智能變電站繼電保護(hù)的穩(wěn)定性分析

呂孟玉 盧純鎮(zhèn) 蘇曉晨

摘要：繼電保護(hù)系統(tǒng)是變電站的主要構(gòu)成部分，對(duì)其穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用，而高壓供電線路中繼電保護(hù)設(shè)備在供電網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用點(diǎn)位多而雜，導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率較高，而且故障位置查詢及其維修都很不方便。因此，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。為了提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過對(duì)變電站典型繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，構(gòu)建智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)精確合理的穩(wěn)定性計(jì)算模型，根據(jù)模型參數(shù)變量優(yōu)化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，發(fā)揮出系統(tǒng)組件的重要性，并簡化了系統(tǒng)的操作和維護(hù)，使供電線路繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行更加可靠。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù);穩(wěn)定性;變電站;靈敏度;計(jì)算模型

路中繼電保護(hù)系統(tǒng)是否能夠正常工作，對(duì)整個(gè)供電線路的穩(wěn)定性具有關(guān)鍵作用，這也是電力工程師設(shè)計(jì)研究的主要方向之一。通過建立系統(tǒng)穩(wěn)定性模型和穩(wěn)定性評(píng)估模型，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。根據(jù)信號(hào)采集和跳閘控制方式的不同，智能繼電保護(hù)可以分為直采直跳、網(wǎng)采直跳、直采網(wǎng)跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳4種控制模式。由于直采直跳模式結(jié)構(gòu)簡單，線路中通過的元件數(shù)量相對(duì)其他幾種模式較少，被廣泛應(yīng)用在大部分智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中。為此，本文所有的建模分析都建立在直采直跳模式下。首先對(duì)變電站基本結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)基本原理進(jìn)行分析，然后根據(jù)智能變電站繼電保護(hù)經(jīng)常使用的直采直跳模式建立穩(wěn)定性框圖，繪制線路保護(hù)電路圖進(jìn)行解析，從電網(wǎng)維護(hù)日常記錄獲取基本的可靠數(shù)據(jù)，對(duì)繼電保護(hù)元件故障影響系統(tǒng)拒動(dòng)和誤動(dòng)的穩(wěn)態(tài)概率進(jìn)行評(píng)估。通過建模和評(píng)估優(yōu)化繼電保護(hù)系統(tǒng)，大幅度提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性評(píng)估效率。

1 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)模型概述

1.1 智能變電站

將網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)作為變電站的二次系統(tǒng)控制，對(duì)變電站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制和檢測，進(jìn)一步將電網(wǎng)數(shù)字化、智能化與自動(dòng)化，即為變電站的智能化運(yùn)行模式。智能變電站的主題模塊主要為高級(jí)設(shè)備維護(hù)模塊、數(shù)字信息采集模塊、集成信息應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)信息交互模塊等。智能變電站的網(wǎng)絡(luò)模式對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定性具有很大影響。使用網(wǎng)絡(luò)控制跳閘方式的智能變電站，具有較長的控制路徑，并且硬件較多，連接方式復(fù)雜，這就需要使用通過設(shè)備少、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的控制方式來提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

合并單元通過接收帶時(shí)間戳的電子變壓器發(fā)送的采樣信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程層的采樣和傳輸，并將數(shù)據(jù)傳輸至繼電保護(hù)裝置。從常規(guī)的電磁變壓器結(jié)構(gòu)來看，電子變壓器的優(yōu)勢很明顯，包括無磁飽和、測量精確度高、經(jīng)濟(jì)性高、體積小巧、數(shù)字化程度高、安全穩(wěn)定性高等。根據(jù)傳感器頭的電源不同，電子變壓器可以分為主動(dòng)型和被動(dòng)型。合并單元后的電子變壓器發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程層數(shù)字信息采集和傳輸，同時(shí)把信息傳輸?shù)嚼^電保護(hù)系統(tǒng)中，通過交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層與數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)交換。近年來，交換技術(shù)在不斷地進(jìn)步更新，數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)也日益發(fā)展，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)智能單元的通信效率也不斷地取得進(jìn)步。若將電路中的邏輯開關(guān)進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，智能化電網(wǎng)的穩(wěn)定性也就會(huì)相應(yīng)增加，這種智能化設(shè)備不僅可以對(duì)繼電器進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，也可以通過對(duì)設(shè)備參數(shù)的信息進(jìn)行采集而對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行反饋。熔斷器的實(shí)時(shí)情況也可以反饋出設(shè)備的故障信息，而智能終端不僅能接受控制斷路器的分閘命令，也可以將斷路器的實(shí)時(shí)動(dòng)作進(jìn)行反饋。繼電保護(hù)直采直跳模式如圖1所示。采樣和跳閘通過光纖直連完成，圖中所展示為光纖鏈路和部分支路。

