站域保護(hù)控制系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用研究

劉興勇 王濤 李闊 王琢 宋丹 呂昕昕

摘 要： 為解決傳統(tǒng)變電站后備保護(hù)在配置和原理方面的問(wèn)題，提高變電站的運(yùn)行可靠性。本文研究了站域保護(hù)控制系統(tǒng)在220kV馬山智能變電站中的應(yīng)用。介紹了站域保護(hù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和功能，站域保護(hù)控制系統(tǒng)利用全站網(wǎng)絡(luò)上共享的信息，優(yōu)化了后備保護(hù)和母線保護(hù)功能，提高了變電站的保護(hù)性能和運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞： 智能變電站；可靠性；站域保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1 引 言

近年來(lái)，隨著新一代智能變電站的普及，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式更加復(fù)雜，給保護(hù)自動(dòng)化裝置帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。目前，智能變電站的保護(hù)配置方案采用快速跳閘的主保護(hù)和多段后背保護(hù)相配合的雙套保護(hù)方案。通過(guò)定值和動(dòng)作時(shí)間相配合的方式來(lái)保證選擇性。保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文研究了站域保護(hù)控制系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用。站域保護(hù)系統(tǒng)利用全站網(wǎng)絡(luò)上共享的信息，簡(jiǎn)化了后備保護(hù)的配置，通過(guò)一套裝置實(shí)現(xiàn)了原來(lái)多套獨(dú)立保護(hù)裝置的功能，節(jié)約了建設(shè)投資成本，提高了變電站的保護(hù)性能和運(yùn)行可靠性。為新一代智能變電站的發(fā)展開(kāi)拓了一條新的思路。

2站域保護(hù)控制系統(tǒng)

站域保護(hù)控制系統(tǒng)是在智能變電站高速通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用全站共享的信息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)故障進(jìn)行快速、可靠、精確的定位并切除，將后備保護(hù)和控制系統(tǒng)集成并整合與一體來(lái)簡(jiǎn)化后備保護(hù)配置，改善保護(hù)及控制系統(tǒng)性能的系統(tǒng)。

站域保護(hù)的核心思想是利用過(guò)程層通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地獲取各元件的SV、GOOSE實(shí)時(shí)信息，在劃分冗余信息應(yīng)用范圍的基礎(chǔ)上，采取多信息融合算法來(lái)識(shí)別故障位置，并通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化邏輯策略來(lái)執(zhí)行開(kāi)關(guān)跳閘，對(duì)故障進(jìn)行快速可靠的切除，改善了后備保護(hù)性能的同無(wú)需考慮復(fù)雜的整定配合規(guī)則，縮短了故障切除的時(shí)間，保證變電站運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

站域保護(hù)控制系統(tǒng)主要分為兩類：集中式站域保護(hù)和分布式站域保護(hù)。

集中式站域保護(hù)是指以差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)的單元件保護(hù)模塊為間隔級(jí)保護(hù)，以基于拓?fù)淅碚摰木W(wǎng)絡(luò)保護(hù)模塊為全站系統(tǒng)級(jí)保護(hù)的方案。該方案將保護(hù)及測(cè)控功能集中于一套保護(hù)測(cè)控裝置內(nèi)。在智能變電站的建設(shè)初期，集中式保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是通信基礎(chǔ)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)傳輸共享上存在不足。

分布式站域保護(hù)由中央處理器和間隔單元構(gòu)成。在保護(hù)上實(shí)現(xiàn)分布式母線保護(hù)，在控制上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化備自投及低頻低壓減載等功能。分布式母線保護(hù)需解決的兩個(gè)問(wèn)題：一是大量數(shù)據(jù)的可靠、實(shí)時(shí)傳輸；二是高精度的同步采樣。若分布接入點(diǎn)過(guò)多，傳輸設(shè)備及通信鏈路的可靠性將是影響保護(hù)性能的重要因素，可以通過(guò)引入“冗余”同步時(shí)鐘源解決。分布式站域保護(hù)各間隔功能獨(dú)立，可擴(kuò)展性和開(kāi)放性好。缺點(diǎn)是成本高，缺乏整體配合性。

3站域保護(hù)控制系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用

為檢驗(yàn)站域保護(hù)控制系統(tǒng)的性能，試驗(yàn)地區(qū)選擇在遼寧省朝陽(yáng)市220kV馬山智能變電站。全站采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，二次系統(tǒng)建立在IEC-61850通信技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)智能電氣設(shè)備（IED）間的信息共享及互操作。220kV系統(tǒng)保護(hù)裝置、合并單元、智能終端均為雙套配置，66kV站用變保護(hù)、本體智能終端、合智一體裝置為單套配置。

