芻議智能變電站的繼電保護(hù)問(wèn)題

王未來(lái) 鄭 明

（蕭山供電局，浙江 杭州311200）

1 智能變電站的繼電保護(hù)概述

繼電保護(hù)以電力系統(tǒng)運(yùn)行故障和安全問(wèn)題為研究對(duì)象，探討相應(yīng)的自動(dòng)化應(yīng)對(duì)措施，以保護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。在電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行中，繼電保護(hù)主要是通過(guò)觸電繼電器來(lái)維護(hù)電網(wǎng)的運(yùn)行，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)及其運(yùn)行元件如母線、輸電線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等進(jìn)行保護(hù)，因而被稱(chēng)為繼電保護(hù)。其基本任務(wù)是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在最短的時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)管理員發(fā)出系統(tǒng)故障信號(hào)，或者以自動(dòng)化技術(shù)將故障設(shè)備進(jìn)行切除，減輕故障設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)的進(jìn)一步損壞和減少對(duì)相鄰電網(wǎng)的供電影響。

相對(duì)于傳統(tǒng)電網(wǎng)而言，智能電網(wǎng)結(jié)合了數(shù)字、信息等先進(jìn)技術(shù)，在電網(wǎng)建設(shè)中以環(huán)保、節(jié)能、穩(wěn)定、高效的現(xiàn)代化電網(wǎng)為發(fā)展目標(biāo)。智能變電站將傳統(tǒng)的電纜替換成了光纜，將原來(lái)傳輸?shù)哪M量和開(kāi)關(guān)量電信號(hào)替換成了經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼的光信號(hào)，對(duì)變電站的跳閘回路和采樣回路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。隨著智能變電站應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，其繼電保護(hù)問(wèn)題也日益受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。智能變電站的繼電保護(hù)在傳統(tǒng)繼電保護(hù)方法的基礎(chǔ)之上，應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和電子式互感器，在保護(hù)配置方法上添加了時(shí)限的要求，以快速跳閘來(lái)保護(hù)智能變電站的運(yùn)行安全。

本文提出了一種智能變電站繼電保護(hù)配置方案，將變電站設(shè)備分成過(guò)程層和變電站層2個(gè)層次，以完成繼電保護(hù)的整個(gè)工作回路。在過(guò)程層中，應(yīng)配備專(zhuān)門(mén)的主保護(hù)系統(tǒng)。對(duì)于采用智能設(shè)備的電力系統(tǒng)，保護(hù)設(shè)備應(yīng)安裝在智能設(shè)備內(nèi)部；而對(duì)于經(jīng)由較老設(shè)備改造的電力系統(tǒng)，則應(yīng)將測(cè)控、保護(hù)和合并器等功能設(shè)備安裝在一個(gè)統(tǒng)一的匯控柜里，以簡(jiǎn)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行，方便維修作業(yè)。

2 過(guò)程層的繼電保護(hù)

在過(guò)程層的繼電保護(hù)中，應(yīng)實(shí)現(xiàn)快速跳閘的系統(tǒng)性功能，對(duì)輸電線路、母線、電抗器、變壓器等設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，以減少電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，保證電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的安全。對(duì)輸電線路、母線和變壓器等進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)，重點(diǎn)把握系統(tǒng)的主保護(hù)功能，簡(jiǎn)化系統(tǒng)保護(hù)的裝置和設(shè)備。一般而言，主保護(hù)定值的波動(dòng)性較小，不會(huì)隨著電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行變化而發(fā)生改變，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但由于一次設(shè)備的大量運(yùn)用，繼電保護(hù)過(guò)程中，開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)必須與硬件分開(kāi)，保持相對(duì)的獨(dú)立性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的保護(hù)和母線保護(hù)。

