淺談智能變電站中的站域保護

李多嬌 劉潔星

摘 要：隨著新能源技術、智能技術、信息技術、網絡技術的突破與創新，第三次工業革命正在孕育發展。以電為中心轉變能源開發利用方式，已成為全球能源發展的戰略方向，發展智能電網是推動能源變革的必由之路。隨著智能電網技術不斷成熟，變電站繼電保護裝置類型及理念也在不斷革新，此時站域保護進入視野。本文將根據現場實際為基礎，淺談新一代智能變電站中的站域保護應用。

關鍵詞：智能電網；智能變電站；站域保護

當電力系統中的電力元件（如發電機、線路等）或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全運行時，能夠向運行值班人員及時發出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備。能夠完成以上任務的自動化措施的成套設備，一般通稱為繼電保護裝置。隨著繼電保護裝置技術的不斷革新，新的理念產生。廣域保護與站域保護進入人們的視野。

1 變電站的發展

電網系統中變電站被視為基礎節點，是在電力系統中不可或缺的重要環節，這是回顧變電站發展史所得出的結論，它承載著電能轉換和電能重新分配的極其重要任務，對電網的安全系統和經濟運行有非常重要的作用。1890年，俄國建成三相交流線路及升壓與降壓變壓器，真正的電網由此誕生。至今，變電站經過了100多年的發展，總的來說，可以分為四個階段。

1.1 傳統變電站

上世紀80年代，在變電站內，保護設備主要以晶體管和集成電路為主，二次設備基本上按照傳統方式布置，各個部分分別獨立運行。傳統變電站安全可靠性比較差，自動化程度低，站內大多數采用常規設備，其繼電保護和自動化裝置都采用電磁型或晶體管型，結構冗雜且可靠性不高，更無故障自診斷能力。同時傳統變電站供電質量無法保證和考核，大都不具備調壓手段。

1.2 綜合自動化變電站

上世紀90年代，隨著計算機、網絡、通信及傳輸方式等技術的發展，變電站綜合自動化技術出現并得到應用。變電站綜合自動化通常采用二次電纜直接與一次設備、保護設備、故障錄波器、測控裝置、計量裝置等二次設備連接，把傳統意義上的保護、控制、測量、錄波及通信設備集成一體。綜合自動化系統中有電壓、無功自動控制功能，提高了供電質量及電壓合格率，保證了變電設備的穩定運行。

1.3 數字化變電站

數字化變電站通常采用“三層兩網”結構，實現了變電站內，一次設備和二次設備的數字通信連接，并建立了一個全站統一的數據化模型和通信鏈接平臺。數字化變電站的主要特點是：一次設備數字化，二次設備網絡化，數據平臺標準化。一次數字化體現為電子式互感器和智能開關；二次網絡化體現為二次設備通過網絡實現對上和對下通信鏈接；數據平臺標準化體現為DL/T860協議。

1.4 智能變電站

先進、可靠、集成和環保是智能變電站的優點，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，同時，具備支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動等高級功能的變電站。智能變電站是數字化變電站整體技術的傳承產物，但是智能變電站的智能單元增加了一次設備的在線狀態監測功能，站控層采用的是統一服務接口與電力數據網相連接。

電網發展的必然趨勢就是智能電網。電網中最重要的是數據采集點和命令執行單元，智能電網的重要組成部分就是智能變電站，也是未來變電站的建設方向，其發展水平將直接影響到我國智能電網發展建設的整體高度。

2 繼電保護裝置

2.1 繼電保護

在變電站中，繼電保護是一項必不可少的技術，電力系統的穩定運行與其密切相關。當系統中發生故障或有危機安全運行的情況，繼電保護就是其對策的自動化措施。在此項技術的發展歷程中，其主要設備原件是帶有觸點的繼電器，所以顧名思義便有了繼電保護的存在。

