淺談智能變電站中的站域保護

李多嬌 劉潔星

摘 要：隨著新能源技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突破與創(chuàng)新，第三次工業(yè)革命正在孕育發(fā)展。以電為中心轉(zhuǎn)變能源開發(fā)利用方式，已成為全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向，發(fā)展智能電網(wǎng)是推動能源變革的必由之路。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)不斷成熟，變電站繼電保護裝置類型及理念也在不斷革新，此時站域保護進入視野。本文將根據(jù)現(xiàn)場實際為基礎(chǔ)，淺談新一代智能變電站中的站域保護應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能變電站；站域保護

當電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運行時，能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。能夠完成以上任務(wù)的自動化措施的成套設(shè)備，一般通稱為繼電保護裝置。隨著繼電保護裝置技術(shù)的不斷革新，新的理念產(chǎn)生。廣域保護與站域保護進入人們的視野。

1 變電站的發(fā)展

電網(wǎng)系統(tǒng)中變電站被視為基礎(chǔ)節(jié)點，是在電力系統(tǒng)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，這是回顧變電站發(fā)展史所得出的結(jié)論，它承載著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的極其重要任務(wù)，對電網(wǎng)的安全系統(tǒng)和經(jīng)濟運行有非常重要的作用。1890年，俄國建成三相交流線路及升壓與降壓變壓器，真正的電網(wǎng)由此誕生。至今，變電站經(jīng)過了100多年的發(fā)展，總的來說，可以分為四個階段。

1.1 傳統(tǒng)變電站

上世紀80年代，在變電站內(nèi)，保護設(shè)備主要以晶體管和集成電路為主，二次設(shè)備基本上按照傳統(tǒng)方式布置，各個部分分別獨立運行。傳統(tǒng)變電站安全可靠性比較差，自動化程度低，站內(nèi)大多數(shù)采用常規(guī)設(shè)備，其繼電保護和自動化裝置都采用電磁型或晶體管型，結(jié)構(gòu)冗雜且可靠性不高，更無故障自診斷能力。同時傳統(tǒng)變電站供電質(zhì)量無法保證和考核，大都不具備調(diào)壓手段。

1.2 綜合自動化變電站

上世紀90年代，隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信及傳輸方式等技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)出現(xiàn)并得到應(yīng)用。變電站綜合自動化通常采用二次電纜直接與一次設(shè)備、保護設(shè)備、故障錄波器、測控裝置、計量裝置等二次設(shè)備連接，把傳統(tǒng)意義上的保護、控制、測量、錄波及通信設(shè)備集成一體。綜合自動化系統(tǒng)中有電壓、無功自動控制功能，提高了供電質(zhì)量及電壓合格率，保證了變電設(shè)備的穩(wěn)定運行。

1.3 數(shù)字化變電站

數(shù)字化變電站通常采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了變電站內(nèi)，一次設(shè)備和二次設(shè)備的數(shù)字通信連接，并建立了一個全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)化模型和通信鏈接平臺。數(shù)字化變電站的主要特點是：一次設(shè)備數(shù)字化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)平臺標準化。一次數(shù)字化體現(xiàn)為電子式互感器和智能開關(guān)；二次網(wǎng)絡(luò)化體現(xiàn)為二次設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對上和對下通信鏈接；數(shù)據(jù)平臺標準化體現(xiàn)為DL/T860協(xié)議。

1.4 智能變電站

先進、可靠、集成和環(huán)保是智能變電站的優(yōu)點，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，同時，具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級功能的變電站。智能變電站是數(shù)字化變電站整體技術(shù)的傳承產(chǎn)物，但是智能變電站的智能單元增加了一次設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測功能，站控層采用的是統(tǒng)一服務(wù)接口與電力數(shù)據(jù)網(wǎng)相連接。

電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢就是智能電網(wǎng)。電網(wǎng)中最重要的是數(shù)據(jù)采集點和命令執(zhí)行單元，智能電網(wǎng)的重要組成部分就是智能變電站，也是未來變電站的建設(shè)方向，其發(fā)展水平將直接影響到我國智能電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的整體高度。

2 繼電保護裝置

2.1 繼電保護

在變電站中，繼電保護是一項必不可少的技術(shù)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與其密切相關(guān)。當系統(tǒng)中發(fā)生故障或有危機安全運行的情況，繼電保護就是其對策的自動化措施。在此項技術(shù)的發(fā)展歷程中，其主要設(shè)備原件是帶有觸點的繼電器，所以顧名思義便有了繼電保護的存在。

2.2 繼電保護裝置四“性”要求

對于變電站內(nèi)的繼電保護裝置來說，滿足規(guī)定工作邏輯的大前提必須先做到四“性”要求，分別是可靠性、選擇性、靈敏性及速動性。四“性”之間緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一。

