淺析智能變電站保護選配方案

摘要：我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展極大地提高了變電站運行的穩(wěn)定性、安全性與智能性程度，而繼電保護在電力系統(tǒng)運行過程中發(fā)揮著極大的作用。文章對變電站繼電保護運行現(xiàn)狀進行了分析，并闡述了智能變電站保護選配方案，以促進供電企業(yè)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能變電站；變電站保護；選配方案；電力系統(tǒng)；繼電保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）10-0138-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.068

1 概述

隨著我國社會與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，供電企業(yè)也在不斷進步，現(xiàn)階段，人們對于電能的依賴程度越來越高，因此，供電企業(yè)面臨著很大的機遇與挑戰(zhàn)。隨著變電站運行的自動化程度越來越高，同時也大大提高了變電站運行的安全與穩(wěn)定性。在變電站智能化系統(tǒng)中，測控系統(tǒng)、繼電保護等設(shè)備的不斷應(yīng)用，極大地促進了變電站運行的效率，因此，分析智能變電站保護選配方案，會極大推進電力系統(tǒng)的快速發(fā)展。

2 智能變電站系統(tǒng)簡述

通常而言，變電站要由三個部分組成，分別是間隔層、站控層和過程層（如圖1），不同的部位發(fā)揮的作用不盡相同，其中，間隔層主要是指繼電保護系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等二次設(shè)備；過程層主要組成部分有互感器、隔離開關(guān)等；站控層包括對時系統(tǒng)、站域控制系統(tǒng)、工作站與監(jiān)控主機等。通常而言，站控層發(fā)揮的作用最大，主要是監(jiān)控設(shè)備的運行情況，如果發(fā)現(xiàn)存在問題，能夠及時并采取報警等措施，減少設(shè)備故障的損失，同時還可以采集變電站運行過程中的數(shù)據(jù)，進而對采集的數(shù)據(jù)進行保護處理，從而實現(xiàn)保護功能。智能變電站系統(tǒng)具有自身獨特的優(yōu)勢，如可靠性、選擇性、精準性等。為了提高智能變電站的功能，就應(yīng)該統(tǒng)一規(guī)范變電站內(nèi)部設(shè)備的信息訪問方法、描述方法等，這樣就可以提高不同廠家生產(chǎn)智能變電站電子設(shè)備的可相互使用性，在大多數(shù)采用的是IEC61850標準，而在智能變電站保護配置方案時，根據(jù)保護對象進行配置，如線路保護、主變保護、開關(guān)保護等。

3 繼電保護存在的主要問題及基本要求

3.1 繼電保護存在的主要問題

繼電保護在發(fā)揮其作用時，主要是通過電力系統(tǒng)的電流、電壓以及電阻等的不同變化，從而實現(xiàn)保護功能，對于保證用戶的正常用電至關(guān)重要。此外，繼電保護設(shè)備不但能夠向監(jiān)控管理者進行電力運行數(shù)據(jù)的準確高效的提供，還能夠在系統(tǒng)有故障出現(xiàn)的時候，開展自動挽救，這對降低故障損害有非常重要的作用，進而有效降低故障造成的各方面損失。所以，當繼電保護設(shè)備在對出現(xiàn)的故障進行一定的挽救后，還會及時發(fā)信號給監(jiān)控管理者，便于及時采取相應(yīng)策略來對電力系統(tǒng)進行調(diào)整，這就能將電網(wǎng)故障損害降到最低。

隨著經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，各種電器的功率也越來越大，發(fā)電機的容量也不斷提升，這就導(dǎo)致發(fā)電廠、變電站及供電網(wǎng)絡(luò)等接線也越來越復(fù)雜，大大增加了整個電力系統(tǒng)中正常工作以及短路的電流，這就造成整個電網(wǎng)一旦有故障出現(xiàn)，就可能導(dǎo)致整個電網(wǎng)的正常運行都受到嚴重影響。這是現(xiàn)階段的繼電保護設(shè)備沒有辦法很好的滿足電力系統(tǒng)實際發(fā)展需要的一個重要原因。存在的問題主要有：