輸電線路是電力網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)輸電線路的保護(hù)，可以采用縱聯(lián)距離或縱聯(lián)差動(dòng)作為設(shè)備的主保護(hù)，后備的保護(hù)安置在集中的保護(hù)裝置中。對(duì)單斷路器方式主接線，線路保護(hù)裝置通過(guò)主保護(hù)的光纖通信口和對(duì)側(cè)線路保護(hù)裝置通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)。對(duì)于斷路器的主接線連接方式，可以將電壓串聯(lián)到相關(guān)的開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)中。根據(jù)縱聯(lián)差動(dòng)原理進(jìn)行分析，在保護(hù)裝置內(nèi)部不需要考慮線路的電壓量，電壓量的引入只是針對(duì)特定的運(yùn)行環(huán)節(jié)。對(duì)電壓量可以進(jìn)行獨(dú)立采樣，將系統(tǒng)的主保護(hù)通信接入電流量的采樣中。因此，對(duì)于同一條輸電線路，不同的開(kāi)關(guān)電流可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立采樣，以主保護(hù)的通信口進(jìn)行調(diào)整，對(duì)系統(tǒng)電流進(jìn)行綜合把握。

在智能變電站中，由多個(gè)智能一次設(shè)備的分布式設(shè)計(jì)組成了變電站整體系統(tǒng)，在智能一次設(shè)備的保護(hù)中，通過(guò)設(shè)置間隔斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)母線的保護(hù)，失靈的母線保護(hù)則由系統(tǒng)的集中保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

變壓器保護(hù)裝置過(guò)程層采用分布式配置，完成差動(dòng)保護(hù)功能，而后備保護(hù)采用集中式安裝。同時(shí)，對(duì)于低壓側(cè)非用電量的保護(hù)應(yīng)單獨(dú)安裝，通過(guò)光纜將斷路器跳閘直接引入，以跳閘命令將系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)采樣到GOOSE共同的網(wǎng)絡(luò)上。GOOSE網(wǎng)絡(luò)主要用于間隔層IED與過(guò)程層智能操作箱之間的信息傳輸以及間隔層IED之間的邏輯閉鎖信息傳輸。在繼電保護(hù)中，GOOSE擔(dān)負(fù)了繼電保護(hù)的出口跳閘及其他重要信息的傳遞，對(duì)繼電保護(hù)有重要作用。

電抗器的保護(hù)原理與變壓器相同，都是通過(guò)分布式配置實(shí)現(xiàn)有效的差動(dòng)保護(hù)，對(duì)后備設(shè)備的保護(hù)實(shí)行集中式安裝。同時(shí)，對(duì)于非用電量的保護(hù)，也實(shí)行獨(dú)立安裝，以減少電路之間相互的影響作用。

對(duì)于智能變電站內(nèi)的母線保護(hù)和變壓器保護(hù)可看作一個(gè)多端的線路保護(hù)，同樣采用線路保護(hù)的同步采樣解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)保護(hù)裝置的同步采樣。在采樣過(guò)程中，根據(jù)變電站主站采樣時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，確保采樣數(shù)據(jù)的可比性和適用性。為了簡(jiǎn)化繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，采用以下步驟進(jìn)行：（1）將繼電保護(hù)裝置光纖通道的數(shù)據(jù)采樣與數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程分開(kāi)，以測(cè)得二者的延時(shí)情況。在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)中，一般情況時(shí)將二者同時(shí)中斷；而對(duì)于電子式互感器設(shè)備，數(shù)據(jù)發(fā)送是在繼電保護(hù)裝置內(nèi)發(fā)生，而數(shù)據(jù)采樣是發(fā)生在繼電保護(hù)的采集部分，二者是彼此分離的。（2）根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行情況，調(diào)整兩側(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)刻。以采樣時(shí)刻調(diào)整的方法，對(duì)兩側(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)送中斷實(shí)行同步調(diào)整，將發(fā)送數(shù)據(jù)和兩側(cè)的保護(hù)裝置時(shí)刻調(diào)整到同一時(shí)刻。（3）采樣延時(shí)和補(bǔ)償發(fā)送時(shí)刻。在繼電保護(hù)中，以數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)發(fā)送的差值作為保護(hù)定值的參考值，通過(guò)光纖通道將數(shù)據(jù)發(fā)送到所有的保護(hù)設(shè)備中，在對(duì)所有差值進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)保護(hù)，進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算。

