探究智能變電站條件下的繼電保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)

張?bào)P豐

【摘 要】 繼電保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)是目前智能變電站的重要組成部分，它們不但實(shí)現(xiàn)了對站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控保護(hù)，也一定程度上減輕甚至避免了設(shè)備損壞對相鄰地區(qū)供電的影響。本文分別探究了在智能化變電站條件下監(jiān)控系統(tǒng)與繼電保護(hù)的技術(shù)構(gòu)成及相關(guān)功能應(yīng)用，證明二者對于智能變電站常態(tài)化安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性。

【關(guān)鍵詞】 智能變電站 繼電保護(hù) 監(jiān)控系統(tǒng) 功能實(shí)現(xiàn)

一般來說，智能化變電站主要由監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)、智能IED設(shè)備、交換機(jī)、時(shí)鐘系統(tǒng)、繼電保護(hù)以及智能單元所共同組成。整個(gè)變電站采用以太網(wǎng)與光纖通訊，特別是監(jiān)控系統(tǒng)作為整個(gè)變電站的上層監(jiān)測設(shè)備，為變電站的實(shí)時(shí)信息采集與傳送起到了巨大作用。

1 智能變電站條件下的監(jiān)控系統(tǒng)分析

1.1 對監(jiān)控系統(tǒng)的配置分析

智能變電站條件下的監(jiān)控系統(tǒng)屬于總系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)的上層監(jiān)測設(shè)備，與常規(guī)變電站的二次電纜實(shí)現(xiàn)設(shè)備間聯(lián)系不同，智能變電站利用光纖通信與站控層、過程層的智能化一次設(shè)備與間隔層實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備間聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了對變電站實(shí)時(shí)信息的采集與上送功能，如圖1。

如圖1，智能變電站條件下監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠過程層的信息交換機(jī)構(gòu)來構(gòu)建局域網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)與站內(nèi)層IED設(shè)備的相互通訊連接，確保監(jiān)控系統(tǒng)功能的安全穩(wěn)定性。所以可將其視為是雙網(wǎng)配置體系。在這里，智能變電站所采用的一般為IEC-61850規(guī)約通訊結(jié)構(gòu)，又被稱為是MMS網(wǎng)絡(luò)，它是智能變電站技術(shù)的基礎(chǔ)，也是智能變電站建設(shè)的指導(dǎo)性文件。當(dāng)IED實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的直接連通通訊功能時(shí)，就可以通過IP地址的固定性來構(gòu)建新的物理連接，并將IEDname作為通訊標(biāo)簽使用。

在檢修時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可以通過裝置上送報(bào)文來引入品質(zhì)屬性，借助品質(zhì)審查來判斷信號質(zhì)量。一般智能變電站的裝置檢修報(bào)文都要上送至監(jiān)控系統(tǒng)，然后再配合后臺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對報(bào)文屬性的全面解析，最后在告警窗口顯示報(bào)告內(nèi)容并將其標(biāo)注為檢修狀態(tài)。如此一來變電站檢修人員就能明確在檢修狀態(tài)下對設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控工作內(nèi)容，從而達(dá)到維護(hù)設(shè)備安全運(yùn)行的目的。

目前智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)都會配置多臺服務(wù)器來操作多功能同步實(shí)現(xiàn)，它的具體設(shè)計(jì)思路就是在變電站設(shè)備系統(tǒng)中設(shè)置兩臺或兩臺以上的監(jiān)控器作為當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主備來運(yùn)行，同時(shí)它們也兼職遠(yuǎn)程瀏覽與告警直傳功能。除此之外為監(jiān)控系統(tǒng)配備工程師站與故障信息服務(wù)器，專門針對實(shí)時(shí)故障進(jìn)行分析檢測，第一時(shí)間檢出并加以維修。另外在某些地區(qū)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)中也加設(shè)了智能開票與順序控制這些高級應(yīng)用功能，確保了監(jiān)控系統(tǒng)功能的多方向延伸，更好服務(wù)于智能變電站日常生產(chǎn)。

雖然說目前智能變電站在監(jiān)控系統(tǒng)方面作出了大膽革新，但是它的設(shè)計(jì)思路依然還延續(xù)了一些傳統(tǒng)常規(guī)化變電站設(shè)計(jì)思路，例如依然保留了基于功能變更與配置的常規(guī)開入測控裝置等等。當(dāng)然，目前的變電站站內(nèi)IED設(shè)備已經(jīng)開始使用閉鎖信號，主要通過高壓開關(guān)柜來實(shí)現(xiàn)電纜互聯(lián)以及相互監(jiān)控功能，這種基于傳統(tǒng)配合新技術(shù)的設(shè)計(jì)方案也是目前智能變電站在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中最為流行的方案[1]。

1.2 站控層通訊網(wǎng)絡(luò)

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)與智能IED同理都是依靠網(wǎng)線接入交換機(jī)來形成站控層通訊網(wǎng)絡(luò)的，它也被稱之為MMS網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)智能IED設(shè)備具備唯一IP地址以及IEDname時(shí)，它就可以與監(jiān)控系統(tǒng)建立連接，并同時(shí)初始化裝置模型。連接建立以后，先按照監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)報(bào)告上送形式來進(jìn)行系統(tǒng)功能操作，直到裝置成功返回報(bào)文以后才算完成通訊初始化過程。

