智能變電站區域化保護應用研究

劉興勇 呂昕昕 盧卓群 李闊 宋丹 王琢 劉丹 賈悅

摘 要：針對傳統66kV變電站低壓配線無母差保護、失靈保護，供電可靠性低的問題，文章研究了區域化保護網絡共享平臺，及支持該平臺的新型網絡交換技術，有效遏制了潛在的大規模電力系統連鎖故障的風險，提高了系統功角、電壓穩定性及供電可靠性。并將區域化保護應用于馬山220kV智能變電站，實踐證明了區域化保護模式具有較高的實用性和優越性。

關鍵詞：智能變電站；區域化；網絡共享

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0155-03

Abstract： In view of the problems of low voltage distribution line protection without bus difference， failure protection and low reliability of power supply in traditional 66kV substation， this paper studies the regionalization protection network sharing platform and the new network switching technology that supports this platform. It effectively restrains the risk of potential large-scale power system cascading faults， and improves the power angle， voltage stability and power supply reliability of the system. The regionalization protection is applied to the 220kV intelligent substation in Mashan. The practice shows that the regionalization protection mode has higher practicability and superiority.

Keywords： intelligent substation； regionalization； network sharing

1 概述

目前，大多變電站66kV系統無快速主保護，后備保護定值整定和配合困難，線路末端故障時，只能依靠距離II段延時切除故障。運行方式變化容易引起誤動作；66kV系統無失靈保護，斷路器失靈時只能依賴后備保護切除故障，故障切除時間長，故障可能被發展、擴大；66kV主變保護單重化，保護拒動風險遠大于220kV及以上系統，從而導致后備保護越級跳閘風險加大。

針對上述問題，本文研究了覆蓋區域電網、具有同步性、實時性、可靠性及共享能力的區域化保護網絡共享平臺，及支持該平臺的新型網絡交換技術。并將區域化保護應用于馬山220kV智能變電站66kV系統，提高了區域電網的供電可靠性。

2 廣域保護系統

廣域保護系統是指在變電站中廣域測量系統和常規保護系統相互配合，對區域電網故障進行快速、可靠、精確的切除，并且對故障切除后或經受大擾動后進行安全分析。必要時采取相應措施，防止系統發生大范圍或區域電網停電。

區域保護系統的核心思想是簡化調度自動化系統縱向結構，變電站層面僅負責采集和執行，在區域電網調度層面基于實時全景信息，集中實現智能化保護、控制、測量、監視、計量等功能。

區域化保護近年來展開了廣泛的研究，220kV及以上的智能變電站由于具有完備的母差、失靈保護，保護裝置均為雙重化配置。因此，在220kV及以上變電站沒有實施區域化保護的必要性。66kV及以下的智能變電站， 低壓配出線（10kV）沒有母差和斷路器失靈保護，供電可靠性差，有實施區域化保護的必要。在66kV及以下智能變電站都實現站域保護的基礎上，將每個變電站的站域保護通過通訊設備聯系起來，就能夠實現線路全線速動保護（多端縱差保護），實現遠后備的功能。這樣就解決了66kV線路帶多個不同容量變電站保護配置無法選擇等問題，保證了區域電網供電的可靠性。

3 區域化保護在變電站中的應用

為檢驗區域化保護在智能變電站中的性能，遼寧省朝陽供電公司構建了以馬山智能變電站為中心站的66kV區域化保護系統。區域化保護電氣網絡拓撲圖，如圖1所示。

區域化保護的范圍為圖1中紅色互感器所包含的部分，包含兩個220kV站（馬山站、柏山站）和六個66kV站（聯合變、木頭城子變、東大道變、棗山變、長在變、北四家子變）。

3.1 區域化保護系統構架

區域化保護系統包含三層結構，分別為就地層、網絡層和控保層。通過現有專用光纖和SDH網絡，將就地層的信息上傳到控保層，將區域范圍內的保護功能集中實現。區域化保護系統結構圖，如圖2所示：

（1）控保層配置：配置2套區域化保護裝置，一臺裝置運行，一臺裝置熱備用。采用IEEE-1588對時的方式實現區域內綜合智能單元的同步。

（2）網絡層配置：配置1臺交換機和數據轉換裝置，來實現控保層設備和綜合智能單元數據的接入和SDH到以太網數據的轉換。

（3）就地層配置：配置綜合智能單元，完成區域內數據的實時采集和上送，并負責接收和執行控保層下發的控制命令。

（4）網絡同步方案：采用現有的SDH網絡同步，配置一套數據轉換裝置，實現區域內綜合智能單元的數據同步和轉發功能，同步方案沿用保護裝置的乒乓算法，以馬山站綜合智能單元為主時鐘同步對側數據。

