110kV 智能變電站繼電保護(hù)若干問(wèn)題研究

樊鵬鵬

（中交機(jī)電工程局有限公司，北京 100020）

為了能夠應(yīng)對(duì)供需平衡，我國(guó)針對(duì)電力企業(yè)專門出臺(tái)了相應(yīng)的管理措施和鼓勵(lì)政策，確保電力企業(yè)能夠在滿足我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的大背景下保持長(zhǎng)久穩(wěn)定的發(fā)展。在此原則下，電力企業(yè)就不應(yīng)當(dāng)將過(guò)多地關(guān)注點(diǎn)放在供電總量上，而是應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代化的發(fā)展需求對(duì)電力服務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)，確保電力服務(wù)水平的提升。

1 智能變電站的特點(diǎn)

智能化變電站采用了開(kāi)放式的分層分布系統(tǒng)應(yīng)用，是由不同的站控層、間隔層以及過(guò)程層共同構(gòu)成。采用了標(biāo)準(zhǔn)化的通信標(biāo)準(zhǔn)，所以站內(nèi)信息不僅具備共享性同時(shí)也有唯一性的特點(diǎn)，能夠在進(jìn)行相關(guān)信息采集的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)信息之間的重復(fù)和重疊，方便后期工作人員在辨識(shí)故障信息時(shí)不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)的問(wèn)題。

站控層主要是由主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置以及二次功能站統(tǒng)一組成，設(shè)備為站內(nèi)的人機(jī)器提供對(duì)應(yīng)的聯(lián)系界面，能夠幫助操作人員進(jìn)行不同層級(jí)之間的設(shè)備管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站全面的監(jiān)控，并形成統(tǒng)一的管理。當(dāng)然，站控層也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)度和監(jiān)控的目的。

間隔層則是由很多二次子系統(tǒng)共同構(gòu)成的，它也包括了對(duì)設(shè)備的保護(hù)、測(cè)量以及計(jì)量的設(shè)備應(yīng)用。當(dāng)站控層以及其相關(guān)網(wǎng)路出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有作用時(shí)，該間隔層仍可以獨(dú)立完成設(shè)備的監(jiān)控以及保護(hù)的工作。

過(guò)程層則是由互感器、合并單元以及智能化單元構(gòu)成的，它用于完成二次系統(tǒng)以及一次設(shè)備的相關(guān)功能的應(yīng)用，充分的進(jìn)行對(duì)電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的檢測(cè)以及對(duì)主控命令的執(zhí)行等任務(wù)。

2 目前智能化變電站繼電保護(hù)應(yīng)用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題

在電力應(yīng)用發(fā)展的早期，為了能夠滿足區(qū)域內(nèi)電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平，在發(fā)展建設(shè)過(guò)程中以覆蓋全面無(wú)遺漏為主。而在這個(gè)過(guò)程中必然會(huì)存在一定的不足，且當(dāng)時(shí)的電力應(yīng)用技術(shù)還不夠先進(jìn)，電力網(wǎng)絡(luò)化的水平不足，即便是應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)化的電源點(diǎn)也僅僅適用于網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，而忽視了其所具有的其他應(yīng)用能力。所以在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于電能輸入的限制水平較高，這一問(wèn)題也引起了我國(guó)供電企業(yè)的高度關(guān)注。

近些年，城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展速度不斷地加快，相應(yīng)的電力設(shè)施的覆蓋范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，但仍有部分區(qū)域的配電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用比較落后。使用了冗長(zhǎng)的電力輸送線路，造成線路負(fù)載過(guò)大電源負(fù)荷提升，很容易引發(fā)大面積停電的事故，給人們的日常生活和生產(chǎn)造成影響。

在早期的電力網(wǎng)絡(luò)施工前期，對(duì)于電力線路的設(shè)計(jì)通常是結(jié)合實(shí)際使用需求進(jìn)行的。沒(méi)有經(jīng)過(guò)合理的規(guī)劃和長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃，所以在線路材料選擇方面與國(guó)際電網(wǎng)線路規(guī)格無(wú)法匹配[1]。而后隨著區(qū)域用電需求的不斷增加，電力網(wǎng)絡(luò)的搭建和設(shè)計(jì)一直也沒(méi)有進(jìn)行規(guī)范，造成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)混亂，給后續(xù)的維護(hù)工作造成一定的困擾。后續(xù)的維護(hù)和修理工作也沒(méi)有達(dá)到預(yù)期，進(jìn)而增加了電力能源的浪費(fèi)，甚至給當(dāng)?shù)氐碾娏ζ髽I(yè)造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