除此之外，過程層也能實(shí)現(xiàn)通訊功能，與監(jiān)控系統(tǒng)形成聯(lián)動，并設(shè)計(jì)壓力異常監(jiān)視回路。這一回路功能有別于常規(guī)系統(tǒng)操作箱，這是因?yàn)樗€增加了邏輯判據(jù)功、壓力異常閉鎖功能和重合閘放電功能等等，這些功能都配備了CPU判斷出口，并且在一定程度上簡化了操作回路，安全可靠性非常高。當(dāng)智能IED設(shè)備過程層實(shí)施通訊功能時(shí)，每5s會發(fā)送一次鏈路報(bào)文，而接收方面則要判斷該信息內(nèi)容然后執(zhí)行相應(yīng)操作。智能變電站在調(diào)試、監(jiān)控、維護(hù)過程中都需要根據(jù)光線鏈路狀態(tài)、接收側(cè)信息來判斷報(bào)文數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對通訊狀態(tài)的實(shí)施監(jiān)控目的，確保設(shè)備安全運(yùn)行[2]。

2 智能變電站條件下的繼電保護(hù)分析

繼電保護(hù)是智能變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要屏障之一，它能夠明確區(qū)分出被保護(hù)元件的實(shí)時(shí)狀態(tài)，指出它可能存在的故障問題。而如果當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障或異常時(shí)，繼電保護(hù)都能在最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行自動排障，或發(fā)出信號交由值班人員來解除異常工況根源問題，最大限度降低設(shè)備損壞程度以及對周邊地區(qū)的供電影響，以實(shí)現(xiàn)智能變電站可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的特點(diǎn)。

2.1 智能變電站條件下繼電保護(hù)的功能實(shí)現(xiàn)原理

智能變電站為了規(guī)范設(shè)計(jì)繼電保護(hù)功能，提高安全可靠性，一般都會采用雙套配置，即智能終端與合并單元。它們在功能實(shí)現(xiàn)方面主要針對一次設(shè)備保護(hù)來控制功能應(yīng)用，并圍繞數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計(jì)運(yùn)算來控制命令，提出優(yōu)先界別控制操作，最終匯總間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息來為過程層提供閉鎖功能，與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動[3]。

2.2 基于主變的繼電保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)

在智能變電站中，主變差動保護(hù)是最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，其原理是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的差，在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，差動回路中的電流值大于整定值，差動保護(hù)瞬時(shí)動作，而在保護(hù)區(qū)外故障，主變差動保護(hù)則不應(yīng)動作。所以它需要同時(shí)獲得變壓器各側(cè)電流信息之后才能實(shí)施差動計(jì)算流程。以10kV變電站為例，如果它采用的是內(nèi)橋主接線方式，那么主變差動保護(hù)I測就應(yīng)該至少包含兩大分支，第一大分支以高壓側(cè)開關(guān)電流為主，而第二大分支則主要以路橋開關(guān)電流為主。在這里，橋路開關(guān)電流所采用的是正極性接入，而主變方則以反極性接入，極性取反也是為了避免差動誤動問題的出現(xiàn)。

在變壓器的保護(hù)方面要按單重化進(jìn)行配置，這里差動保護(hù)與后備保護(hù)要集成到一套設(shè)備上，將其作為一體化雙套配置，但也可以采取多臺分層集成來實(shí)現(xiàn)目的。差動保護(hù)通過10kV進(jìn)線，而內(nèi)橋和主變各側(cè)則要構(gòu)成差動回路，實(shí)現(xiàn)主變高壓測多路電流（主要為3路），而主變本體中性點(diǎn)電流則采用后備保護(hù)模式，這也是繼電保護(hù)動作中最關(guān)鍵的一條，就是以直接光纖發(fā)送來操控設(shè)備各個(gè)智能終端從而完成對開關(guān)的切除動作。如果后備保護(hù)需要聯(lián)且10kV路橋開關(guān)，則要首先聯(lián)且10kV分段開關(guān)，其中聯(lián)且開關(guān)則主要通過GOOSE交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓收闲畔⒅噶畹靡詫?shí)現(xiàn)動作。

如果在變壓器端實(shí)施電氣量保護(hù)，則要考慮變壓器的內(nèi)部的壓力突變及壓力釋放問題，看其主變電氣繼電保護(hù)是否符合正常反饋條件，并以此為依據(jù)來進(jìn)行基于繼電保護(hù)的非電量保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。當(dāng)主變電氣量保護(hù)應(yīng)用時(shí)應(yīng)該采用雙重化設(shè)計(jì)，利用雙重化采樣回路與獨(dú)立啟動保護(hù)DSP，確保裝置動作的安全可靠性。同時(shí)，它也可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)視過程層來實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊，確保繼電保護(hù)動作的可靠性與正確性。最后在后備繼電保護(hù)中還存在接地零序保護(hù)與不接地保護(hù)兩種，這兩種繼電保護(hù)主要通過跳閘矩陣來實(shí)現(xiàn)對每段保護(hù)的切除與開關(guān)，確保負(fù)荷電壓條件可以在同一側(cè)得以滿足。它的具體實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種：第一通過繼電保護(hù)配置硬節(jié)點(diǎn)輸出來完成電纜各側(cè)的后備保護(hù)配合；第二通過具有GOOSE輸出節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)。

3 結(jié)語

本文主要以智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)為例，探討了它們的技術(shù)理論設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用操作，從而引出了過程層、站控層等等在圍繞監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)電保護(hù)時(shí)的應(yīng)用過程。總體來說，目前像10kV這樣的高壓智能變電站在上述兩系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)思路都是以遠(yuǎn)程監(jiān)控來決定系統(tǒng)配置狀態(tài)，而站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層組網(wǎng)方式以及IED等接入方式則有效輔助了兩大系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)，為智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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