第一，對于切除故障后的電力系統(tǒng)的情況很難表現(xiàn)出來，這就造成無法實現(xiàn)對切除故障后的電力系統(tǒng)的保護。

第二，判讀對于整個電力系統(tǒng)的保護情況，通常是以地區(qū)測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，這就導(dǎo)致繼電保護僅能夠?qū)Ρ镜貐^(qū)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進行保護，不能實現(xiàn)對產(chǎn)出故障后的整個電網(wǎng)進行相應(yīng)的保護，造成繼電保護的運作方式?jīng)]有辦法全面反映出來。

第三，由于通常情況的后備保護動作的時間過長，這就很難將其保護作用很好地發(fā)揮出來。

第四，一些特定電網(wǎng)狀態(tài)下，越級跳閘是線路保護常出現(xiàn)的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致上下級保護的整體配合很難得到高效實施。

第五，當變電站線路發(fā)生故障時，線路由于采取保護措施，而開關(guān)拒動，這樣就會導(dǎo)致更嚴重的故障發(fā)生，且影響范圍與影響時間都會變得很嚴重。

3.2 繼電保護的基本要求

綜上所述，電力系統(tǒng)在正常運行過程中，很容易出現(xiàn)故障問題，這些問題都會給電力系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響，因此繼電保護裝置在進行保護時，應(yīng)該具備一定的選擇性，這樣才可以切除部分故障，不僅可以確保其他正常線路的正常運行，同時還有助于提高電力系統(tǒng)的運行效率，與此同時，在相關(guān)的保護范圍內(nèi)，繼電保護裝置都不會出現(xiàn)拒絕動作的現(xiàn)象，同時當在其他范圍內(nèi)發(fā)生故障時，繼電保護裝置也不會出現(xiàn)錯誤處置。因此，繼電保護裝置對于電力系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要，不僅可以及時切除故障部分，同時還可以最大程度地避免故障給其他設(shè)備帶來的損壞，提升恢復(fù)電壓的速度，對于發(fā)電機的穩(wěn)定性有明顯的提高。

4 繼電保護分層配置方案

隨著繼電保護裝置的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段已經(jīng)從傳統(tǒng)的模擬式保護發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字式保護，因此保護的性能得到大大的提高，但是，雖然這個轉(zhuǎn)變的過程經(jīng)過了較長時間的發(fā)展，由于數(shù)字保護在設(shè)計階段還存在模擬式保護痕跡，還存在一定的局限性，沒有最大程度地發(fā)揮現(xiàn)在的計算機技術(shù)的作用，這樣就導(dǎo)致很難完全達到數(shù)字式保護。而在智能變電站中，隨著智能化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備以及一些相關(guān)標準的使用，這樣就可以使不同的電氣設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)互相操作與信息的共享，因此，分層繼電保護配置具有很好的自身優(yōu)勢，不僅可以發(fā)揮主保護功能，同時可以精準、快速地實現(xiàn)后備的保護，這樣的方法可以有效解決常規(guī)方法的不足。

在分層配置繼電保護時，其過程層的保護主要是變壓器的保護以及線路保護等，進而在MU操作箱中直接獲取操作和采樣的數(shù)據(jù)信息，這個過程是相對獨立的，不依賴過程層。在保護多間隔母線過程時，由于其比較特殊，主要是因為在間隔層進行配置，而在獲取數(shù)據(jù)信息時，主要是通過過程層網(wǎng)絡(luò)獲取，從而實現(xiàn)跳閘和保護。通常而言在設(shè)計智能管理單元時，在站控層進行配置，主要是通過間隔層交換機或者間隔層采集數(shù)據(jù)處理單元來完成變電站數(shù)據(jù)信息的獲取，從而實現(xiàn)管理和保護站域的功能。在方案設(shè)計階段，配置保護功能如下，變壓器的保護與線路的保護，通常而言包括傳統(tǒng)的主保護。在進行配置保護時，通常母線保護功能不發(fā)生較大的改變。

4.1 縱聯(lián)保護配置過程層線路

在智能變電站進行保護過程層線路過程中，通常而言，主要是通過縱聯(lián)線路保護配置來完成的，而在過程層變電站縱聯(lián)保護形式主要是：線路縱聯(lián)距離保護和線路縱聯(lián)差動保護，在縱聯(lián)保護配置過程層線路時，縱聯(lián)保護的重要組成元素是主保護，而相關(guān)集中保護設(shè)備，后備保護通常依賴較大。

