數(shù)字化繼電保護在110kV智能變電站中的應(yīng)用

易篤越 彭安琦

（國網(wǎng)湖南省電力公司湘潭供電分公司 湖南湘潭 411100）

數(shù)字化繼電保護在110kV智能變電站中的應(yīng)用

易篤越 彭安琦

（國網(wǎng)湖南省電力公司湘潭供電分公司 湖南湘潭 411100）

于電力系統(tǒng)而言，變電站是一個接受分配電能、控制電力流向、變換電壓、調(diào)整電壓的電力設(shè)備，它通過對變壓器性能的充分利用將與各級電壓電網(wǎng)相連接，這也被稱為輸電與配電集結(jié)點。但是就目前而言，智能變電站仍處在發(fā)展、創(chuàng)新、完善的建設(shè)過程中，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用對其具有積極意義。本文對數(shù)字化繼電保護在110kV智能變電站中的應(yīng)用進行探析，供相關(guān)人士參考。

智能變電站；數(shù)字化技術(shù)；繼電保護

1 引言

110kV智能變電站對繼電保護的配置提出新的要求，必須達到安全、可靠的水平，才能投入到繼電保護運行中。110kV智能變電站在繼電保護配置的干預(yù)下，具有自動保護的功能，提高了對變電站信息的處理能力，推進110kV變電站的智能化發(fā)展，通過繼電保護的配置設(shè)計，促進110kV智能變電站繼電保護的統(tǒng)一發(fā)展，完善繼電保護在110kV智能變電站中的運行。

2 110kV變電站繼電保護的意義

在我國社會發(fā)展的過程中，電力有著巨大的作用，沒有電，社會就得不到正常發(fā)展，社會生活以及社會生產(chǎn)就不能正常進行。近年來，我國社會用電需求越來越大，加大變電站的繼電保護既是我國現(xiàn)代社會發(fā)展的內(nèi)在要求，同時也是我國電力事業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求。然而伴隨著電力規(guī)模的擴大，電力運行安全問題也日益突出，在電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備的增加會加大電力運行負(fù)荷，再加上一些外力因素的影響，使得電力系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題，進而影響到我國社會的可持續(xù)發(fā)展?；陔娏υ谏鐣邪l(fā)展中的重要性，在電力系統(tǒng)中，繼電保護技術(shù)是電力系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵。隨著社會的進步以及經(jīng)濟的發(fā)展，高壓線路也不斷增多，給電力系統(tǒng)的運行造成了巨大的威脅，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)安全隱患，不僅會威脅到供配電的正常供應(yīng)，同時還會威脅到人民的生命財產(chǎn)安全。繼電保護作為電力系統(tǒng)安全運行的重要保障，加大繼電保護的運行有著巨大意義。繼電保護可以保證電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能有自動保護電力系統(tǒng)的正常運行，減少故障帶來的損失，進而為電力企業(yè)帶來經(jīng)濟效益和社會效益。

3 110kV智能變電站繼電保護的配置

數(shù)字化繼電保護配置的原則主要包括以下五點：①斷路器接點位置通過點對點網(wǎng)絡(luò)傳輸，對于繼電保護中的聯(lián)閉鎖、跳合閘信息要采用G00SE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式；②在110kV及以上電壓等級的雙母線和單母線分段等接線型式中，為了簡化二次回路，提高繼電保護的可靠性，各個間隔之間要配置獨立的三相ECVT；③繼電保護裝置應(yīng)該直接采樣，對電子式互感器的采樣要通過兩路獨立的采樣系統(tǒng)進行，每路采樣系統(tǒng)要采用AD系統(tǒng)并接合并單元MU中，其輸出的兩路數(shù)字的采樣值會經(jīng)過同一通道進行同一套保護裝置中，對于單間隔的保護或者多間隔的保護需要采取直接跳閘的方式，如果要采用其他跳閘方式，一定要保證相應(yīng)設(shè)備必須滿足快速性和可靠性的要求；④繼電保護裝置的安裝和運行環(huán)境都要滿足相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，采取獨立分散和就地安裝的方式，并要保證繼電保護裝置內(nèi)部各個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口控制器處于相互完全獨立的狀態(tài)，以免同一裝置被接入不同網(wǎng)絡(luò)后造成各網(wǎng)絡(luò)之間的相互干擾；⑤110kV變電所的繼電保護自動化的設(shè)計與配置要求保護裝置、一次設(shè)備、二次回路之間協(xié)調(diào)配合，繼電保護的自動化配置要滿足靈敏性、速動性、可靠性以及選擇性等多方面的要求，并將加強保護裝置的可靠性作為基礎(chǔ)。