3.2 區域化保護系統實現的功能

區域化保護系統能夠實現66kV線路差動、距離和過流保護，及區域差動保護、母線保護、主變保護、自適應后備保護和安全控制等功能。具體功能如下：

（1）元件差動保護：包括66kV線路差動（含多端差

動）、母線差動和主變差動。

（2）區域差動保護：計算本間隔已連接元件的電流，完成差動保護功能，動作后第一時間跳中心開關，第二時間跳該開關當前狀況下所連接的元件的開關。自適應差動保護替代了傳統保護體系中的階段式保護及斷路器失靈保護、死區保護。

a.階段式保護：在相鄰間隔發生故障并且主保護未動作情況下，由自適應差動保護的第二實現切除故障，作為相鄰間隔的主保護。

b.失靈保護：當線路本間隔發生故障斷路器失靈，裝置檢測到第一時間跳開開關后故障電流仍存在，則判定斷路器失靈，由自適應母差保護第二時限跳開本間隔相關的斷路器，切除故障。

c.死區保護：對于斷路器與互感器之間的死區，及各種設備檢修情況下出現的保護死區，都可以通過自適應差動保護實現故障切除。

（3）66kV低周減載功能：取馬山變66kV母線電壓，完成一段66kV母線的低周減載功能。低周減載實施方案：取馬山變66kV母線電壓，設有六個基本輪，完成電網在不同頻率定值時經不同延時來切除相應負荷；同時設有三個特殊輪，來防止基本輪動作后，頻率長期低于正常水平；兩個加速輪，用于頻率快速下降時，加速切除負荷，防止系統崩潰。

（4）區域備自投：區域保護范圍中僅

66kV木頭城子變具備多個電源，有備自投條件，其他站不具備備自投條件。可設置木頭城子站失壓備自投。馬山站區域保護中木頭城子站作為聯絡變電站，可配置區域備自投裝置。備投根據馬山站、木頭城子站和柏山站三個變電站的電氣連接機拓撲關系，識別區域電網的運行方式，自適應的選擇對應的備自投方式。

（5）后備保護定值自適應：Ⅲ段保護自動縮短延時。

3.3 區域化保護系統實現的效果

（1）采用區域保護控制方案，簡化了變電站保護設備，使變電站建筑面積和變電站占地面積都大幅度減少。

（2）區域保護控制系統實現繼電保護功能與安全穩定控制功能協調配合，改善現有繼電保護性能和安全穩定控制水平，提高系統運行的安全性和可靠性。

（3）區域主保護全部采用原理簡單、性能可靠的差動保護，解決了常規保護整定困難、配合困難的問題，提高了保護的選擇性和靈敏性。

（4）區域后備保護采用動態自適應技術，實現保護范圍的動態自適應和定值免整定，適應電網分布式能源的接入、環網運行等各種電網網運行方式，提高電網的智能化程度。

（5）區域電網智能自愈、安全穩定控制的應用，實現了在區域內對負荷轉供、低頻減載、聯機切負荷、備自投等功能的自由組合。

4 結束語

本文介紹了智能變電站區域化保護的應用。采用區域保護控制方案，變電站只需配置就地采集和執行單元，站內設備數量大幅度減少，顯著減少變電站建筑面積。簡化了網絡結構，提高了變電站自動化系統的可靠性。區域化保護系統的實施將改善現有繼電保護性能和安全穩定控制水平，提高系統運行的安全性和可靠性。

參考文獻：

[1]李俊剛，張愛民，彭華廈，等.區域層次化保護系統研究與設計[J].電力系統保護與控制，2014，42（11）：34-40.

[2]陳宇.區域備自投發展及在云南電網推廣應用前景[J].云南電力技術，2017，45（5）：40-42.

[3]金震，董凱達，張軍，等.基于實時信息的區域備自投研究與實現[J].中國電力，2016，49（12）：76-80.

[4]周伊琳，孫建偉，陳炯聰，等.區域網絡備自投及其測試關鍵技術[J].電力系統自動化，2012，36（23）：109-113.

[5]宋保泉，張延鵬，張武樣，等.智能變電站區域差動保護技術研究[J].東北電力技術，2013，11：12-14.

[6]于靜，信鵬飛.淺談智能變電站繼電保護技術的優化[J].科技創新與應用，2017（11）：212.

[7]韓海山，王莉.關于智能變電站繼電保護技術優化措施探討[J].科技創新與應用，2017（03）：198.