對智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)動態(tài)整定技術(shù)的幾點探討

錢　森

（國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院）

對智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)動態(tài)整定技術(shù)的幾點探討

錢森

（國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，國家電網(wǎng)的輸電線路、變電容量以及總體規(guī)模不斷增長，并且日益向智能和高壓方向發(fā)展。本文首先對智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)特點及相關(guān)設(shè)備的配置原則進(jìn)行了介紹，并概述了動態(tài)整定技術(shù)的運(yùn)行特點，然后分析了智能電網(wǎng)保護(hù)原則，并研究探討了10kV智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的動態(tài)整定。

智能高壓電網(wǎng)；繼電保護(hù)；動態(tài)整定

0　引言

所謂智能電網(wǎng)指的是依靠先進(jìn)的控制方法、傳感技術(shù)、測量技術(shù)、決策技術(shù)以及高度集成的、高速雙向的通信網(wǎng)絡(luò)，來有效抵御攻擊、激勵用戶、啟動電力市場、優(yōu)化資產(chǎn)運(yùn)行、滿足新時代電能質(zhì)量要求，進(jìn)而有力地保證我國國家電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、高效、環(huán)境友好。作為智能高壓電網(wǎng)必不可少的組成部分，智能變電站的繼電保護(hù)越來越受到重視。但我國的智能電網(wǎng)剛剛進(jìn)入探索建設(shè)階段，所以對智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)動態(tài)整定技術(shù)的分析研究就被擺到了十分重要的位置。

1　智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)特點及相關(guān)設(shè)備配置原則

1.1智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)特點

1）為不斷提升我國高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)的智能化水平和工作性能，繼電保護(hù)新技術(shù)必須要符合國家電網(wǎng)公司《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》“靈敏性、可靠性、速動性、選擇性”的要求。

2）110kV及其以上的智能高壓電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置應(yīng)該基于電網(wǎng)雙重化配置原則，盡量保證其使用安全性和功能獨(dú)立完備性。同時，依據(jù)雙重化配置原則建立起的兩個過程層網(wǎng)絡(luò)必須保持其相互獨(dú)立性［1］，以確保智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)連入時具有完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)控制器。

3）采用DL/T860（IEC61850）標(biāo)準(zhǔn)對智能高壓電網(wǎng)變電站繼電保護(hù)和站控層信息進(jìn)行交互操作。選用GOOSE機(jī)制或者電纜連接對聯(lián)閉鎖命令和跳合閘信息進(jìn)行傳輸。利用電子式互感器或者傳統(tǒng)互感器來收集智能高壓電網(wǎng)的電壓電流量。其中，智能高壓電網(wǎng)變電站電子式互感器中的智能終端、A/D采樣回路、過程層網(wǎng)絡(luò)、合并單元MU等設(shè)備元器件出現(xiàn)損壞時，不應(yīng)出現(xiàn)非保護(hù)性誤跳閘等問題［2］。

4）在智能高壓電網(wǎng)的變電站中，110kV及其以上的接線型式應(yīng)采用EVT設(shè)置。如果技術(shù)先進(jìn)和條件允許，在各變壓器或線路間隔還可以采用ECVT。

5）必須盡量達(dá)到《變電站二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案》和《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》的智能高壓電網(wǎng)變壓器防護(hù)要求，對電路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理地分區(qū)，以保證通信邊界和控制功能的安全。

1.2智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)相關(guān)設(shè)備配置原則

1）智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有獨(dú)立性和完備性，以有效解決電網(wǎng)中容易出現(xiàn)的問題。兩套不存在任何電氣聯(lián)系的獨(dú)立繼電保護(hù)裝置，可以維持電氣網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，因為當(dāng)一套繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)意外退出或工作異常時，另外一套繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行不會受到影響。

2）兩套繼電保護(hù)系統(tǒng)的電流（電壓）采樣值應(yīng)取于相對應(yīng)的獨(dú)立合并單元MU。同時，雙重化配置的合并單元MU也應(yīng)該分別對應(yīng)于相互獨(dú)立的二次采樣系統(tǒng)。雙重化的兩套繼電保護(hù)裝置及其相關(guān)設(shè)備，如跳閘線圈、智能終端、合并單元MU、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電子式互感器等，應(yīng)該與直流電源一一對應(yīng)，并采用具有主、后備保護(hù)功能的雙重化配置保護(hù)系統(tǒng)。

