智能電網中站域保護的研究與應用

摘 要：傳統繼電保護不能反映電網整體運行情況，相互之間缺乏配合，而站域保護裝置面向智能變電站，采集站內所需的各信息量，實現就地化保護的冗余和優化。同時，站域保護替代了站內低周低壓減載、備自投等安全自動裝置，提升了變電站層面的安全控制功能。基于智能變電站信息共享的站域保護信息量完整，改善了傳統繼電保護的不足，確保了電力系統安全穩定的運行。

關鍵詞：智能變電站；站域保護；繼電保護；后備保護

引言

隨著電網迅速發展，新一代智能變電站應運而生。站域保護則是新一代智能變電站后備保護的重要技術之一。目前智能變電站繼電保護系統中，保護的可靠性主要依靠兩套保護裝置雙重化配置來實現，這往往使保護只關注到該間隔的單一元件而缺乏系統層面的協調[1]。而站域保護的優勢就在于能克服此問題，使繼電保護由間隔保護裝置時代向整體保護系統時代轉變，并更加經濟可靠[2]。當前，國際相關領域已開始重視站域保護的研發與應用，國內各電氣設備廠家也相繼推出了第一代站域保護。文章基于國家電網提出的層次化繼電保系統控制要求，針對站域保護控制裝置在新一代智能變電站中的研究應用進行了重點論述。

1 站域保護的原理與配置

1.1 保護原理

在智能變電站中，站域保護通過GOOSE及SV組網從所需的智能終端、合并單元采集電流電壓、元件動作等相關數據，進行邏輯判斷后快速精確的切除故障。智能變電站的組網設計使站域保護可以完全獲取全站信息，配置一套保護就能將10kV簡易母差、備自投、低頻減載及線路間隔后備保護整合集成，大大簡化了保護配置。同時，站域保護與就地保護間緊密配合，解決了單一間隔保護不能解決的問題，提高了變電站后備保護的快速性和可靠性。

1.2 功能配置

目前，220kV及以上電壓等級的變電站大部分采用雙重化保護配置，所以站域保護多用于110kV變電站，作為單套主保護的后備保護及冗余保護[3]。站域保護的具體功能配置如下：（1）作為線路主保護的后備保護，包含開關失靈保護功能，縮短后備保護切除故障的時間。同時包含了10kV簡易的母線保護，較之主變低后備保護更加快速、準確的切除10kV母線故障。（2）作為單套保護的冗余，如主變、線路的冗余保護，以及母聯開關的過流保護。（3）作為變電站內安全自動控制裝置，包含低頻減載、過負荷聯切等功能，以及站內各電壓等級的備自投保護功能。（4）基于智能變電站IEC61850通信規約，實現全站信息采集處理，作為區域電網保護控制子站，為將來的廣域保護打下基礎。

2 站域保護的結構特點

2.1 系統結構

站域保護控制裝置和裝置間相互連接的以太網交換機共同組成了站域保護。其邏輯功能可以使用單一裝置實現，也可以由多裝置實現。站域保護需對數據進行采集、傳輸和處理。在智能變電站站中，傳輸電流電壓采樣值信號的SV網絡與傳輸開關變位、跳閘等信號的GOOSE網絡均需通過以太網交換機。這些信號都是站域保護需要采集的。智能變電站的三層兩網結構以及高速網絡通信功能，應能全部滿足保護控制裝置對數據的采集、傳輸和處理。所以在進行檢測時，應綜合考慮站域保護在網絡流量過高時的靈敏性和可靠性，并將以太網交換機與相連接的保護控制裝置作為一個完整的站域保護系統。

站域保護位于間隔層，全站一般配置兩套保護控制系統，均由數據采集及計算模塊、故障定位模塊、保護跳閘決策模塊組成，可以互為備用，也可以作為不同電壓等級的公用保護使用。這樣大大提高了全站保護系統的穩定性和可靠性。站域保護采用集成化的硬件設備，可實現測量保護一體化，相比傳統的保護測量設備簡化了硬件結構，降低了開發成本，同時減輕了現場運維的工作量和難度。

