110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)研究

黃智英+柴春花

摘 要：在變電站自動(dòng)化領(lǐng)域中，微機(jī)保護(hù)與測(cè)控技術(shù)得到了迅猛發(fā)展及廣泛推廣，伴隨電子式互感器技術(shù)的不斷發(fā)展完善，智能開(kāi)關(guān)的應(yīng)運(yùn)而生，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推出，促使變電站自動(dòng)化不斷朝數(shù)字化方向發(fā)展。文章通過(guò)闡述數(shù)字變電站內(nèi)涵特征，分析110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)原則，對(duì)110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)實(shí)踐展開(kāi)探討，旨在為如何促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)有序健康發(fā)展研究適用提供一些思路。

關(guān)鍵詞：110kV；數(shù)字變電站；繼電保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.140

0 引言

在變電站自動(dòng)化領(lǐng)域中，微機(jī)保護(hù)與測(cè)控技術(shù)得到了迅猛發(fā)展及廣泛推廣，伴隨電子式互感器技術(shù)的不斷發(fā)展完善，智能開(kāi)關(guān)的應(yīng)運(yùn)而生，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推出，促使變電站自動(dòng)化不斷朝數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字變電站作為構(gòu)建在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的現(xiàn)階段主流變電站。其中尤以二次影響最為關(guān)鍵。繼電保護(hù)則是二次系統(tǒng)中的重要一環(huán)，因而必須要確保其的可靠性、安群星。換言之，繼電保護(hù)工作很大程度上影響著社會(huì)大眾日常生活用電質(zhì)量，同時(shí)還是確保國(guó)家電網(wǎng)有序運(yùn)行的一大前提。由此可見(jiàn)，對(duì)110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)開(kāi)展研究，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)字變電站概述

1.1 數(shù)字變電站

數(shù)字變電站具備傳感器數(shù)字化，一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)化，傳輸光纖化等主要特點(diǎn)。依據(jù)變電站實(shí)現(xiàn)功能的差異，可將數(shù)字變電站劃分為三層，分別包括過(guò)程層、間隔層以及站控層。其中，過(guò)程層設(shè)備可發(fā)揮自檢測(cè)、自描述功能。經(jīng)由過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)向間隔層設(shè)備傳輸一次設(shè)備信息數(shù)據(jù)，獲取間隔層設(shè)備的控制指令?，F(xiàn)階段，選取常規(guī)開(kāi)關(guān)結(jié)合智能操作箱的過(guò)渡方案，同樣為過(guò)程層，由于其是過(guò)程層不可或缺的一項(xiàng)控制設(shè)備，因而應(yīng)當(dāng)明確基本過(guò)程層設(shè)備的組成成分，即包括有電子式電壓互感器、智能變壓器、電流互感器等一次設(shè)備。間隔層設(shè)備則主要包括測(cè)量表計(jì)、保護(hù)以及測(cè)控設(shè)備等。而對(duì)于站控層而言，其扮演的是管理系統(tǒng)的角色，主要組成成分包括管理機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)工作站以及監(jiān)控系統(tǒng)等，其可作用于對(duì)變電站各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、記錄，為達(dá)成監(jiān)控中心遠(yuǎn)端控制提供各式各樣的轉(zhuǎn)化信息數(shù)據(jù)。綜上，數(shù)字變電站是對(duì)一次設(shè)備、二次設(shè)備開(kāi)展全面整合，在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的支撐下，秉承分布分層結(jié)構(gòu)體系，抽象通信服務(wù)接口及特殊通信服務(wù)映射技術(shù)，進(jìn)一步切實(shí)達(dá)成數(shù)字信息傳輸及可靠指令執(zhí)行，積極促進(jìn)電網(wǎng)事業(yè)的有序健康發(fā)展[1]。

1.2 數(shù)字變電站優(yōu)勢(shì)