3）智能終端、繼電保護(hù)裝置等電氣設(shè)備之間的交互信息，如相互閉鎖、位置交換、相互啟動等，可以依據(jù)GOOSE網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行簡便快捷的傳輸，這是因為繼電保護(hù)系統(tǒng)的雙重化配置保護(hù)之間不能直接交換信息。

4）基于雙重化配置保護(hù)原則，110kV及其以上的電網(wǎng)線路遠(yuǎn)跳或者線路過電壓位置判別功能模塊應(yīng)該集成在繼電線路保護(hù)系統(tǒng)中。繼電線路保護(hù)可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣以及跳斷路器，然后經(jīng)由GOOSE網(wǎng)絡(luò)改變重合閘和斷路器狀態(tài)［3］，而其余裝置可以通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)來啟動。

2　智能高壓電網(wǎng)動態(tài)整定技術(shù)運(yùn)行特點

智能高壓電網(wǎng)對模塊聯(lián)系的緊密性、繼電保護(hù)配置的完善性以及線路網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模性具有選擇性的要求，應(yīng)采用雙套縱聯(lián)繼電保護(hù)來配置聯(lián)絡(luò)線、零序保護(hù)和接地距離。智能高壓電網(wǎng)動態(tài)整定技術(shù)的基本原則是以靈敏度為基礎(chǔ)，當(dāng)其與選擇性出現(xiàn)矛盾時，適當(dāng)犧牲選擇性。所以對于具有五回以上聯(lián)絡(luò)線的發(fā)電廠和變電站，如出現(xiàn)相鄰線保護(hù)配合困難等問題，應(yīng)盡量確保本線的靈敏度，但是也應(yīng)符合智能高壓電網(wǎng)整定運(yùn)行的基本要求：一個電網(wǎng)環(huán)內(nèi)只能夠選擇一個解列線和解列點。

類似于我國傳統(tǒng)的電路網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)絡(luò)線為三回以下的智能電網(wǎng)聯(lián)系較弱的發(fā)電廠和變電站，其動態(tài)整定技術(shù)應(yīng)該以防誤動為基礎(chǔ)，同時努力避免越級跳閘等問題的出現(xiàn)和確保繼電后備保護(hù)之間的配合良好，進(jìn)而有效防止發(fā)電廠解列或者變電站失電等故障［4］。智能高壓電網(wǎng)主要基于近后備保護(hù)原則來對電網(wǎng)進(jìn)行繼電保護(hù)，即選用本線另一套繼電保護(hù)裝置作為后備，如果電網(wǎng)內(nèi)部斷路器出現(xiàn)拒動等問題，則通過斷路器失靈保護(hù)來達(dá)到對電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)的目的。這時智能高壓電網(wǎng)采用雙縱聯(lián)方式來對線路進(jìn)行優(yōu)化配置，確保其工作正常、可靠和安全，所以在對智能高壓電路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動態(tài)整定時盡量采用主保護(hù)，如縱差、縱聯(lián)、母差等，而盡量少用或不用后備保護(hù)。

選用科學(xué)合理的智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行方式是有效提升繼電保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益和繼電保護(hù)工作性能的重中之重，而我國智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)動態(tài)整定計算主要以常見運(yùn)行方式為依據(jù)［5］。所以在對智能電網(wǎng)進(jìn)行繼電保護(hù)動態(tài)整定計算時，主要考慮常見運(yùn)行方式下的單一故障，如一回線或一元件故障，這時整體繼電保護(hù)系統(tǒng)仍可以正常運(yùn)行。因此，動態(tài)整定計算的原則主要基于單一設(shè)備的常見運(yùn)行故障，拋棄了復(fù)雜故障的動態(tài)整定分析。

3　220kV智能電網(wǎng)保護(hù)與110kV、500kV電網(wǎng)保護(hù)關(guān)系

1）220kV智能高壓電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)主要采取的是0.5s段的安全保護(hù)，其主要目的是不伸出不同電壓等級的母線。

2）如果在對110kV的智能高壓電網(wǎng)進(jìn)行動態(tài)整定時出現(xiàn)矛盾，就應(yīng)該采用越級動態(tài)整定技術(shù)或者采取重合閘補(bǔ)救措施，這時智能電網(wǎng)動態(tài)整定系統(tǒng)的級差配合為0.3s。

3）110kV及其以下繼電保護(hù)動態(tài)整定系統(tǒng)最好選擇遠(yuǎn)后備保護(hù)方式來對智能高壓電網(wǎng)進(jìn)行安全防護(hù)。