4.2 差動保護配置過程層變壓器

分布式變動保護配置是智能變電站實現(xiàn)其過程層變壓器差動保護的相關(guān)配置。而在智能變電站智能保護過程中，通常使用變壓器的差動保護來實現(xiàn)過程層變壓器的差動保護，而后備保護通常而言，還需要在一些集中式保護裝置上構(gòu)建，而在智能變電站差動保護過程層變壓器時，還需要安裝獨立保護電量部分，進而再使用電纜等線路，將其與變壓器的斷路器進行連接，通過光纜線路來實現(xiàn)將斷路器的跳閘命令線路傳送至全站線路中，從而實現(xiàn)差動保護變壓器。

5 繼電保護分層配置的性能分析與繼電保護的發(fā)展趨勢

5.1 繼電保護分層配置的性能分析

變電站的繼電保護對于電力系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要，不僅可以減少變電站在運行過程中出現(xiàn)故障事故的可能性，還可以提高變電站的運行效率，提高供電企業(yè)效益。而繼電保護的分層配置，可以大大提升變電站的保護性能，還可以體現(xiàn)出集中決策的后備保護與獨立決策的快速保護等。

在進行分層配置和一些設(shè)備保護時，如變壓器的保護與線路的保護，可以直接在過程層進行相關(guān)的設(shè)置，通常不會依賴間隔信息，從而實現(xiàn)與MU操作箱的過程層裝置信息的交換，通常而言，這就是網(wǎng)絡(luò)信息的癱瘓，但是不會影響主保護的相關(guān)動作，在優(yōu)化智能變電站的保護措施后，進行故障切除時，對外部的通信條件依賴較少，從而可以有效提升電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定與安全性，進而提升供電企業(yè)的效益。

在這種方案設(shè)計時，集中控制與決策在后備保護中完成，從而實現(xiàn)變電站設(shè)備的保護，通常而言，后備保護主要包括以下方面：母線在充電時的保護，線路重新合閘時的保護以及線路過負荷的保護，這些保護措施對于變電站的正常運行至關(guān)重要，但是不同的保護模塊是不會相互影響的，同時還可以實現(xiàn)不同保護功能的相互配合。其中在變電站后備保護中，集中后備保護實現(xiàn)了功能模塊與原理模塊的統(tǒng)一，可以使保護配置更為簡化。因此，集中后備保護可以及時得到變電站運行過程中的變化，進而根據(jù)設(shè)計的方案，進行一定的決策，這樣不僅可以有效地判定故障的位置，同時還可以解決一些其他的問題，如保護拒動、斷路器失靈等，不會因為選擇性而忽略迅速性，這樣可以實現(xiàn)在較短的時間內(nèi)，解決影響范圍較大的問題，有效提升變電站運行的安全性與穩(wěn)定性，促進供電企業(yè)的正常發(fā)展。

5.2 繼電保護的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，繼電保護技術(shù)已經(jīng)朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、計算機化以及通信一體化等方向發(fā)展，并且已經(jīng)取得了良好的效果，為了確保電力系統(tǒng)的正常運行，就應(yīng)該首先實現(xiàn)微機保護設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。在完成繼電保護裝置計算機化與網(wǎng)絡(luò)化的前提下，還應(yīng)該盡量減少電纜敷設(shè)的投資。由于現(xiàn)階段在電纜投資上還較大，不利于供電企業(yè)的發(fā)展，通過管控、數(shù)控以及測量的一體化，就可以降低電纜的使用量，降低供電企業(yè)的投資成本。

6 結(jié)語

隨著供電企業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的各個功能日趨完善，但是在變電站運行過程中，還存在很多問題，給供電企業(yè)帶來一定的影響。而變電站繼電保護裝置，不僅可以確保電力系統(tǒng)的正常運行，還可以降低事故產(chǎn)生的影響，保障供電企業(yè)的快速發(fā)展。

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作者簡介：耿瑞麗（1976-），女，山東成武人，國網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司用電監(jiān)察員技師，電力工程工程師，研究方向：配電網(wǎng)綜合線損管理、計算及理論分析。

（責任編輯：周 瓊）