數(shù)字化變電站繼電保護(hù)優(yōu)化配置研究

郭軍慷

摘 要：變電站作為整個(gè)電力系統(tǒng)的重要組成部分，在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和自動(dòng)化技術(shù)不斷進(jìn)步的形勢(shì)下逐漸向數(shù)字化或智能化轉(zhuǎn)變，隨之對(duì)數(shù)字化變電站安全運(yùn)行質(zhì)量提出更高的要求。而數(shù)字化變電站繼電保護(hù)則是保證國(guó)家電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。文章就此主要研究了數(shù)字化變電站繼電保護(hù)優(yōu)化配置。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；繼電保護(hù)；優(yōu)化配置

國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們?nèi)粘Ｉ?、?guó)家安全等都離不開電力。近年來我國(guó)加大數(shù)字化變電站建設(shè)，不僅提高了設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化及工作效率，而且基本上保證了居民生活和工作用電。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，對(duì)電力的需求大幅度增大，為了保證電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行，加強(qiáng)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)優(yōu)化配置成為研究的重點(diǎn)。本文共分為兩個(gè)部分，第一部分分析了數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特點(diǎn)；第二部分重點(diǎn)研究了數(shù)字化變電站繼電保護(hù)優(yōu)化配置方案。

1 數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)字化變電站主要是以IEC61850為依據(jù)，由智能開關(guān)、電子互感器等智能一次設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)二次設(shè)備分層組成，在及時(shí)收集、反映電氣信息，信息共享及網(wǎng)絡(luò)通信等上有著至關(guān)重要的作用。與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站具有以下幾點(diǎn)技術(shù)特征及優(yōu)勢(shì)：

第一，數(shù)據(jù)采集數(shù)字化。數(shù)字化變電站的重要內(nèi)容之一就是利用數(shù)字化互感器收集電壓、電流等電氣數(shù)據(jù)信息，與傳統(tǒng)互感器不同的是，數(shù)字化信息采集不僅可以將一次設(shè)備系統(tǒng)和二次設(shè)備系統(tǒng)有效的分離，而且可以直接把變電站二次系統(tǒng)設(shè)備（驅(qū)動(dòng)功率低）與數(shù)字化接口連接，且收集的信息具有精度高、范圍廣等特點(diǎn)，為信息集成化利用打下良好的基礎(chǔ)。

第二，系統(tǒng)采取的是分層分布方式。變電站一般分為站控層、間隔層及過程層（設(shè)備層）三個(gè)部分，其中站控層包括監(jiān)控主機(jī)等，間隔層包括各種元件（測(cè)量元件、控制元件或繼電保護(hù)元件），過程層主要包括電壓互感器、隔離開關(guān)、變壓器等諸多設(shè)備。數(shù)字化變電站采取分層分布式系統(tǒng)，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①不同功能的元件安置在不同電氣設(shè)備上，避免因其中某一元件故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。②單獨(dú)裝置均有CPU工作模式，可自動(dòng)處理一些數(shù)據(jù)信息，減少主控制單元工作量。③該系統(tǒng)可在線巡檢、故障診斷系統(tǒng)內(nèi)各種裝置或設(shè)備。④系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，便于在線升級(jí)。

第三，采取緊湊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于高壓變電站來說，智能一次設(shè)備主要由測(cè)控裝置、保護(hù)裝置、故障錄波等構(gòu)成。對(duì)于數(shù)字化變電站來說，采取數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路取代傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置；對(duì)于中低壓變電站來說，利用開關(guān)柜把監(jiān)控裝置及保護(hù)裝置有機(jī)集成化。在實(shí)現(xiàn)上述操作后，可以把斷路器控制系統(tǒng)等設(shè)置在一次設(shè)備周圍，便于操作。

此外，數(shù)字化變電站還具有信息建模標(biāo)準(zhǔn)化、信息交互網(wǎng)絡(luò)化、信息應(yīng)用集成化及設(shè)備檢修狀態(tài)化等技術(shù)特點(diǎn)。

2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)優(yōu)化配置方案

2.1 數(shù)字化保護(hù)性能改進(jìn)方案

數(shù)字化保護(hù)裝置主要采取的是電子式互感器、A/D轉(zhuǎn)換插件等裝置，充分利用數(shù)字化變電站統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)快速、準(zhǔn)確的收集電氣信息或?qū)崿F(xiàn)信息共享。同時(shí)測(cè)量、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)視等功能可直接在保護(hù)裝置中完成。為了充分發(fā)揮保護(hù)裝置的作用，需在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步改進(jìn)。

第一，過程層分布式母線保護(hù)。母線在電力系統(tǒng)中有著不可或缺的作用，也是常見故障之一，主要與二次接線復(fù)雜、擴(kuò)展性差等有關(guān)。分布式母線保護(hù)主要是利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能短路器等裝置把母差保護(hù)中的復(fù)壓閉鎖元件給去掉，使母差保護(hù)邏輯簡(jiǎn)單化，間隔可獨(dú)立保護(hù)母線。它主要包括間隔處理單元、中央處理單元及數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)等幾個(gè)部分。