4 實例分析數(shù)字化繼電保護在110kV智能變電站中的應(yīng)用

該變電站的主要規(guī)模如下：50MVA主變壓器三臺；10kV：單母線六分段；110kV：變壓器方式為環(huán)進環(huán)出支接；變壓器10kV側(cè)采用雙分支。

該變電站的繼電保護系統(tǒng)配置如圖1所示。圖1中，ETA、OTA、ETV、MU分別代表電子式電流互感器、電子式電流互感器、電子式電壓互感、合并單元。變電站的繼電保護系統(tǒng)分為三部分：間隔層、過程層、站控層。

圖1 變電站的繼電保護系統(tǒng)配置示意圖

4.1 變壓器繼電保護

變壓器是110kV智能變電站的核心設(shè)備，也是繼電保護配置的重點。變壓器配置的原則是：瓦斯保護、差動保護、后備保護、過負(fù)荷保護、過勵磁保護和其他非電量保護。變壓器配置主要是實現(xiàn)保護功能：①防護變壓器自身故障，提高變壓器的運行性能；②調(diào)整變壓器的運行方式，避免出現(xiàn)過大的誤差，落實配置原則的應(yīng)用一般情況下，遵循變壓器保護配置原則，變壓器在瓦斯與差動保護中實行主保護，其他為后備保護。結(jié)合該110kV變壓器的智能化表現(xiàn)，分析繼電保護的配置。變壓器繼電保護需要與測控裝置直接相連，可以在第一時間采集變壓器的信息，迅速完成數(shù)據(jù)采樣，準(zhǔn)確的檢測110kV變壓器的運行現(xiàn)狀。變壓器配置中還需引入G00SE網(wǎng)絡(luò)，強化繼電保護裝置之間的連接性能，一旦變壓器出現(xiàn)運行故障，繼電保護配置可以立即執(zhí)行保護動作。

4.2 母聯(lián)繼電保護

母聯(lián)配置是指1l0kV智能變電站繼電保護中的母聯(lián)保護。母聯(lián)配置保護的原則有：①配合變壓器配置保護，劃分母線差動、失靈、過流等保護配置；②母線配置遵循配合原則，不能單獨實行斷路器保護；③母線失靈保護配置應(yīng)該主動接入變壓器保護。母線保護配置的功能主要體現(xiàn)在失靈啟動和輔助保護裝置兩個方面。母聯(lián)保護具有分段的特性，繼電保護配置也要考慮分段因素的影響，完善繼電保護與母線智能終端的連接方式，按照該變電站保護裝置的配置要求設(shè)計單元設(shè)備，此部分配置可以利用SV連接，避免信號傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)信息停止，滿足母聯(lián)繼電保護配置對時效性的要求，提升其在110kV智能變電站繼電保護中的可靠性。母線繼電保護如圖2所示。

圖2 母線繼電保護

4.3 線路繼電保護

線路繼電保護配置關(guān)系到1l0kV智能變電站一體化的運行狀態(tài)，重點在測控方面完善配置，以此來提高線路繼電保護配置設(shè)計的水平，如圖3所示。線路配置的原則是：線路短路后備保護采用分段式的配置方式，根據(jù)110kV智能變電站的運行，要求線路配置遵循后備保護及整定配合的原則，其可設(shè)計兩套線路配置，強化對智能變電站的保護。一般110kV智能變電站繼電保護中的線路配置，可采用遠后備的方式，處理接地、相間短路，實現(xiàn)線路側(cè)保護的功能，通過平行分支的方式保護智能變電站的安全運行。線路配置可以采取直接采樣的方法，借助GOOSE網(wǎng)絡(luò)的保護性能評估線路配置，進而落實一體化的配置設(shè)計。線路配置使用的是點對點連接，在此基礎(chǔ)上接入1l0kV智能變電站內(nèi)，促使線路繼電保護配置能夠直接獲取狀態(tài)信息，即使在跨間隔的狀態(tài)下，也能完成信息保護。