2.2 功能特點

站域保護裝置是一個多輸入多輸出的控制處理器。它由站內直流系統供電，并且集成了多個間隔的保護控制功能。變壓器、母線、線路的電壓電流同步采樣信息和開關量信息分別通過SV報文和GOOSE報文傳送給站域保護[4]。站域保護經邏輯判斷后，輸出跳合閘、保護啟動等信號。

智能變電站中的站域保護一般接入各電壓等級的過程層網絡中。它雖然屬于間隔層設備，但擁有站控層設備的功能。在其數據總線上往往按照間隔接入不同的功能模塊，而各間隔的保護控制功能不互相影響。站域保護的每個模塊都經光纖接入過程層網絡，保護原理程序也分模塊分別寫入。

站域保護通常采用網采網跳的方式，保護的跳閘和控制命令直接傳輸至智能終端，而不通過就地保護或測控裝置。信息采集的網絡化能使站域保護突破間隔層的限制，不同于其他單一間隔保護，可以對所需的多個間隔進行保護。并且，所保護的各個間隔交換機傳輸的報文可以設置不同的標志位，這使站域保護控制裝置對各間隔的保護控制功能相互獨立。這樣即使其中任何一個間隔失去或退出保護，其余間隔的保護仍有作用，不會受到影響。

由于智能變電站站內的所有信息都能快速方便的獲取，站域保護可以收到所需每一個間隔的電流電壓、開關刀閘位置等信息。這使得站域保護的原理及算法更加靈活。它對已有的后備保護進行了補充和完善，同時可以對并聯抗器線路故障進行處理，極大地提高了保護系統的可靠性。

2.3 通信方式

站域保護的通訊包括間隔層間的信息交互、過程層與間隔層間的信息交互、間隔層與站控層間的信息交互等。新一代智能變電站將站域保護控制系統經過程層中心交換機接入，可以保護控制全站每個間隔，既能實現站域保護功能，也能精簡交換機數量。

ICE61850規定的針對原始的采樣數據的光纖以太網通訊幀格式，按各間隔合并單元傳送的報文包含兩個電壓電流值，可算出一個合并單元SV報文每秒的數據流量為5.472Mbit；而傳送開關量信息的GOOSE報文與對時系統的El588報文每秒所需的帶寬很小，所以一個合并單元每秒傳輸的數據流量不超過10M。如果智能變電站間隔數量過多也有可能配置十多臺交換機，所以站域保護裝置若要實現全站間隔的控制，每秒的數據流量有可能超過100M，應選擇1000M光口接入中心交換機。

3 站域保護面臨的問題

3.1 后備保護完善配置問題

站域通訊失效或站域后備保護不夠靈敏都將使站域保護誤動或拒動，應此需采取有效的應對措施。為了準確切除故障，以就地信息為基礎的遠后備保護應保留配置，可以采取固定整定值、長延時保護等末及后備保護措施[5]。

3.2 可靠性與風險評估問題

智能變電站間的廣域保護對站域信息的依賴程度較高，因此站域保護的可靠性面臨多重考驗。使用站域保護應謹慎評估其安全風險，以利于實際應用。

4 結束語

當前，我國電網輸電等級日益提高，繼電保護的發展日新月異。在新一代智能變電站中配置站域保護，可以提高全站保護系統的可靠性、靈敏性和選擇性，使電網更加安全穩定運行。

參考文獻

[1]夏勇軍.110kV智能變電站繼電保護若干問題研究[D].湖北工業大學，2011.

[2]陳正邦.110kV智能化變電站繼電保護配置方案的研究[D].華南理工大學，2010.

[3]楊春生，周步祥.廣域保護研究現狀及展望[J].電力系統保護與控制，2010，38（9）：148.

[4]孔凡東.智能變電站站域后備保護開發與測試[D].山東大學，2014.

[5]蔡小玲，王禮偉.基于智能變電站的站域保護原理和實現[J].電力系統及其自動化學報，2012，06：128.

作者簡介：莫薇（1988-），女，在讀碩士研究生，主要研究方向為智能變電站繼電保護。