通過過程層的交換機的進行。同時在站控層中設置有站域的智能保護單元，能夠保證站域的管理和保護。在變電站的繼電保護中，主保護通過變壓器以及線路保護來實現(xiàn)，而后備保護由站域的智能保護單元進行實現(xiàn)。分層配置的繼電保護能夠在繼電保護的系統(tǒng)當中滲透進全局的信息，重新審視了繼電保護的配置以及原理，避免繼電保護中的主保護受到系統(tǒng)運行方式的影響，這種繼電保護能夠?qū)收显M行快速的切除，系統(tǒng)運行方式也不會對后備保護產(chǎn)生影響，為電網(wǎng)的安全性和可靠性提供保障。

4 繼電保護裝置性能分析

基于分層配置的繼電保護配置方案能夠大大提升繼電保護的性能，主要體現(xiàn)在集中決策的后備保護、獨立決策的快速保護以及站域智能后備保護。

過程層中安置變壓器保護以及線路保護等主設備的保護，它的特點是快速切斷不需要對其他間隔信息進行依賴，因此直接安放在過程層中，與智能操作箱通過直接相連的方式進行信息的傳遞以交互，即使網(wǎng)絡信息發(fā)生癱瘓，不會影響到繼電保護裝置中主保護的動作。傳統(tǒng)的保護性能在智能變電站中仍然有所體現(xiàn)，故障的快速切除不必依賴于外部通信。

后備保護是進行集中控制以及決策，對變電站中基本所有的一次設備進行后備保護，后備保護包括有母線充電保護、線路重合閘、線路過負荷保護、電源備自投、變壓器過負荷保護等，后備保護對這些設備的保護是獨立的功能模塊，模塊與模塊之間主要通過后備保護的整體邏輯進行相互之間的配合。

后備保護中的集中處理能夠?qū)⒅悄茏冸娬局械墓δ苣K以及后備保護原理進行統(tǒng)一，簡化各個線路以及變壓器等之間重復的保護，充分利用變電站站域中的信息，快速的得到變電站運行變化，通過專家對故障的具體位置進行判斷以及最終決策，如果出現(xiàn)有斷路器失靈、保護拒動等問題，通過后備保護能夠降低這些問題對故障判斷帶來的影響。在保證選擇性的同時也能夠保證快速性。將后備保護進行集中能夠解決原本的繼電保護中由于故障切除范圍大以及電網(wǎng)復雜等原因?qū)е碌膭幼鲿r間過長等問題。

基于分層配置的智能變電站繼電保護裝置方案中，全局信息引入了站域智能的后備保護以及控制單元，不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)的后備保護進行完善，還能夠?qū)崿F(xiàn)原本傳統(tǒng)保護方式無法實現(xiàn)的性能。

5 總 結(jié)

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，繼電保護的評價主要從四個方面進行，即快速性、選擇性、可靠性以及靈敏性。傳統(tǒng)的繼電保護往往不能將這四個方面進行合理協(xié)調(diào)。而智能變電站中基于分層配置的繼電保護配置方案則能夠很好的彌補這一缺點，不僅繼承了傳統(tǒng)繼電保護中的優(yōu)點，而且對傳統(tǒng)繼電保護中存在的缺陷與局限性進行改善。分層配置的繼電保護能夠?qū)⑷值男畔⒁氲嚼^電保護的系統(tǒng)當中，對繼電保護的原理以及配置進行重新審視，從而保證主保護不會受到系統(tǒng)運行方式的影響，這種繼電保護能夠?qū)收显M行快速的切除，系統(tǒng)運行方式也不會對后備保護產(chǎn)生影響，為電網(wǎng)的安全性和可靠性提供保障。

參考文獻：

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