相較于綜合自動(dòng)化變電站，數(shù)字變電站擁有下述幾方面優(yōu)勢(shì)：（1）電子式互感器，綜合自動(dòng)化變電站互感器通常選取以電磁原理為前提的傳統(tǒng)互感器，而數(shù)字變電站則選取電子式互感器。傳統(tǒng)互感器存在絕緣復(fù)雜、體積龐大、容易諧振、容易飽和等不足，而電子式互感器則可彌補(bǔ)上述不足，切實(shí)滿(mǎn)足數(shù)字變電站的需求。（2）信息共享，在設(shè)備信息采集方面，數(shù)字變電站與綜合自動(dòng)化變電站相似，均需采集一次設(shè)備信息，不過(guò)前者實(shí)現(xiàn)了信息模型、通信標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，最終與公用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，變電站每一子系統(tǒng)都通過(guò)公用通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)一次設(shè)備信息進(jìn)行接收，并經(jīng)由該公用網(wǎng)絡(luò)對(duì)相關(guān)控制指令進(jìn)行傳輸。（3）可靠性高，數(shù)字變電站信號(hào)傳輸介質(zhì)以光纖為主，相較于常規(guī)的控制電纜，光纖具備良好的抗干擾能力，可顯著提升保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，并且還有助于防止二次回路兩點(diǎn)接地現(xiàn)象的引發(fā)。再加上依托公用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可進(jìn)一步縮減二次接線(xiàn)工作量，極大水平提升接線(xiàn)準(zhǔn)確率[2]。

2 110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)原則

相較于高壓變電站而言，100kV數(shù)字變電站級(jí)別相對(duì)低，配置的各項(xiàng)設(shè)備同樣相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于100kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)原則而言，主要包括：（1）在現(xiàn)有準(zhǔn)確、可靠的前提下，數(shù)字變電站對(duì)安全性的要求更為嚴(yán)苛，顧及的方面應(yīng)當(dāng)更為全面。（2）信號(hào)傳輸過(guò)程與網(wǎng)絡(luò)重要相關(guān)，諸如SV網(wǎng)絡(luò)、GOOSE網(wǎng)絡(luò)等，相互間存在一定獨(dú)立性，對(duì)相互間不進(jìn)行干擾，另外，數(shù)據(jù)控制器端口同樣存在一定獨(dú)立性，不同網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)展繼電保護(hù)過(guò)程中，不受其他網(wǎng)絡(luò)的影像。（3）倘若接線(xiàn)形式滿(mǎn)足相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)后，可依托裝置電子互感裝置來(lái)提升傳輸成效。（4）在應(yīng)用期間，注重裝置一體化，推進(jìn)一系列功能諸如保護(hù)、控制等的有效整合；（5）應(yīng)當(dāng)盡可能選取集成安裝方式開(kāi)展安裝。

3 110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)實(shí)踐

3.1 數(shù)字變電站相關(guān)設(shè)備保護(hù)裝置

（1）線(xiàn)路保護(hù)。對(duì)于110kV數(shù)字變電站而言，應(yīng)當(dāng)將變電站中繼電保護(hù)與變電站運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)開(kāi)展有效結(jié)合，結(jié)合間隔開(kāi)展單套配置。變電站線(xiàn)路保護(hù)方案，如圖1所示。

線(xiàn)路兩間隔之間保護(hù)測(cè)控裝置，一方面與GOOSE進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)信息交換，一方面與智能終端、合并單元分別對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)有效連接。變電站保護(hù)測(cè)控裝置無(wú)需經(jīng)由GOOSE來(lái)向其他單元開(kāi)展信息傳輸，而是直接把獲取的信息傳輸至對(duì)應(yīng)終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘刀的直接控制。位于線(xiàn)路與母線(xiàn)相互間的電子式電壓互感器，在接收到控制指令后，將其經(jīng)由合并單元，并開(kāi)展封裝，然后將指令傳輸至SV單元，進(jìn)一步起到對(duì)線(xiàn)路的保護(hù)監(jiān)測(cè)的作用。

（2）變壓器保護(hù)。智能變電站變壓器保護(hù)裝置選取分布式用以過(guò)程層的配置，第一步開(kāi)展差動(dòng)保護(hù)，第二步開(kāi)展集中式安裝后備保護(hù)。110kV數(shù)字變電站變壓器保護(hù)裝置則與其存在顯著差異，也就是可實(shí)現(xiàn)主后備的集成保護(hù)，建立起一體化的雙套配置。針對(duì)變壓器的保護(hù)裝置，經(jīng)由直接采樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果控制兩側(cè)斷路器自行跳轉(zhuǎn)；其他包括分段斷路器、啟動(dòng)失靈等通過(guò)GOOSE單元開(kāi)展信息傳輸。

（3）母線(xiàn)保護(hù)。相較于線(xiàn)路保護(hù)，母線(xiàn)保護(hù)與其存在一定相似之處，不過(guò)在結(jié)構(gòu)層面，母線(xiàn)保護(hù)更為簡(jiǎn)單。于此期間，母線(xiàn)保護(hù)無(wú)需發(fā)揮數(shù)據(jù)傳輸接收功能，僅需開(kāi)展直接采樣、直接跳閘，所以母線(xiàn)保護(hù)裝置直接與智能終端、合并單元開(kāi)展連接。針對(duì)智能變電站母線(xiàn)保護(hù)，可采取分布式設(shè)計(jì)相關(guān)裝置，在開(kāi)展設(shè)計(jì)過(guò)程中，各間隔相互間可采取獨(dú)立母線(xiàn)保護(hù)方式。在這個(gè)過(guò)程中倘若為110kV數(shù)字變電站母線(xiàn)保

