區(qū)域?qū)哟位Ｗo(hù)系統(tǒng)構(gòu)架及其信息流分析

胡源奇++張義++周曉娟++陳玉濤++楊輝++薛建民

摘要：區(qū)域?qū)哟位Ｗo(hù)體系是對(duì)現(xiàn)有就地保護(hù)、站域保護(hù)、區(qū)域保護(hù)的整合和改進(jìn)，使之成為有效的統(tǒng)一的整體，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多維度的保護(hù)。本文研究層次化保護(hù)系統(tǒng)的框架體系，并基于層次化保護(hù)系統(tǒng)功能協(xié)調(diào)，從系統(tǒng)角度對(duì)各層保護(hù)配置、區(qū)域內(nèi)信息流交互、區(qū)域保護(hù)實(shí)現(xiàn)模式加以研究。進(jìn)而為層次化保護(hù)系統(tǒng)的工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域保護(hù)；站域保護(hù)；就地化保護(hù)；信息流

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）02-0242-01

1 緒論

在層次化保護(hù)系統(tǒng)中，其主要包含快速的就地化保護(hù)、站域保護(hù)和區(qū)域保護(hù)。三層保護(hù)配合可以可靠隔離故障元件，就地化保護(hù)利用間隔元件自身信息實(shí)現(xiàn)獨(dú)立決策，提供快速的主保護(hù)和有選擇性的后備保護(hù)，保證被保護(hù)元件的安全。并且切除故障時(shí)不考慮動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)帶來的影響[1-2]。而站域保護(hù)利用站內(nèi)電氣量、開關(guān)量和狀態(tài)量等信息，集中站域級(jí)決策，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的優(yōu)化和冗余，可以提升變電站級(jí)的后備保護(hù)控制性能，同時(shí)站域保護(hù)作為區(qū)域保護(hù)的變電站子站進(jìn)行信息采集和控制命令執(zhí)行。區(qū)域保護(hù)以提高多個(gè)變電站區(qū)域范圍內(nèi)的保護(hù)控制水平為目標(biāo)。利用多個(gè)變電站的全景電網(wǎng)信息，統(tǒng)一進(jìn)行決策判別，實(shí)施區(qū)域范圍的后備保護(hù)、保護(hù)定值調(diào)整、優(yōu)化安穩(wěn)控制策略、區(qū)域備自投，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)控制的優(yōu)化協(xié)調(diào)[3-4]。

2 區(qū)域?qū)哟位Ｗo(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

區(qū)域?qū)哟位Ｗo(hù)系統(tǒng)系統(tǒng)是指在區(qū)域范圍內(nèi)，由面向間隔元件的就地化保護(hù)、面向變電站的站域保護(hù)和面向多個(gè)變電站的區(qū)域保護(hù)三個(gè)相互協(xié)調(diào)的層次組成，區(qū)域?qū)哟位Ｗo(hù)系統(tǒng)是集中式和分布式相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，從區(qū)域的角度看，站域保護(hù)在系統(tǒng)中采用分布式模式，而區(qū)域保護(hù)則是集中式模式。這種構(gòu)成方式集合了集中式和分布式的優(yōu)點(diǎn)。但是從變電站層面來看，面向間隔的就地保護(hù)在變電站內(nèi)各采用分散的信息和控制，站域保護(hù)的信息處理和保護(hù)決策采用了集中式的模式；整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)采用通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)信息共享，進(jìn)行基于多源信息的繼電保護(hù)立體化配置功能，實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)空間維度、時(shí)間維度、和功能維度的多層級(jí)協(xié)調(diào)配合，全面提升系統(tǒng)保護(hù)性能和運(yùn)行能力。

在區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，層次化保護(hù)中就地化保護(hù)裝置作為第一時(shí)限的保護(hù)，速動(dòng)性好，如圖1所示，就地化保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在0～20ms之間。在就地保護(hù)執(zhí)行的同時(shí)，區(qū)域保護(hù)與站域保護(hù)也隨之進(jìn)入程序判別階段，如果就地化保護(hù)能夠成功切除故障，則區(qū)域保護(hù)和站域保護(hù)自動(dòng)返回；如果就地化保護(hù)未動(dòng)作，那么站域保護(hù)進(jìn)行判斷并切除故障。在時(shí)間維度上，站域保護(hù)會(huì)增加特定的延時(shí)。如果站域保護(hù)不能切除故障，那么由區(qū)域保護(hù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。區(qū)域保護(hù)的跳閘延時(shí)在站域保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的基礎(chǔ)上會(huì)增加延時(shí)。根據(jù)國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議的規(guī)定，區(qū)域保護(hù)的時(shí)間在0.1s～100s的范圍之間。

基于上述分析，可以看出層次化保護(hù)系統(tǒng)利用區(qū)域電網(wǎng)共享信息，實(shí)現(xiàn)就地化、站域和區(qū)域保護(hù)的多維度協(xié)調(diào)。在時(shí)間維度上，就地化保護(hù)、站域保護(hù)、區(qū)域保護(hù)相互銜接，實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制系統(tǒng)的協(xié)同。在層次化體系中，就地化保護(hù)實(shí)現(xiàn)各類無延時(shí)動(dòng)作主保護(hù)；站域保護(hù)控制裝置利用全站共享信息，實(shí)現(xiàn)快速后備保護(hù)；在區(qū)域電網(wǎng)信息的基礎(chǔ)上，區(qū)域保護(hù)實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的繼電保護(hù)性能和控制水平的提升。