圖3 線路保護方案示意圖

4.4 智能終端繼電保護

智能終端在110kV智能變電站繼電保護中起到輔助作用，其在配置上的原則是：①合并單元單獨設(shè)計冗余配置，還要設(shè)計獨立的輸出線路，間隔合并單元需設(shè)計單套配置；②增加光纖接口的數(shù)量，提供直接采樣的條件；③遵循電壓切換、并列的配置原則。合并單元與智能終端應(yīng)該具有協(xié)同的配置功能，完善1l0kV智能變電站繼電保護智能終端的信息交互，同時設(shè)計直跳方式，維護智能終端的穩(wěn)定配置。

4.5 其他

4.5.1 智能化繼電保護測試儀

目前，IEC-61850測試儀已經(jīng)成為一款普遍通用的繼電保護測試儀，但是隨著數(shù)字化變電站的發(fā)展，IEC-61850測試儀越來越不能滿足數(shù)字化變電站對繼電保護的要求，因此，智能化的繼電保護測試儀亟待進行開發(fā)研制，而在以往產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上開發(fā)研制出的DRT-802測試儀是一款智能化繼電保護測試儀。該測試儀具有比IEC-61850測試儀更豐富的功能，包括：支持IEC61850-9-1/9-2、G00SE收發(fā)、開入開出及小信號模擬量輸出等，并且，DRT-802測試儀能夠承載任意電壓等級的數(shù)字化變電站繼電保護裝置。

4.5.2 數(shù)字化變電站的動態(tài)仿真系統(tǒng)

建設(shè)人工智能化電網(wǎng)，其對智能變電站繼電保護的要求是具有信息化、自動化、數(shù)字化和交互化的特性。但是，對我國目前正在使用的智能變電站而言，其繼電保護技術(shù)并不成熟和完善，并且相較于數(shù)字化設(shè)備的發(fā)展還相差很遠。為了解決這一問題，可以將動態(tài)仿真系統(tǒng)應(yīng)用在智能變電站中，首先可以對智能變電站中發(fā)生的故障和操作方法進行模擬仿真，然后將模擬信號輸入到故障錄波設(shè)備、自動測控系統(tǒng)、智能儀表等在內(nèi)的二次設(shè)備中，實現(xiàn)記憶存儲，當(dāng)發(fā)生故障時繼電保護設(shè)備可以通過信號傳輸進行自檢，并實施線路的監(jiān)控與保護。從而提高電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，對降低電網(wǎng)運行事故的發(fā)生率具有重大意義。

5 結(jié)束語

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建設(shè)智能化電網(wǎng)已經(jīng)成為當(dāng)今時代必不可少的一項工程建設(shè)，然而，智能變電站數(shù)字化繼電保護技術(shù)的改進和完善是適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)的必然要求。由于目前我國正在使用的智能變電站數(shù)字化繼電保護技術(shù)并不成熟，遠遠不足以滿足數(shù)字化設(shè)備的發(fā)展，因此需要建立新型的智能變電站數(shù)字化繼電保護技術(shù)，培養(yǎng)專業(yè)的繼電保護人才，提高電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

[1]曾靜.110kV智能變電站繼電保護配置研究[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2015（4）：249.

[2]茹立鵬，黃勇強.110kV智能變電站繼電保護裝置的實施及測試檢驗[J].自動化應(yīng)用，2013（9）：71～73.

[3]劉洋.110kV智能變電站繼電保護若干問題思考[J].中國科技縱橫，2015（22）：143.

TM774

A

1004-7344（2016）15-0059-02

2015-5-4

易篤越（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事變電運行工作。

彭安琦（1992-），女，助理工程師，本科，主要從事繼電保護工作。