在對(duì)供電企業(yè)進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)干擾的問(wèn)題，這些因素主要是由于早期電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和更換，設(shè)備老化情況嚴(yán)重，技術(shù)應(yīng)用較為落后，這也是導(dǎo)致后續(xù)在應(yīng)用過(guò)程中事故頻發(fā)的問(wèn)題。而很多電力事故的發(fā)生也都是源于電路老化設(shè)備短路等，這也給電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)步運(yùn)行造成了極大的困擾。

3 關(guān)于110kV 智能變電站繼電保護(hù)的配置情況

3.1 智能化的應(yīng)用

一般來(lái)說(shuō)，無(wú)論是常規(guī)變電站還是智能變電站，都會(huì)采用控制斷路器的分合閘來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的應(yīng)用。而隨著技術(shù)應(yīng)用的升級(jí)，還會(huì)有一些線路支路配合使用具有電能測(cè)量或是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的設(shè)備。比如我們經(jīng)常見(jiàn)到的電流互感裝置以及電壓互感裝置，它們甚至可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)測(cè)量的應(yīng)用目標(biāo)[2]。所以無(wú)論是電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際結(jié)構(gòu)還是建設(shè)的基礎(chǔ)化設(shè)備配置，智能化變電站與傳統(tǒng)變電站相比更具先進(jìn)性和創(chuàng)新性。通過(guò)技術(shù)應(yīng)用的提升，有效地對(duì)電力設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行了完善，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用技術(shù)也能夠讓智能化變電站的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平得到提升。在對(duì)智能化變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)注意雙重化配置方式的應(yīng)用。這是由于這種配置方式能夠極大地提升整個(gè)系統(tǒng)配置的應(yīng)用可靠性，也能夠使智能化變電站的應(yīng)用更具可靠性。雙重化配置的應(yīng)用具體來(lái)說(shuō)就是在A/D 采樣回路、光纖連接以及智能化終端等采取更加合理地控制服務(wù)，確保各項(xiàng)應(yīng)用能夠得到進(jìn)一步的保障，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)的目標(biāo)。在應(yīng)用過(guò)程中也應(yīng)用到了智能化電子設(shè)備，通過(guò)智能變電站建造，確保繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案能夠滿足國(guó)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)要求。

3.2 輸電線路的保護(hù)

在進(jìn)行110kV 智能變電站的設(shè)計(jì)之初就應(yīng)當(dāng)考慮后續(xù)的維護(hù)工作的執(zhí)行和應(yīng)用。通過(guò)前期的智能化的預(yù)設(shè)工作能夠在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)也可以在線路中安裝對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化控制設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)，在特定的狀況下能夠直接進(jìn)行遠(yuǎn)程的跳閘控制，避免因?yàn)椴糠止收系脑蚨斐烧麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，給電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息化的技術(shù)應(yīng)用能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)之間的支路連接，然后借助電流互感裝置以及電壓互感裝置的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如果回傳的數(shù)據(jù)變化較大則可能存在故障，此時(shí)應(yīng)當(dāng)針對(duì)性地進(jìn)行故障排除，避免因小失大造成更大的安全隱患。

3.3 分布式母線保護(hù)

母線是電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備，也是在進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)檢驗(yàn)和檢修過(guò)程中需要重點(diǎn)注意的對(duì)象。一方面是這種設(shè)施其擴(kuò)展性能較差，其次進(jìn)行二次接線時(shí)的操作較為復(fù)雜。為了能夠有效地提升智能變電繼電保護(hù)的性能，需要從母差保護(hù)的邏輯入手進(jìn)行簡(jiǎn)化[3]。借助過(guò)程層的分布式母線就能夠有效地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它的應(yīng)用原理主要是通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用以及智能短路的方式來(lái)去除母差，保護(hù)過(guò)程中的負(fù)壓閉鎖元件，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)母線的獨(dú)立化保護(hù)，達(dá)到保護(hù)母線順利使用的目標(biāo)。

4 關(guān)于110kV 系統(tǒng)繼電保護(hù)配置的設(shè)計(jì)