2.2 繼電保護裝置四“性”要求

對于變電站內的繼電保護裝置來說，滿足規定工作邏輯的大前提必須先做到四“性”要求，分別是可靠性、選擇性、靈敏性及速動性。四“性”之間緊密聯系，既矛盾又統一。

3 站域保護

3.1 站域保護技術開發和研究

站域保護主要是將全站不同電壓等級之間的保護、安全自動裝置、安穩裝置、測控、計量等系列設備集成優化在一套設備里，通過這套裝置，對全站的設備進行集中式管理、控制。同時裝置各個功能獨立、并列運行，相互間可數據共享，但主功能保持相對獨立。智能站站域保護現階段主要實現了對110kV及以下電壓等級的保護裝置單重化配置功能性能提升；站內安全自動裝置功能優化整合；備自投、低頻低壓減載、過負荷聯切；作為廣域保護的控制子站，對上實現站域信息采集，傳輸，對下實現控制命令執行。根據采集數據質量、控制實時性要求，在同一平面內進行跨專業、跨間隔的整合。將其分為兩類：調度監控和緊急控制分別進行整合。

3.2 站域保護優點及用途

變電站的備自投、線路、主變和母差等，是集成于站域保護裝置的。此保護可通過一套裝置實現原來十多套獨立式保護裝置的功能，與傳統的保護裝置相比較而言，極大地減少了保護配置成本。另外，此保護數據獲取采用光纖直連，跳閘采用網絡出口。這種方式使電纜排布大量減少，并且接線簡單方便，使安裝效率得到了極大的提高。

站域保護還可作為一個控制子站接入廣域保護系統，不但能和廣域保護系統配合保護區域電網安全，而且能保護全站電力設備。

以上所說的站域保護功能的實現有一個大的前提條件，那就是需要一個可以獲取全站設備狀態信息的數據平臺且數據是實時交換。這就不得不提到智能站的過程層通訊手段，其信息的數字化及網絡化成為站域保護能夠采集站內所有設備實時運行信息的保障。

現階段，站域保護在實際現場的保護控制中主要有以下功能配置：110kV線路保護配置三段式距離、零序保護，重合閘功能；110kV分段保護配置過流保護及母線充電保護功能；110kV斷路器失靈保護按母線段配置，由間隔過電流啟動接點加相應間隔的保護動作接點啟動斷路器失靈保護，并經電壓閉鎖出口跳閘相鄰斷路器；10kV簡易母線保護按母線段配置，每段10kV母線配一套簡易母線保護模塊。閉鎖元件動作邏輯由就地級保護完成后以通過站控層GOOSE方式發給本裝置。10kV還配置低頻低壓減載功能。

3.3 站域保護現場應用案列

3.3.1 2011年12月8日上午11時，隨著一聲清脆的開關合閘聲音，嘉興110kV新生智能變電站站域保護備自投功能帶負荷拉合試驗順利完成。這標志著浙江省首套站域保護帶負荷試驗全部完成，由四方股份負責開發的智能變電站站域保護CSC-133E成功投入運行。

3.3.2 2013年北京220kV未來城站設置1套站域保護控制系統，其中一臺裝置完成110kV線路后備距離的冗余保護；另一臺裝置實現110kV母線失靈保護、110kV母聯保護、10kV低周低壓減載、10kV簡易母線差動保護功能。裝置組屏安裝于二次設備室內。

站域保護采樣值、跳閘采用網采網跳方式，裝置分別接入過程層網絡和站控層網絡，支持SV與GOOSE共網；保護及控制命令不經就地保護、測控裝置直接作用于智能終端；通過增加網口數量分攤數據流量，并行處理數據；并配置用于廣域通信的獨立接口。

4 結語

全球能源發展的今天，以電為中心轉變能源開發利用方式成為主要戰略方向，大力發展智能電網勢在必行。智能電網建設步伐的加快對繼電保護裝置理論技術提出了更高的要求，研究智能變電站站域保護無疑將具有更為重要的意義。智能變電站內的站域保護在保護網絡中獲取多源冗余信息量的基礎上，還可從變電站內部的全局角度上實現綜合分析及故障處理，這是對傳統繼電保護裝置性能的大幅度提升，并能夠在未來的智能變電站內作為廣域保護系統的控制子站而存在，是未來繼電保護技術發展的主要方向。相信隨著智能電網技術不斷成熟，變電站繼電保護裝置類型及理念的不斷革新，廣域保護及站域保護將成為未來智能變電站保護裝置的中流砥柱。

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