2 繼電保護(hù)穩(wěn)定性分析

2.1 模型建立

本文建立的模型建立在智能變電站通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上。交流一次信息的采集通過常規(guī)互感器配合合并單元的方式;一次設(shè)備的智能化控制采取常規(guī)斷路器結(jié)合智能終端的方式;采用雙母線結(jié)構(gòu)，包括2回變壓器支路和4回出線;網(wǎng)絡(luò)和過程層之間采用星型網(wǎng)組模式，并且對(duì)其冗余量進(jìn)行配置，同時(shí)考慮共網(wǎng)傳輸問題;交換機(jī)采用間隔配置模式，由于該模式需要將多個(gè)單元接入母線，因此增設(shè)了中心交換機(jī)。由于繼電保護(hù)直采模式相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了保護(hù)裝置不依賴外部對(duì)時(shí)系統(tǒng)，因此不用考慮同步鐘源的影響，采用IEEE1588全站集中對(duì)時(shí)方式。

2.2 提高繼電保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

對(duì)于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施，首先是構(gòu)建對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)計(jì)算模型，智能站間隔保護(hù)可采用直接采集和直接跳變方式;多間隔保護(hù)應(yīng)采用傳輸網(wǎng)采集與跳網(wǎng)方式。其次是從電流的具體限壓延時(shí)條件進(jìn)行分析，必須要在電流過載時(shí)進(jìn)行報(bào)警，這可以防止繼電保護(hù)過載發(fā)熱。再次是對(duì)站控層與機(jī)架層采取雙面繼電保護(hù)，這樣不僅可以保證斷路器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷連，也可以將后備的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行激活，從而防止開關(guān)有失靈情況發(fā)生。從電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)上看，這種優(yōu)化的運(yùn)行方案，大大提高了繼電保護(hù)的安全性與穩(wěn)定性。最后是運(yùn)用可視化智能技術(shù)，將智能變電站的故障信息第一時(shí)間反饋出來，這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障。

優(yōu)化后的繼電保護(hù)設(shè)備的構(gòu)成主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）優(yōu)化母線、輸電線路、控制系統(tǒng)、斷路器、變壓器等設(shè)備，確保變電站及供電線路的安全穩(wěn)定;（2）繼電保護(hù)器的配置要進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的配置可以減少高低壓對(duì)電網(wǎng)影響的概率，保證變壓器的差動(dòng)保護(hù)時(shí)刻運(yùn)行，使連接在斷路器的繼電器受到保護(hù);（3）要加強(qiáng)電網(wǎng)線路的保護(hù)，這種措施主要針對(duì)光纜的穩(wěn)定性、電子干擾以及對(duì)于線路的集中保護(hù)與后備保護(hù)，并要對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 結(jié)束語

全面建設(shè)數(shù)字化智能電網(wǎng)工程項(xiàng)目，使高壓供電系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全，供電服務(wù)質(zhì)量也更加高效，其中繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)是最為重要的部分，是決定電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。因此，必須分析其現(xiàn)場故障出現(xiàn)的具體原因，采取相應(yīng)措施，確保智能電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。本文為了提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，利用穩(wěn)定性框圖法結(jié)合智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)、精確合理的穩(wěn)定性計(jì)算模型，根據(jù)系統(tǒng)元件的穩(wěn)態(tài)拒動(dòng)概率和穩(wěn)態(tài)誤動(dòng)概率，優(yōu)化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，發(fā)揮出系統(tǒng)組件的重要性，并簡化了系統(tǒng)的操作和維護(hù)，使供電線路繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行更加可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉遠(yuǎn)波，孫月琴，黃太貴，等.智能變電站繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（20）：148-153.

[2]汪希偉，李超，郭啟偉，等.智能變電站繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究[J].山東電力技術(shù)，2017，44（2）：55-57.

[3]裘愉濤，胡雪平，凌光，等.國網(wǎng)公司智能變電站繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（20）：7-13.

[4]孫銘.探究110 kV智能變電站繼電保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)[J].智能城市，2020，6（1）：68-69.

[5]舒詩雄.220 kV智能變電站繼電保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)[J].通信電源技術(shù)，2020，37（2）：238-239.