智能變電站繼電保護及自動化系統(tǒng)的研究

馬林 張遠帆 汪賈棋 孫政

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的智能化建設(shè)的發(fā)展也有了進步。電力工業(yè)是我國能源產(chǎn)業(yè)的核心，當前各國為解決能源安全和環(huán)境保護的問題，大力發(fā)展智能電網(wǎng)。變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)電能傳輸、分配的關(guān)鍵系統(tǒng)。而且，電網(wǎng)的各種關(guān)鍵設(shè)備均置于變電站內(nèi)，可見變電站的可靠性很大程度上決定了電網(wǎng)運行的安全性。因此，對與智能電網(wǎng)相對應(yīng)的智能變電站提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護;自動化系統(tǒng);研究

引言

社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活中對電能的需求量也不斷增大，因此電力行業(yè)的市場發(fā)展前景愈發(fā)廣闊。為了更好地搶占市場先機，越來越多的電力企業(yè)開始優(yōu)化升級技術(shù)領(lǐng)域，智能變電站的構(gòu)建成為一種新的趨勢和潮流。而智能變電站的實現(xiàn)，不外乎兩點：其一，大量資金、人員的投入;其二，電業(yè)設(shè)備及其系統(tǒng)方面的轉(zhuǎn)型與升級。繼電保護系統(tǒng)運行的目的是為電力設(shè)備的穩(wěn)定運行提供保護，致力于提高電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定安全，并為智能變電站的供電安全打造高效科學的屏障。歸根結(jié)底，要想讓電力保障方面快捷穩(wěn)妥，就必須考究智能繼電保護技術(shù)。

1110kV變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

1.1變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用分布式構(gòu)成，如圖1所示。監(jiān)控主機外圍電路由GPS通訊電路、人機對話窗口、數(shù)據(jù)采集、傳輸接口電路等組成。這種架構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆碧幚恚源藖聿杉吞幚韺﹂g隔層電氣參量的信息。和集中式結(jié)構(gòu)相比較，分布式結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：（1）采用面向?qū)ο蟮姆绞竭M行處理，比如主變維護等單元，這種單元處理起來更快;（2）傳輸接口電路通過光纖連接，可以使后續(xù)維護和電路擴展方面更便捷;（3）因為是獨立提供48V電壓，所以一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障不會對其他裝置的使用造成影響。

1.2110kV變電站系統(tǒng)需求分析

1.2.1站控層

站控層可以對變電站的運行實行監(jiān)測和管理，通過投切電容，使系統(tǒng)達到無功優(yōu)化和電壓優(yōu)化。在運行監(jiān)測時，電力系統(tǒng)處于故障狀態(tài)還是不正常運行狀態(tài)，可以區(qū)分出來，如果屬于不正常運行，就會有警報聲同時現(xiàn)場光字牌會有不正常運行的故障類型（電壓異常、電流異常等）出現(xiàn)。如果系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，光字牌會出現(xiàn)相應(yīng)標志同時發(fā)出動作指令給執(zhí)行機構(gòu)。從站控層特點可以看出，大部分都有突發(fā)性、隨機性、數(shù)據(jù)量較小的特點，需要信息共享，而實時性不高，運用了不帶VLAN標識的HSR網(wǎng)絡(luò)后，信息可以共享，并且網(wǎng)絡(luò)成本不用增加，這樣大大提高了站控層網(wǎng)絡(luò)的冗余度，同時還能達到站控層通信性的要求。

1.2.2間隔層

整合站控層信息，確保站控層與過程層之間正常運轉(zhuǎn)。在報警信息或操作信息出現(xiàn)時，快速處理。智能化變電站的存在使得系統(tǒng)間隔層功能在實現(xiàn)時發(fā)生相當大的改變，主要有：備自投、低頻減載、低壓母線保護、主變壓器差動保護、母線電壓互感器測控、防誤閉鎖等。這些功能的實現(xiàn)需要多個間隔裝置之間通信。

1.2.3110kV變電站自動化系統(tǒng)功能

基本功能：智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)可以對變電站實現(xiàn)一系列功能，有可靠、合理、完善的監(jiān)視、測量、控制、斷路器合閘同期等等，同時還有遙測、遙信、遙調(diào)、遙控全部的遠動功能以及時鐘同步功能，并且可以實現(xiàn)與調(diào)度控制中心交換信息。高級應(yīng)用：主要包括五大方面，有順序和視頻聯(lián)動、軟壓板集中管控、智能告警和簡報、一體化五防、與主站端配合的高級應(yīng)用。