4）采用分層的方式來對低一級的智能高壓電網(wǎng)進(jìn)行供電，且選用雙回路或者單回輻射供電來確保受電側(cè)獨(dú)立運(yùn)行，這時采用的是環(huán)路布置的開環(huán)運(yùn)行模式。另外，還應(yīng)配置必需的備用電源自投，以有效提升智能高壓電網(wǎng)供電的可靠性和重合閘的成功率，縮短智能電網(wǎng)電氣故障的切除時間以及進(jìn)一步簡化智能電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置。

4　220kV智能電網(wǎng)繼電保護(hù)的動態(tài)整定

4.1220kV智能電網(wǎng)后備繼電保護(hù)動態(tài)整定計算的配合原則

繼電后備保護(hù)的接地距離、方向零序電流、相間距離等應(yīng)與原理一致的安全防護(hù)系統(tǒng)逐級配合整定。①應(yīng)按照逐級配合的原則來對智能高壓電網(wǎng)的接地距離進(jìn)行安全保護(hù)，而且若對電網(wǎng)長短線動態(tài)整定出現(xiàn)困難，則應(yīng)讓長短線與相鄰縱聯(lián)配合計算；②智能高壓電網(wǎng)的0.5s保護(hù)段必須依據(jù)逐級配合原則來進(jìn)行動態(tài)整定，同時對速斷保護(hù)進(jìn)行動態(tài)整定時應(yīng)達(dá)到不伸出線路末端的要求（線路變壓器除外）；③當(dāng)智能電網(wǎng)相間距離保護(hù)的靈敏性和選擇性出現(xiàn)矛盾時，應(yīng)優(yōu)先考慮前者，使縱聯(lián)安全保護(hù)退出時相間距離保護(hù)對全線的靈敏度能得到保證。距離Ⅰ段應(yīng)盡量避免線路末端故障，對于具有單一變壓器的終端線路來說，應(yīng)按不伸出變壓器考慮；距離Ⅱ段應(yīng)與相鄰線路距離Ⅰ段相互配合，以避免低壓側(cè)母線故障，并按照我國國家電網(wǎng)的動態(tài)整定要求來確定其靈敏度；距離Ⅲ段與距離Ⅱ段相互配合，并且盡量保證正常最大負(fù)荷電流。

4.2220kV智能高壓電網(wǎng)線路動態(tài)整定的計算原則

由于我國智能高壓電路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜以及高壓電網(wǎng)線路越來越短，一次方式變化在很大程度上影響著零序保護(hù)，導(dǎo)致智能電網(wǎng)線路零序保護(hù)難以做到逐級配合，從而使得零序保護(hù)的動態(tài)整定計算十分困難［6］。但智能電網(wǎng)的零序保護(hù)只能用于解決非對稱的接地故障，但是在實際智能電網(wǎng)中220kV電網(wǎng)線路后備保護(hù)中的接地距離保護(hù)和主保護(hù)中的光纖保護(hù)、高頻保護(hù)都可以用于解決非對稱的接地故障。智能電網(wǎng)實際保護(hù)數(shù)據(jù)顯示，快速主保護(hù)方式是切除非對稱接地故障的主要方式。

5　結(jié)束語

我國智能高壓電網(wǎng)建設(shè)正處于探索發(fā)展階段，但也展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。同時，智能高壓電網(wǎng)必須提高其自身可靠性和安全性，以防止其對電網(wǎng)工人或普通民眾的傷害。因此，必須進(jìn)一步加大對智能高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)動態(tài)整定技術(shù)的分析研究，朝著我國國家電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、高效、環(huán)境友好等方向前進(jìn)，從而促進(jìn)我國電網(wǎng)事業(yè)和我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。

［1］ Q/GDW_441—2010智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ Q/GDW 216—2008電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)交換規(guī)范［S］.

［3］戰(zhàn)曉蘇， 張少華. Grid Computing網(wǎng)格計算［M］.北京：清華大學(xué)出版社， 2005.

［4］靜恩波， 智能電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)綜述［J］.智能電網(wǎng)與智能電器， 2010. 30（6）： 14-18.

［5］李越冰， 劉洋. 智能電網(wǎng)發(fā)展分析［J］.電力經(jīng)濟(jì)研究，2010， 170（19）： 265-266.

［6］張保會， 郝治國. 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)研究的進(jìn)展（一）——故障甄別新原理［J］.電力自動化設(shè)備， 2010.

（2016-01-21）