關于智能變電站繼電保護跳閘實現方式

郭駿

【摘 要】變電站的主變三側保護裝置往往安裝在同一個站內，同一個電壓等級保護裝置連接線路的方式相同，可依據常規性方式來設置保護裝置，但對于特殊接線規定方式的變電站，常規性保護配置難以實現變電站繼電保護跳閘的要求。這就需要對智能變電站機電保護特性加以研究，制定相應的繼電保護跳閘配置方案，才能確保智能變電站繼電保護跳閘獲得良好的效果。本文主要對關于智能變電站繼電保護跳閘實現方式進行了分析，希望能為智能變電站繼電保護跳閘的設計提供借鑒。

【關鍵詞】智能變電站；繼電保護；跳閘實現方式

繼電保護裝置作為智能變電站電力系統設備與線路運行的重要裝置，對提升智能變電站電力系統繼電保護性能，促進智能電網發展具有重要意義，不僅能在規定的范圍內，準確地檢測智能變電站電力系統的設備與線路是否出現異常運行與故障問題，還能自動向監控中心發送跳閘指令與報警信息，為有關人員決策提供依據[1]。因此在智能變電站管理中實現繼電保護跳閘，具有重要意義。

一、智能變電站繼電保護跳閘方式的概述

在變電站電力系統運行的過程中，傳統的跳閘保護方式主要通過“微機型保護裝置+操作箱”的跳閘方式來實現跳閘保護。即主變電量保護依據雙主雙后備配置，運用微機型主后備一體化設備保護，然后在主變非電量保護配置上單獨安裝保護裝置，利用電纜連接母線保護與主變保護，從而實現采用與跳閘的目標。而智能變電站繼電保護跳閘模式的運用，主要包括2種類型：保護點對點直跳與保護網絡跳閘。其中保護點對點直跳即智能變電站繼電保護裝置跳閘裝置到智能終端這段的設備接線，都有單獨的光纖，這樣保護裝置跳閘的信號可經直達光纖與過程層交換機上傳到監控中心中，對線路實施監控。而保護網絡跳閘則是將保護裝置與智能終端的線路連接到過程層交換機中，通過網絡傳輸的方式監控保護跳閘以及GOOSE信號[2]。

從我國當前智能變電站繼電保護跳閘的具體情況來看，在電力系統母線保護的運行方面，往往采用直接采樣和保護點對點直跳的方式來運行。即依據雙主雙后備配置的方式，采用微機型主后備一體化設備來保護主變電量，通過直接采樣的方式直接跳各側斷路器，經網絡傳輸監控跳母聯、分段斷路器、啟動失靈與接收失靈保護跳閘命令等GOOSE信號，從而達到失靈聯跳變壓器各側斷路器的目的。而主變非電量保護功能則通過就地直接電纜跳閘的方式連接主變本體智能終端，經過程層GOOSE網絡對非電量進行保護，確保系統運行快速執行命令[3]。

二、關于智能變電站繼電保護跳閘實現方式

（一）有限廣域繼電保護跳閘

由于智能變電站中的主接線不同，所采用的繼電保護跳閘方法也不同。如果在系統運行中有效運用有限廣域繼電保護直接跳閘模式，需要將信息傳輸到中心站有限廣域集中決策模塊對故障進行檢測、判斷，根據故障顯示的數據在變化中的位置對故障模式進行判斷，選擇相應的子站，以實現對后備保護的目的，這樣子站便可在系統運行的過程中將指令實時傳輸到后備保護中，依據運行方式和接線方式制定相應的后備動作策略。我國當前較為常見的有限廣域繼電保護跳閘策略，主要包括3種：（1）模式1+近后備指令。即搜索故障元件的斷路器，作為該線路的一級斷路器元件，這樣智能變電站繼電保護跳閘時，便可開啟智能失靈保護。（2）模式2+遠后備指令。即在智能變電站斷路器上將故障元件與線路連接起來，作為遠后備的動作元件。（3）模式3+雙母線指令，作為220kV和以上等級電壓變電站的重要接線模式，運行模式十分復雜，必須保證實行命令和接線模式保持一致，才能啟動雙母線保護跳閘指令。