2智能變電站繼電保護及自動化系統(tǒng)的研究

2.1復壓閉鎖判據(jù)的優(yōu)化

目前，繼電保護裝置所采用的過流保護邏輯為復合電壓閉鎖方向過流保護，當繼電保護裝置的主變低后備保護裝置在低壓側(cè)開關(guān)閉合時，其對應(yīng)的過流保護經(jīng)復壓閉鎖。因此，當繼電保護裝置的低壓側(cè)開關(guān)未閉合時，其對應(yīng)的過流保護也不會閉鎖，從而導致繼電保護為純過流保護，導致過流保護功能的誤動作。由于變電站低壓側(cè)開關(guān)處于未閉合的狀態(tài)，從而使得繼電保護裝置中僅有高壓側(cè)作為復壓開入。因此，當?shù)蛪簜?cè)的母線出現(xiàn)故障時，導致高后備過流保護功能的失效。針對主變電站后備保護裝置的誤動作和效果問題，需將繼電保護裝置中復壓閉鎖的判定依據(jù)進行優(yōu)化。綜合分析，在繼電保護裝置的開關(guān)位置加入復壓閉鎖的判據(jù)，從而能夠避免由于開關(guān)閉合信號的誤傳導致保護裝置的誤動作或者失效。

2.2就地間隔保護措施

目前的一大趨勢是在被保護設(shè)備的周圍安裝繼電保護系統(tǒng)，這樣的布設(shè)方式不僅可以有效縮減繼電保護系統(tǒng)與被保護設(shè)備之間的實地距離，而且可以降低繼電保護系統(tǒng)的安設(shè)成本，提高其經(jīng)濟效益。實踐表明，主后一體化的微機線路能有力保護變壓器，所有的設(shè)備程序都應(yīng)按被保護對象的位置、效能進行有效配置，這樣才能有效保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和設(shè)備安全。就地間隔保護的目標是實現(xiàn)對電力設(shè)備系統(tǒng)的就地安設(shè)、間隔保護，它通過電纜采樣的方式來獲取相應(yīng)的設(shè)備運行信息，而后再通過相應(yīng)的連環(huán)閉鎖功能有效控制變電站的整體運轉(zhuǎn)效果，最終通過智能網(wǎng)絡(luò)控制降低變電站故障的發(fā)生，有效控制電纜跳閘的發(fā)生率。就地間隔的保護措施是不依賴其他外部設(shè)備的，具有極強的獨立性。就地間隔層保護的實現(xiàn)主要依賴以下三個層面的工作：（1）電纜跳閘的保護。只有當變電站的電纜跳閘得到可靠保護時，才能實現(xiàn)整體設(shè)備運轉(zhuǎn)的速動性與直關(guān)性。（2）連鎖閉鎖功能的實現(xiàn)。只有通過連鎖閉環(huán)功能，才能讓網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與智能設(shè)備之間實現(xiàn)互動聯(lián)通，從而實現(xiàn)變電站內(nèi)部信息的實時。（3）通信系統(tǒng)的構(gòu)建。只有搭建起系統(tǒng)、完善、全面、可靠的通信系統(tǒng)，才能夠讓變電站的智能化運轉(zhuǎn)落到實處，讓各個區(qū)域的信息通信在保持獨立的基礎(chǔ)上，具有積聚性和可分享性。

2.3跨間隔保護措施

母線保護是跨間隔保護的核心措施，它與就地間隔保護有著極大的差異，兩者的側(cè)重點各有不同。母線保護這一獨特的布設(shè)方式，是為了能夠?qū)﹄娏υO(shè)備實現(xiàn)一種跨間隔的保護，它是一種遠程、長效的保護形式。為了達到最佳的繼電保護效果，母線保護往往會采取分布式的方法安設(shè)布置，在安設(shè)的過程中，主機位置的確定是關(guān)鍵性的一環(huán)，它要考慮到效能、成本等諸多因素，后續(xù)從機的布設(shè)也需要依照智能變電站實際繼電保護需求進行系統(tǒng)的規(guī)劃、布置。母線保護的主機是CU主單元，它主要負責信息數(shù)據(jù)的匯集處理，以及完成間隔層的就地映射;從機是BU次單元，主要是負責信息的前端收集，進行過程層的映射。

結(jié)語

智能變電站是現(xiàn)在電網(wǎng)和未來趨勢中發(fā)展的必然趨向，繼電保護技術(shù)在變電站中具有復雜度高、精確要求高的特點。文章著重分析了智能變電站中機繼電保護的具體常規(guī)措施，并通過案例分析，討論了繼電保護系統(tǒng)模型、通信方式以及架構(gòu)，對同類智能變電站種繼電保護的運用具有一定的參考意義。智能變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)變電站的發(fā)展趨勢，在實際應(yīng)用中智能變電站由于繼電保護裝置設(shè)計不合理導致其經(jīng)常發(fā)生誤動作或者失效。因此，需對繼電保護裝置進行改進設(shè)計，以提升保護裝置的可靠性，進而確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。經(jīng)對繼電保護裝置優(yōu)化設(shè)計后，其誤動作次數(shù)、失效次數(shù)均降為0次，報警正確率、動作正確率和主網(wǎng)電壓合格率均為100%。即，優(yōu)化后的繼電保護裝置能夠極大地提升變電站運行的可靠性，繼而確保電網(wǎng)供電的合格率為100%。

參考文獻

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