4.1 智能變電站的線路

在進(jìn)行110kV 智能變電站的建設(shè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要做好對(duì)變電站線路的保護(hù)工作，確保當(dāng)線路出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)能夠借助智能化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，這樣就能夠便于管理人員及時(shí)找到問(wèn)題點(diǎn)甚至是問(wèn)題的原因進(jìn)行處理，極大地提升了維修的效率[4]。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要在線路中安裝斷路器等設(shè)備，借助這個(gè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)故障狀態(tài)下的跳閘以保護(hù)其他的線路，避免其受到更大的損害。通過(guò)安裝保護(hù)測(cè)控裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與每個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)支路相互連接，快速地對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況進(jìn)行采樣，并于智能化終端聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。當(dāng)然，通過(guò)安裝電流互感器以及電壓互感器，也能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中的電壓進(jìn)行有效檢測(cè)，定期進(jìn)行電壓分析，快速找到安全隱患。

4.2 變壓器補(bǔ)償保護(hù)

一般來(lái)說(shuō)，在電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)設(shè)置補(bǔ)償裝置，主要分為靜止補(bǔ)償器以及同步調(diào)相機(jī)或是并取電容器等設(shè)備。這些裝置的應(yīng)用功能主要是在相互作用下能夠改變線路中輸送的無(wú)功功率的因數(shù)，通過(guò)改變因數(shù)的方式來(lái)改變變壓器以及供電廠在供電過(guò)程中的無(wú)功損耗功率的減少。在我國(guó)的供電系統(tǒng)中最常見(jiàn)的就是110 kV 配電網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在這些裝置上面配置電容器組，能夠有效地增加補(bǔ)償容量。這種應(yīng)用方式在我國(guó)的農(nóng)村地區(qū)的電力應(yīng)用中作用非常明顯，在電力使用高峰期如果不采取相應(yīng)的措施就會(huì)導(dǎo)致帶電網(wǎng)負(fù)荷較大，而相應(yīng)的設(shè)備的符合變小。如果電網(wǎng)長(zhǎng)期不間斷地運(yùn)行下去就會(huì)導(dǎo)致無(wú)功負(fù)荷的不斷上升，很容易造成用電事故。所以針對(duì)此類問(wèn)題采取大容量無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行自動(dòng)化的投切，就能夠有效降低電網(wǎng)的無(wú)功損耗，實(shí)現(xiàn)變電所的集中補(bǔ)償保護(hù)的目的。

5 關(guān)于站內(nèi)繼電保護(hù)的檢測(cè)應(yīng)用

傳統(tǒng)的合并器所發(fā)出的光數(shù)字信號(hào)能夠有效地替代輸入保護(hù)裝置的電壓并對(duì)電流量進(jìn)行模擬，傳統(tǒng)的保護(hù)測(cè)試設(shè)備只能進(jìn)行模擬量的輸出，但這個(gè)輸出值與實(shí)際數(shù)值之間還存在一定的差量。隨著技術(shù)的革新和完善使得現(xiàn)有的光數(shù)字保護(hù)測(cè)試儀器能夠從保護(hù)裝置的以太網(wǎng)口進(jìn)行輸入，有效地提升了數(shù)字化測(cè)試信號(hào)的準(zhǔn)確性，也簡(jiǎn)化了原有的操作步驟。當(dāng)然技術(shù)的個(gè)性化也帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，對(duì)于應(yīng)用的水平要求變得更高，同時(shí)在應(yīng)用的過(guò)程中要必須考慮跨間隔數(shù)據(jù)的要求的保護(hù)裝置在作用過(guò)程中不同間隔間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，彼此之間必須達(dá)到時(shí)間上的一致性才可以，如果差距較大則很難實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的目的。

對(duì)于智能化變電站中的一次和二次設(shè)備，需要借助網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)送以及采集的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)作業(yè)。將所采集的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端并進(jìn)行分析，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)論進(jìn)行指令下發(fā)，尤其是在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，這種簡(jiǎn)潔的操作方式能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備第一時(shí)間的控制，使問(wèn)題設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免設(shè)備進(jìn)一步損壞。這種保護(hù)措施的應(yīng)用是建立在網(wǎng)絡(luò)以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修的方式上的，所以能有效地提升設(shè)備運(yùn)行的安全性。