（二）繼電保護跳閘的可靠性分析

在智能變電站電力系統運行的過程中，繼電保護跳閘的運行均以交換機傳輸保護信號來實現，考慮到交換機一旦受網絡波動與電磁波干擾等影響，都可能影響到繼電保護跳閘的可靠性。因此為了確保交換機運行的穩定性，提升交換機處理數據的能力，從而保證智能變電站安全、穩定運行，需做好以下工作：（1）為了避免交換機受電磁波的干擾，需要經KEMA認證，做好電磁干擾和靜態振動等測試工作，確保交換機質量符合規定要求。（2）對于網絡波動的處理，需改善交換機的處理模式，適當調節交換機端口的速率，以維持交換機穩定運行。

三、智能變電站繼電保護跳閘實現方式

（一）繼電保護跳閘優化方案

某智能變電站的220kV電壓等級從電纜通過主變高壓側進入到發電廠側升壓站的主變220k V保護裝置中，而110kV和35kV電壓等級處在智能變電站內部。針對這一接線方式，為實現繼電保護跳閘的目的，應結合變電站和費電廠之間保護功能的具體情況，依據常規變電站設計方式來設計主變三側進線，并在變電站旁安裝常規主變保護裝置、中壓側操作箱和低壓側操作箱，發電廠中安裝高壓側操作箱，通過硬接點跳三側斷路器保護主變量，接收指令。對于110k V線路和母聯間隔的設計，依據智能變電站的設計要求進行設計，主變110k V側和35k V側進線不考慮設計合并單元、智能終端設備，然后對主變三側進線斷路器實施主變保護，通過電纜跳閘的方式保護220k V母聯斷路器，110k V母聯智能終端采用接入硬接點跳閘。這一方案的制定不僅可滿足國網變電站智能化建設的規定，還能在主變保護動作時，電纜直接跳閘，保護發電廠側進線斷路器和母聯斷路器，發電廠分界點定位明確，方便工作人員維護。

（二）保護跳閘實現的方式

該智能變電站繼電保護跳閘方案設計中110kV母線保護屬于數字式，如果主變110k V側進線間隔按照常規變電站設計要求來設計，110k V母線保護容易出現接收模擬信號、數字信號與COOSE與硬接點同時跳閘的問題，針對這一情況，為實現繼電保護跳閘，需做好以下工作：

（1）在智能變電站中安裝主變110k V進線間隔母線保護專用合并單元，在接收電流的同時，通過硬接點接收將開關位置接點的數字信號隔離開，以便跳閘開口的同時，兼顧GOOSE開出與硬接點開出。

（2）分布式母線保護的應用。對于智能變電站分布式母線保護的應用，主要包括兩部分：主機與子機。其中主機負責接收各個子機采集的數據信息，將其轉變為差動電流與控制電聯，形成一個分相復式比率差動元件為主的電流差動保護方案，實現對母線差動保護、TA斷線與TV斷線判別、斷路器失靈保護、母聯死區保護以及母聯失靈保護。而子機則負責間隔模擬量、開關量和壓板狀態的采集，并對采集數據加工處理后，上傳到主機中，待到主機進行保護邏輯處理后，利用數據通信網將跳閘指令發送到各子機中，這時子機便會通過自身跳閘空結點實現斷路器跳閘。從這兩種方案設計的情況可知：（1）方案安裝有母線專用合并單元，一旦110k V母線保護接收數字信號時，會實現GOOSE跳閘與硬接點跳閘，實現原理簡單、明確。而（2）方案的設計，安裝有子機裝置，利用不同的子機原理接收110k V母線保護的數據信號與模擬信號，將其轉換成電流，實現對母線保護。

四、結束語

綜上所述，在智能變電站電力系統運行的過程中，繼電保護跳閘的實現，對變電站電力系統的穩定、安全運行具有重要意義，能夠提高整體的電力保護性能。但要想充分發揮智能變電站繼電保護跳閘的作用，必須了解有限廣域繼電保護跳閘和全并聯AT供電模式跳閘保護等保護跳閘的實現模式，且在實際設計時，還需優化繼電保護跳閘方案，結合實際需要選擇相應的繼電保護跳閘運行模式，這樣才能實現保護跳閘的目的，減少停電事故給人們生活、工作帶來的不便，從而促進智能電網穩步發展。

【參考文獻】

[1] 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）：128-133.

[2] 張文.電力專用交換機 應用于智能變電站的分析和驗證[J]. 華電技術，2015（06）：13-17+77.

[3] 顧經緯.智能變電站母線保護采樣、跳閘實現方式優化研究[J]. 中國電業 （技術版），2014（08）：8-11.