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護(hù)設(shè)計(jì)，則可采取分段保護(hù)方式，保護(hù)單元同時(shí)與合并單元、智能終端開(kāi)展連接，不借助網(wǎng)絡(luò)來(lái)開(kāi)展信息數(shù)據(jù)傳輸、接收，并直接開(kāi)展對(duì)信息數(shù)據(jù)的采樣檢測(cè)，除此之外，母線(xiàn)保護(hù)裝置可跨間隔達(dá)成信號(hào)傳輸，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)跳閘指令。

3.2 變電站層繼電保護(hù)

繼電保護(hù)在變電站有序運(yùn)行中可起到尤為關(guān)鍵的作用，同樣是確保電網(wǎng)正常運(yùn)行的一項(xiàng)重要因素。數(shù)字化繼電保護(hù)是經(jīng)由電子互感器、斷路器、智能化單元等來(lái)達(dá)成的，其中以光纖作為設(shè)備連接及信息傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)，退了信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。結(jié)合數(shù)字化繼電保護(hù)特征，可開(kāi)展下述實(shí)踐應(yīng)用：（1）通常而言，傳統(tǒng)變電站對(duì)應(yīng)開(kāi)展的繼電保護(hù)需要直接跳閘，這一環(huán)節(jié)采取的是直接點(diǎn)，而100kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)中，采取GOOSE單元來(lái)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸及跳閘環(huán)節(jié)，即在保證信息數(shù)據(jù)傳輸至相應(yīng)終端后再進(jìn)行跳閘。依托該種方式可顯著提升繼電保護(hù)的可靠性、準(zhǔn)確性，進(jìn)而為維護(hù)、擴(kuò)建等工作提供可靠的安全保障。（2）相較于以往的繼電保護(hù)方式，110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)開(kāi)展信息傳輸過(guò)程無(wú)需執(zhí)行GOOSE協(xié)議，而是推進(jìn)以往機(jī)電保護(hù)方式的優(yōu)化升級(jí)，通過(guò)GPPSE報(bào)文來(lái)開(kāi)展信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸[3]。（3）110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)要求經(jīng)由光纖數(shù)字電壓、數(shù)字信號(hào)傳輸來(lái)達(dá)成，值得一提的是，信息數(shù)據(jù)同步與否對(duì)于繼電保護(hù)成效來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，所以，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展同步檢測(cè)，就好比，變壓器差動(dòng)保護(hù)、母差保護(hù)，并對(duì)間隔信息開(kāi)展同步檢測(cè)等[4]。（4）在110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)中，光纖以太網(wǎng)檢測(cè)對(duì)象以光的收發(fā)器件功率及傳輸期間形成的誤碼概率為主要對(duì)象，所以，借助數(shù)字化方式開(kāi)展檢測(cè)，可采取誤碼分析儀、負(fù)載模擬器等數(shù)字化設(shè)備。（5）依托數(shù)字化方式來(lái)對(duì)合并單元開(kāi)展檢測(cè)，合并單元檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)傳輸電壓、傳輸信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性；對(duì)智能單元開(kāi)展檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)信息數(shù)據(jù)傳輸效率開(kāi)展檢測(cè)；對(duì)設(shè)備開(kāi)展調(diào)節(jié)，對(duì)報(bào)文予以保護(hù)，然后結(jié)合各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)開(kāi)展對(duì)應(yīng)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，變電站繼電保護(hù)是確保電力系統(tǒng)有序運(yùn)行的核心技術(shù)，所以，提升繼電保護(hù)可靠性、安全性是推動(dòng)電力系統(tǒng)有序運(yùn)行的必經(jīng)之路。鑒于此，相關(guān)人員務(wù)必要不斷鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高對(duì)數(shù)字變電站內(nèi)涵特征的有效認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化對(duì)110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)原則的全面分析，結(jié)合實(shí)際情況，推進(jìn)110kV數(shù)字變電站繼電保護(hù)的科學(xué)合理應(yīng)用，積極促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)的有序健康發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：黃智英（1973-），女，四川渠縣人，本科，講師，研究方向：電氣自動(dòng)化。