110kV 智能變電站在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于信號(hào)的使用主要是通過(guò)GOOSE 協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)摹Ｍㄟ^(guò)技術(shù)優(yōu)化對(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)采集進(jìn)行了改變，使得在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上將不同信號(hào)進(jìn)行分離，如此就不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)誤差的情況。

6 110kV 智能變電站繼電保護(hù)具體對(duì)策

6.1 優(yōu)化繼電保護(hù)配置

第一，選擇合適的變壓器保護(hù)裝置。從技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，110kV 智能變電站應(yīng)該選擇應(yīng)用雙套配置方式保護(hù)變壓器的正常運(yùn)行，且采用主、備一體化繼電保護(hù)裝置。如果現(xiàn)場(chǎng)條件較差，應(yīng)該將主、后備保護(hù)器分別設(shè)置，以達(dá)到測(cè)控一體化的標(biāo)準(zhǔn)。

第二，優(yōu)化母聯(lián)保護(hù)裝置。110kV 智能變電器的母聯(lián)保護(hù)裝置應(yīng)該和智能化單元融合形成整體結(jié)構(gòu)，形成完善的整體系統(tǒng)，從而可以達(dá)到直接跳閘、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的要求。考慮到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，110kV 智能變電站繼電分段需要采用單套配置的模式，達(dá)到測(cè)控一體化標(biāo)準(zhǔn)，其繼電保護(hù)性能符合運(yùn)行的要求。同時(shí)，110kV 變電站分段保護(hù)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直跳的形式，滿足系統(tǒng)安全保護(hù)的要求。

第三，線路優(yōu)化配置和應(yīng)用。在110kV 智能變電站線路保護(hù)應(yīng)用中，通過(guò)單套完整的主、后備功能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，并且安裝測(cè)控一體化系統(tǒng)。

第四，母線保護(hù)裝置合理選擇。110kV 變電母線保護(hù)系統(tǒng)一般是應(yīng)用單套設(shè)置的形式，各個(gè)間隔重點(diǎn)所提供的信號(hào)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞胶湍妇€保護(hù)系統(tǒng)連接。這種系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)形式，母線裝置容量和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)存在直接的關(guān)系。以目前的110kV 智能化變電站建設(shè)具體情況分析，單口同時(shí)接入的合并單元不能超過(guò)6 個(gè)，要想實(shí)現(xiàn)等間隔取樣的要求，需要在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置千兆交換器，以滿足運(yùn)行要求。

6.2 合理運(yùn)用狀態(tài)檢修

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)水平提升比較明顯，110kV 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、應(yīng)用等方面都有了很快的發(fā)展，技術(shù)水平不斷的提高，并且可以給電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性提升打下基礎(chǔ)。因此，為了能夠防止發(fā)生嚴(yán)重的故障問(wèn)題，電力企業(yè)需要嚴(yán)格落實(shí)檢修工作，制定科學(xué)合理的檢修工作計(jì)劃，明確工作職能和工作標(biāo)準(zhǔn)，從而使得繼電保護(hù)裝置穩(wěn)定運(yùn)行。一方面給各個(gè)電力用戶提供穩(wěn)定能源供應(yīng)，另一方面可以保證110kV 電站穩(wěn)定運(yùn)行。

6.3 處理好電流互感器飽和問(wèn)題

電流互感器如果存在飽和反應(yīng)，容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性不足。首先，要選擇符合系統(tǒng)運(yùn)行要求的電力互感器，充分考慮智能變電站線路短路互感器交流飽和問(wèn)題方面，做出有效的分析，比如10kV 線路交流互感器必須超過(guò)額定值的60%，同時(shí)在二次負(fù)載結(jié)構(gòu)上會(huì)出現(xiàn)阻抗的問(wèn)題，電流互感器要防止方式二次阻抗的問(wèn)題，所以一般在沒(méi)有任何繼電保護(hù)的情況之下才應(yīng)用交流互感器。

7 結(jié)語(yǔ)

在電力使用需求不斷增加的今天，智能變電站的應(yīng)用變得更加重要。如果要確保電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的高效性以及穩(wěn)定性，就必須做好110kV 智能變電站的技術(shù)研究和突破，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題地研究和分析，不斷進(jìn)行嘗試和解決，從而確保110kV 智能變電站更好地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，保障電力供應(yīng)服務(wù)更加優(yōu)化。