在分布式的保護(hù)間通信過(guò)程中，可以采用SDH系統(tǒng)，將通信保護(hù)設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的通信環(huán)。在同步通信環(huán)的設(shè)計(jì)中，有2種設(shè)計(jì)模式可供參考：一是將站內(nèi)所有的同步通信作為同步使用的依據(jù)，繼電保護(hù)的采樣值可以在以太網(wǎng)上自由傳輸，這降低了系統(tǒng)對(duì)通信帶寬的要求，同時(shí)，任何裝置都可在以太網(wǎng)上獲取所需數(shù)據(jù)；二是除同步使用功能外，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)采樣值數(shù)據(jù)的同步傳輸，對(duì)母線的最大間隔數(shù)進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成所有的間隔數(shù)據(jù)交換。同步機(jī)制可以固定一個(gè)保護(hù)為主機(jī)，其他保護(hù)依次和它完成發(fā)送中斷的同步。

3 變電站層的繼電保護(hù)

對(duì)變電站層的繼電保護(hù)應(yīng)實(shí)行雙重化配置，對(duì)后備保護(hù)實(shí)行集中式配置，后備保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)為變電站的元件提供開(kāi)關(guān)失靈和后備設(shè)備的保護(hù)，還應(yīng)對(duì)相鄰范圍內(nèi)的對(duì)端母線及相連線路進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)后備設(shè)備的電流情況，判斷電網(wǎng)運(yùn)行的故障和問(wèn)題，得出相應(yīng)跳閘策略。同時(shí)，在全站的所有電壓中實(shí)行等級(jí)集中配置，以實(shí)時(shí)調(diào)整技術(shù)，適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況。再者，可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況事先設(shè)定幾套運(yùn)行方案，對(duì)站內(nèi)的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，選擇最佳運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)智能變電站的繼電保護(hù)。

4 智能變電站繼電保護(hù)發(fā)展方向

隨著智能變電站的發(fā)展，其對(duì)繼電保護(hù)的智能化、信息化要求也越來(lái)越高。繼電保護(hù)必須根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，實(shí)行智能化、信息化的保護(hù)措施。在繼電保護(hù)過(guò)程中，應(yīng)充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，以高性能的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的智能化系統(tǒng)。再者，繼電保護(hù)的數(shù)據(jù)采樣與數(shù)據(jù)發(fā)送要求繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展。GOOSE網(wǎng)絡(luò)由于對(duì)繼電保護(hù)出口跳閘及其他重要信息進(jìn)行傳遞，對(duì)繼電保護(hù)有非常重要的作用。另外，光互感器的應(yīng)用對(duì)信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化有重要影響，這些都給未來(lái)的繼電保護(hù)指明了發(fā)展方向。

5 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站在技術(shù)方面有很大改進(jìn)，繼電保護(hù)問(wèn)題成為電網(wǎng)運(yùn)行的重要問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)智能變電站的繼電保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了一種包括過(guò)程層和變電站層的分層保護(hù)方案。智能變電站的繼電保護(hù)在傳統(tǒng)繼電保護(hù)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)輸電線路、母線、變壓器、電抗器等進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了繼電保護(hù)的設(shè)備類(lèi)型。同時(shí)提出全站集中保護(hù)裝置不按電壓等級(jí)分開(kāi)，全站集中配置，這樣可以實(shí)現(xiàn)全站保護(hù)的配合。

［1］李鋒，謝俊，蘭金波，等．智能變電站繼電保護(hù)配置的展望和探討［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（2）

［2］高陽(yáng)，劉莉，馬仕海．智能變電站二次系統(tǒng)整合研究［A］．中國(guó)高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)第二十六屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2010年年會(huì)論文集［C］，2010

［3］高東學(xué)，智全中，朱麗均，等．智能變電站保護(hù)配置方案研究［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（1）