3.1 站域保護(hù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

站域保護(hù)控制系統(tǒng)主要由站域保護(hù)服務(wù)器、合并單元、智能終端、時(shí)鐘同步裝置、高速以太網(wǎng)交換機(jī)等組成。站域保護(hù)控制裝置是一個(gè)多輸入多輸出的控制處理器，通過(guò)網(wǎng)采網(wǎng)跳的方式實(shí)現(xiàn)了將多個(gè)間隔的保護(hù)控制功能集成在一起。站內(nèi)電壓、電流信息通過(guò)SV同步采樣，開(kāi)關(guān)量信息通過(guò)GOOSE 報(bào)文傳送給站域保護(hù)控制系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)總線上按間隔接入不同的功能模塊，每個(gè)間隔的保護(hù)控制功能相互獨(dú)立。各個(gè)模塊都通過(guò)光纖以太網(wǎng)接入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)模塊分別寫(xiě)入其保護(hù)功能對(duì)應(yīng)保護(hù)原理的程序。站域保護(hù)控制裝置對(duì)各間隔的保護(hù)控制相互獨(dú)立，避免了某間隔失去保護(hù)，影響其他間隔的保護(hù)。

3.2 站域保護(hù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

（1） 冗余保護(hù)功能： 作為單套配置保護(hù)的冗余，包含帶重合閘功能的66kV 線路后備距離、零序方向過(guò)流保護(hù)、66kV 主變?nèi)哂啾Ｗo(hù)和母聯(lián)分段過(guò)流保護(hù)。

（2） 優(yōu)化后備保護(hù)： 包含斷路器跳閘失靈保護(hù)功能。實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部故障定位，加速主變低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)。基于GOOSE 信息的簡(jiǎn)易母線保護(hù)功能。

（3） 安全自動(dòng)控制： 包含低周低壓減載功能，主變過(guò)負(fù)荷聯(lián)切、負(fù)荷均分功能，站域備自投功能。

（4） 廣域保護(hù)支撐： 實(shí)現(xiàn)站域信息的采集、處理及發(fā)送以及作為區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)控制子站的功能。

3.3 站域保護(hù)控制系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用效果

（1）優(yōu)化部分保護(hù)功能

主要包括：后備保護(hù)配置的優(yōu)化和母線保護(hù)裝置的優(yōu)化兩部分。站域保護(hù)控制系統(tǒng)通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)獲取站內(nèi)信息，后備保護(hù)根據(jù)獲取的信息進(jìn)行綜合分析，快速定位及切除故障，優(yōu)化了后備保護(hù)的功能。當(dāng)中低電壓等級(jí)設(shè)備的斷路器失靈時(shí)，傳統(tǒng)方法是依靠上級(jí)元件的后備保護(hù)延時(shí)跳閘切除故障。在站域保護(hù)中，由于各元件保護(hù)動(dòng)作信息和支路電流信息均可實(shí)時(shí)獲取，能夠通過(guò)GOOSE網(wǎng)跳方式控制各路斷路器，進(jìn)而完成全站斷路器失靈保護(hù)。對(duì)于66kV及以下電壓等級(jí)的母線，通常沒(méi)有裝設(shè)專用的母線保護(hù)裝置，母線故障主要依靠變壓器中低壓側(cè)的后備保護(hù)動(dòng)作來(lái)切除。利用站域保護(hù)控制系統(tǒng)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)獲取的站內(nèi)信息，可對(duì)站內(nèi)母線提供快速近后備保護(hù)功能。對(duì)于只裝設(shè)一套主保護(hù)的設(shè)備，做到主保護(hù)的雙重化配置。對(duì)于沒(méi)有裝設(shè)母線保護(hù)的傳統(tǒng)低壓母線，可自動(dòng)獲得母線保護(hù)功能。

（2）提高站內(nèi)安全自動(dòng)控制功能

站域保護(hù)控制裝置功能替代站內(nèi)獨(dú)立分散的低周低壓減載、備自投等安全自動(dòng)裝置，提升了變電站層面的安全自動(dòng)控制功能。減少了保護(hù)設(shè)備及屏柜的數(shù)量，使保護(hù)室面積大幅度減小。站內(nèi)數(shù)據(jù)采集采用光纖直連，跳閘采用網(wǎng)絡(luò)出口，節(jié)約了大量電纜及光纖。同時(shí)，站域保護(hù)控制方式靈活，變電站擴(kuò)建時(shí)可通過(guò)軟件及時(shí)更改從而避免重復(fù)性投資。

（3）推動(dòng)廣域保護(hù)的應(yīng)用

智能變電站站域保護(hù)系統(tǒng)可看作是有限范圍的廣域保護(hù)系統(tǒng)。同時(shí)，也可考慮在其中預(yù)留廣域通訊接口，通過(guò)該接口將本站保護(hù)的動(dòng)作信息經(jīng)廣域通訊網(wǎng)絡(luò)上傳至廣域保護(hù)主站，借此完成區(qū)域電網(wǎng)的集中保護(hù)功能。

4 結(jié) 論

本文介紹了站域保護(hù)控制系統(tǒng)在智能變電站中的應(yīng)用。并在220kV馬山智能變電站試點(diǎn)掛網(wǎng)運(yùn)行，驗(yàn)證了站域保護(hù)控制系統(tǒng)的實(shí)用性與有效性。站域保護(hù)系統(tǒng)利用全站網(wǎng)絡(luò)上共享的信息，優(yōu)化了后備保護(hù)和母線保護(hù)功能。隨著智能變電站的大力推廣，站域保護(hù)控制系統(tǒng)在未來(lái)會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。■

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