在空間維度上，就地化保護(hù)和站域保護(hù)與區(qū)域保護(hù)點(diǎn)面結(jié)合，區(qū)域電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全方位的保護(hù)。就地化保護(hù)面向單個(gè)被保護(hù)元件，并且就地布置在被保護(hù)元件附件；站域保護(hù)控制通過站內(nèi)過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)變電站全站信息的收集，其布置于變電站主控室內(nèi)；而區(qū)域保護(hù)控制裝置一般布置在區(qū)域電網(wǎng)集控變電站內(nèi)，通過通信網(wǎng)絡(luò)獲取各站信息。從而在空間上，構(gòu)筑保護(hù)系統(tǒng)的層次化。

3 層次化保護(hù)功能配置

層次化保護(hù)系統(tǒng)的三層保護(hù)體系，能實(shí)現(xiàn)就地化保護(hù)、站域保護(hù)和區(qū)域保護(hù)的協(xié)調(diào)配合，改善后備保護(hù)性能，提高保護(hù)動(dòng)作協(xié)調(diào)性。

就地級(jí)保護(hù)是整個(gè)層次化保護(hù)控制體系的基礎(chǔ)，就地化保護(hù)面向單個(gè)被保護(hù)對(duì)象，利用被保護(hù)對(duì)象自身信息獨(dú)立決策，實(shí)現(xiàn)可靠、快速地切除故障。條件允許時(shí)，可將就地化保護(hù)靠近一次設(shè)備布置，簡(jiǎn)化二次接線，一二次設(shè)備針對(duì)性強(qiáng)，便于維護(hù)、檢修和巡視，有利于模塊化設(shè)計(jì)和安裝。就地級(jí)保護(hù)由現(xiàn)有線路保護(hù)及線路輔助保護(hù)、主變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、母聯(lián)（分段）、電抗器、電容器保護(hù)、站用變（接地變）保護(hù)等構(gòu)成。變電站電壓等級(jí)不同，站域保護(hù)利用全站信息共享的優(yōu)勢(shì)，集中決策，能實(shí)現(xiàn)保護(hù)的冗余和優(yōu)化，提升保護(hù)可靠性和速動(dòng)性，還能開發(fā)多判據(jù)決策的保護(hù)策略。針對(duì)變電站內(nèi)不同電壓水平，應(yīng)能整合備自投、過負(fù)荷減載、低頻低壓減負(fù)荷等控制功能，減少二次設(shè)備布置，優(yōu)化控制策略。同時(shí)作為區(qū)域保護(hù)的子站。

而基于過程總線的網(wǎng)采方式后，依賴公共時(shí)鐘脈沖，各合并單元需要有同步脈沖接入，并具備依據(jù)時(shí)鐘輸入信號(hào)給定的時(shí)間狀態(tài)取得對(duì)應(yīng)采樣樣本，即公共時(shí)鐘采樣同步法。通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，采樣同步依賴于外部時(shí)鐘，時(shí)鐘丟失或異常（對(duì)同步源信號(hào)輸出品質(zhì)的依賴性）將影響保護(hù)正常運(yùn)行。

基于區(qū)域信息的保護(hù)控制系統(tǒng)既是一個(gè)多專業(yè)數(shù)據(jù)信息交換的載體，又是一個(gè)保護(hù)控制功能實(shí)現(xiàn)的載體。并非要代替原有的保護(hù)控制系統(tǒng)，而是針對(duì)目前保護(hù)、穩(wěn)控、自動(dòng)裝置等存在的原理、配置和配合上的問題，利用區(qū)域信息對(duì)現(xiàn)有的保護(hù)性能進(jìn)行優(yōu)化，解決繼電保護(hù)在選擇性和速動(dòng)性的矛盾；利用區(qū)域信息，優(yōu)化備自投、切機(jī)切負(fù)荷等策略，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；利用區(qū)域信息，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)三道防線的協(xié)調(diào)配合。

4 層次化保護(hù)系統(tǒng)信息流分析

根據(jù)層次化的功能配置，系統(tǒng)中各層次互相交互的最基本的信息流有兩種：電氣量信息和狀態(tài)量信息，電氣量信息經(jīng)合并單元匯聚之后，按照IEC61850 9-2 數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)上送至過程層SV網(wǎng)絡(luò)。而狀態(tài)量信息主要包含間隔層智能終端發(fā)送的狀態(tài)信息以及站域、區(qū)域保護(hù)控制下行命令。其利用GOOSE方式傳送。站域保護(hù)從本站過程層網(wǎng)絡(luò)獲得決策所需要的信息，并將決策后的命令由過程層網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至本站各間隔執(zhí)行。而區(qū)域保護(hù)則從多站的站域保護(hù)處獲取決策所需要的信息，決策后的控制信息則要從區(qū)域保護(hù)決策中心下發(fā)至站域保護(hù)去執(zhí)行。就地級(jí)保護(hù)和站域保護(hù)的信息均來自同一個(gè)變電站內(nèi)的信息，根據(jù)現(xiàn)有工程信息傳輸機(jī)制，按照固有的時(shí)間間隔采用定時(shí)主動(dòng)上送實(shí)時(shí)組織信息。

5 結(jié)語

層次化保護(hù)系統(tǒng)的配置的就地化保護(hù)、站域保護(hù)和區(qū)域保護(hù)，促使層次化保護(hù)系統(tǒng)在功能維度上，各級(jí)保護(hù)功能相互協(xié)調(diào)配合，提升區(qū)域內(nèi)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性。同時(shí)，作為電力系統(tǒng)的第一、第二道防線的繼電保護(hù)和穩(wěn)定控制實(shí)現(xiàn)功能協(xié)調(diào)配合，更易構(gòu)建安全可靠的電網(wǎng)防護(hù)體系。

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