第二，數(shù)字化的變壓器保護(hù)。電子式電流互感器具有高頻分量、高保真?zhèn)髯冎绷鞯忍匦?，可根?jù)勵(lì)磁涌流出現(xiàn)時(shí)電流的大小（故障時(shí)電流的非周期分量?。┡袛嗍欠窆收?，以防范變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問題。此外，變壓器保護(hù)裝置過程層采取分布式，后備保護(hù)采取集中化安裝，非電量保護(hù)另外單一安裝，經(jīng)由電纜直接將其引入斷路器跳閘，再由光纜傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。

第三，輸電線路保護(hù)。對(duì)于過程層線路保護(hù)配置來說，主保護(hù)為縱聯(lián)差動(dòng)，后備保護(hù)安置在集中式保護(hù)裝置中。若主接線為單斷路器，則經(jīng)由主保護(hù)的光纖通信口及對(duì)側(cè)線路保護(hù)裝置通信完成輸電線路保護(hù)。對(duì)于3/2主接線來說，需利用電壓及開關(guān)電流數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)。若一些運(yùn)行方式比較特殊則要引入電壓量，且與主保護(hù)通信通道連接與電流量同步單獨(dú)采樣。

2.2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)配置方案

第一，變電站繼電保護(hù)配置常規(guī)方案。常規(guī)保護(hù)配置方案主要是根據(jù)不同對(duì)象采取不同的配置方式，線路保護(hù)、母線保護(hù)等保護(hù)邏輯原理改變情況不在考慮范圍，而是考慮用數(shù)據(jù)采集光纖通信接口取代原有保護(hù)裝置的交流量輸入插件、GOOSE光纖通信接口代替I/O接口插件以及通信接口處理取代CPU插件模擬量處理，等等。通過上述改變實(shí)現(xiàn)單個(gè)元件保護(hù)，是當(dāng)下數(shù)字化變電站繼電保護(hù)常用的一種方案。

此外，在主變壓器上各設(shè)置一個(gè)MU合并單元，對(duì)主變壓器各側(cè)電流、電壓等及時(shí)的采集，并直接提供給電能表、主變壓器差動(dòng)保護(hù)、測(cè)控裝置等多個(gè)設(shè)備。其中某些是合并單元直接提供（如主變壓器差動(dòng)保護(hù)），某些經(jīng)交換機(jī)轉(zhuǎn)換后提供（如測(cè)控裝置）。同時(shí)10kv出線、電容器均要單獨(dú)設(shè)置合并單元。此外，全部的保護(hù)測(cè)控裝置除了要連接到GOOSE網(wǎng)采集開入信息等，還要接入到站控層，通過接收指令完成相關(guān)任務(wù)或信息上傳。

變電站常規(guī)保護(hù)配置方案是當(dāng)下很多變電站常用的一種方式，但它具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)用設(shè)備多等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代數(shù)字化或智能化變電站繼電保護(hù)要求。

第二，變電站集成保護(hù)配置方案。隨著數(shù)字化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備逐漸在變電站中應(yīng)用越來越多，促進(jìn)變電站內(nèi)各設(shè)備間相互協(xié)作、信息共享，為變電站繼電保護(hù)優(yōu)化配置提出重要依據(jù)。數(shù)字化變電站繼電保護(hù)優(yōu)化配置方案遵循雙重化配置原則，每一套保護(hù)系統(tǒng)均由主變壓器、母線、電容器、測(cè)控及備自投等組成，且該系統(tǒng)不僅可以對(duì)變電站中所有電氣設(shè)備進(jìn)行繼電保護(hù)，而且可以有效完成測(cè)控功能。兩套系統(tǒng)保護(hù)原理一致，互為備用。這種繼電保護(hù)配置方案具有使用設(shè)備少、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信息共享等優(yōu)點(diǎn)。

變電站集成保護(hù)配置方案具體來說，就是所有主變壓器上均安置一個(gè)MU合并單元，經(jīng)由不同光纖連接到系統(tǒng)保護(hù)裝置，10kv出線及電容器的接口經(jīng)由合并單元的交換機(jī)與保護(hù)裝置連接，且5回10kv出線及電容器的合并單元可用同一臺(tái)交換機(jī)。開入開出由系統(tǒng)保護(hù)測(cè)控裝置利用交換機(jī)經(jīng)由GOOSE網(wǎng)與智能開關(guān)連接。

此外，還要加強(qiáng)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)建設(shè)，如全數(shù)字化變電站動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)等，提高繼電保護(hù)等二次設(shè)備性能檢測(cè)精確度，充分發(fā)揮繼電保護(hù)等二次設(shè)備作用，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站已成為當(dāng)下變電站發(fā)展的必然趨勢(shì)。數(shù)字化變電站繼電保護(hù)作為整個(gè)電力系統(tǒng)的重要內(nèi)容，在保證電網(wǎng)安全運(yùn)行、供電可靠性上有著十分重要的意義。本文從過程層分布式母線保護(hù)、數(shù)字化的變壓器保護(hù)、變電站繼電保護(hù)配置常規(guī)方案、變電站集成保護(hù)配置方案等幾個(gè)方面對(duì)繼電保護(hù)優(yōu)化配置展開了詳細(xì)的探討，旨在給相關(guān)人員提供一定的幫助。

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