3 站域保護

3.1 站域保護技術(shù)開發(fā)和研究

站域保護主要是將全站不同電壓等級之間的保護、安全自動裝置、安穩(wěn)裝置、測控、計量等系列設(shè)備集成優(yōu)化在一套設(shè)備里，通過這套裝置，對全站的設(shè)備進行集中式管理、控制。同時裝置各個功能獨立、并列運行，相互間可數(shù)據(jù)共享，但主功能保持相對獨立。智能站站域保護現(xiàn)階段主要實現(xiàn)了對110kV及以下電壓等級的保護裝置單重化配置功能性能提升；站內(nèi)安全自動裝置功能優(yōu)化整合；備自投、低頻低壓減載、過負荷聯(lián)切；作為廣域保護的控制子站，對上實現(xiàn)站域信息采集，傳輸，對下實現(xiàn)控制命令執(zhí)行。根據(jù)采集數(shù)據(jù)質(zhì)量、控制實時性要求，在同一平面內(nèi)進行跨專業(yè)、跨間隔的整合。將其分為兩類：調(diào)度監(jiān)控和緊急控制分別進行整合。

3.2 站域保護優(yōu)點及用途

變電站的備自投、線路、主變和母差等，是集成于站域保護裝置的。此保護可通過一套裝置實現(xiàn)原來十多套獨立式保護裝置的功能，與傳統(tǒng)的保護裝置相比較而言，極大地減少了保護配置成本。另外，此保護數(shù)據(jù)獲取采用光纖直連，跳閘采用網(wǎng)絡(luò)出口。這種方式使電纜排布大量減少，并且接線簡單方便，使安裝效率得到了極大的提高。

站域保護還可作為一個控制子站接入廣域保護系統(tǒng)，不但能和廣域保護系統(tǒng)配合保護區(qū)域電網(wǎng)安全，而且能保護全站電力設(shè)備。

以上所說的站域保護功能的實現(xiàn)有一個大的前提條件，那就是需要一個可以獲取全站設(shè)備狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)平臺且數(shù)據(jù)是實時交換。這就不得不提到智能站的過程層通訊手段，其信息的數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化成為站域保護能夠采集站內(nèi)所有設(shè)備實時運行信息的保障。

現(xiàn)階段，站域保護在實際現(xiàn)場的保護控制中主要有以下功能配置：110kV線路保護配置三段式距離、零序保護，重合閘功能；110kV分段保護配置過流保護及母線充電保護功能；110kV斷路器失靈保護按母線段配置，由間隔過電流啟動接點加相應(yīng)間隔的保護動作接點啟動斷路器失靈保護，并經(jīng)電壓閉鎖出口跳閘相鄰斷路器；10kV簡易母線保護按母線段配置，每段10kV母線配一套簡易母線保護模塊。閉鎖元件動作邏輯由就地級保護完成后以通過站控層GOOSE方式發(fā)給本裝置。10kV還配置低頻低壓減載功能。

3.3 站域保護現(xiàn)場應(yīng)用案列

3.3.1 2011年12月8日上午11時，隨著一聲清脆的開關(guān)合閘聲音，嘉興110kV新生智能變電站站域保護備自投功能帶負荷拉合試驗順利完成。這標志著浙江省首套站域保護帶負荷試驗全部完成，由四方股份負責開發(fā)的智能變電站站域保護CSC-133E成功投入運行。

3.3.2 2013年北京220kV未來城站設(shè)置1套站域保護控制系統(tǒng)，其中一臺裝置完成110kV線路后備距離的冗余保護；另一臺裝置實現(xiàn)110kV母線失靈保護、110kV母聯(lián)保護、10kV低周低壓減載、10kV簡易母線差動保護功能。裝置組屏安裝于二次設(shè)備室內(nèi)。

站域保護采樣值、跳閘采用網(wǎng)采網(wǎng)跳方式，裝置分別接入過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)，支持SV與GOOSE共網(wǎng)；保護及控制命令不經(jīng)就地保護、測控裝置直接作用于智能終端；通過增加網(wǎng)口數(shù)量分攤數(shù)據(jù)流量，并行處理數(shù)據(jù)；并配置用于廣域通信的獨立接口。

4 結(jié)語

全球能源發(fā)展的今天，以電為中心轉(zhuǎn)變能源開發(fā)利用方式成為主要戰(zhàn)略方向，大力發(fā)展智能電網(wǎng)勢在必行。智能電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快對繼電保護裝置理論技術(shù)提出了更高的要求，研究智能變電站站域保護無疑將具有更為重要的意義。智能變電站內(nèi)的站域保護在保護網(wǎng)絡(luò)中獲取多源冗余信息量的基礎(chǔ)上，還可從變電站內(nèi)部的全局角度上實現(xiàn)綜合分析及故障處理，這是對傳統(tǒng)繼電保護裝置性能的大幅度提升，并能夠在未來的智能變電站內(nèi)作為廣域保護系統(tǒng)的控制子站而存在，是未來繼電保護技術(shù)發(fā)展的主要方向。相信隨著智能電網(wǎng)技術(shù)不斷成熟，變電站繼電保護裝置類型及理念的不斷革新，廣域保護及站域保護將成為未來智能變電站保護裝置的中流砥柱。

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