智能變電站繼電保護(hù)方案優(yōu)化分析

戴育輝

摘要：隨著智能電網(wǎng)概念的提出及智能電網(wǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)的制定，已在我國(guó)大規(guī)模開(kāi)展建設(shè)智能變電站，進(jìn)而將智能變電站繼電保護(hù)提上了日程，如何構(gòu)建更為科學(xué)的智能變電站繼電保護(hù)方案是目前以及未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)廣大學(xué)者及電力工作者共同研究的課題。文章基于智能變電站總體結(jié)構(gòu)，分析了其繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)體系，并對(duì)智能變電站繼電保護(hù)方案的優(yōu)化進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；智能變電站；優(yōu)化；IEC61850；就地間隔；站域

中圖分類(lèi)號(hào)TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2016）06-0101-02

在我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，智能變電站的建設(shè)與發(fā)展是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在給電力行業(yè)發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，也提出了技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，如何優(yōu)化和完善智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)方案是智能變電站應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，對(duì)智能變電站繼電保護(hù)方案優(yōu)化的研究具有重要意義。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域全球通用標(biāo)準(zhǔn)IEC61850在智能變電站中的深入應(yīng)用，使繼電保護(hù)系統(tǒng)整體運(yùn)行環(huán)境發(fā)生了變化，強(qiáng)化了繼電保護(hù)系統(tǒng)與一次設(shè)備的緊密聯(lián)系，進(jìn)而使傳統(tǒng)變電站獨(dú)立性的繼電保護(hù)方案失去了效用，在智能變電站繼電保護(hù)過(guò)程中，需要將其看作一個(gè)系統(tǒng)性、整體性的過(guò)程，這就對(duì)廣大繼電保護(hù)工作者提出了新的挑戰(zhàn)，需要針對(duì)智能變電站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究出適宜智能變電站運(yùn)行及發(fā)展的繼電保護(hù)方案。

1.智能變電站繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，典型的智能變電站結(jié)構(gòu)主要由站控層、間隔層、過(guò)程層組成，與傳統(tǒng)變電站相比，最大的區(qū)別在于智能變電站各設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸與交換由網(wǎng)絡(luò)取代了電纜，這就決定了智能變電站繼電保護(hù)與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)相比，在設(shè)備配置原則、技術(shù)性能要求、部件功能劃分等方面存在較大的差異。因此，優(yōu)化后的智能變電站繼電保護(hù)方案必須結(jié)合其整體結(jié)構(gòu)體系及技術(shù)特點(diǎn)來(lái)制定，在保證系統(tǒng)整體安全性、穩(wěn)定性、快速性、靈敏性、擴(kuò)展性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建由就地保護(hù)層、站域保護(hù)層和廣域保護(hù)層組成的層次化智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)。在分層式的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，廣域保護(hù)層所面向的對(duì)象是區(qū)域電網(wǎng)這一整體，根據(jù)多個(gè)變電站的綜合信息，進(jìn)行分析、判別和決策，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)保護(hù)功能及安全控制；站域保護(hù)層以變電站為整體范圍，結(jié)合站內(nèi)各對(duì)象信息進(jìn)行判別和決策，實(shí)現(xiàn)變電站層相關(guān)保護(hù)及安穩(wěn)控制功能，就地保護(hù)層所涉及的范圍更具體，其以單個(gè)保護(hù)設(shè)備為對(duì)象，根據(jù)單個(gè)對(duì)象的信息獨(dú)立進(jìn)行判別及決策，從而實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確與快速切除。三層保護(hù)之間互相配合、密切聯(lián)系，就地保護(hù)為基礎(chǔ)，站域保護(hù)與廣域保護(hù)協(xié)同運(yùn)行，共同組成完整的智能變電站繼電保護(hù)體系。

2.智能變電站繼電保護(hù)方案優(yōu)化

結(jié)合智能變電站實(shí)際情況，并以上文所述優(yōu)化后的智能變電站分層式繼電保護(hù)體系為框架，對(duì)智能變電站繼電保護(hù)優(yōu)化方案作如下分析。

2.1就地間隔保護(hù)方案

通過(guò)靠近保護(hù)設(shè)備就地化布置繼電保護(hù)裝置，從而縮短二者之間的距離是繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展的一種重要趨勢(shì)，因此，智能變電站就地間隔保護(hù)是一個(gè)不可或缺的組成部分。從目前智能變電站繼電保護(hù)應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，主后備一體化的微機(jī)線(xiàn)路和變壓器保護(hù)對(duì)于智能變電站的安穩(wěn)運(yùn)行具有重要的作用，值得廣泛推廣和深入研究。

一般情況下，就地間隔保護(hù)采用電纜采樣及電纜跳閘，并通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連閉鎖功能。電纜采樣可使保護(hù)動(dòng)作的完成無(wú)需外部時(shí)鐘，更加穩(wěn)定和可靠，電纜跳閘的使用則使保護(hù)動(dòng)作更具實(shí)效性和速動(dòng)性，而GOOSE網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)連閉鎖功能，使IEC61850信息共享的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。這些決定了就地間隔層具有獨(dú)立、自主的優(yōu)點(diǎn)，其它區(qū)域內(nèi)的故障均不會(huì)影響就地間隔層主保護(hù)功能的發(fā)揮。

另外，隨著電力、電子等技術(shù)發(fā)展與融合，就地化間隔保護(hù)可實(shí)現(xiàn)集成化，但在考慮保護(hù)集成的同時(shí)，需注意保護(hù)裝置性能的發(fā)揮，以免因?yàn)榭桃獾募啥鴮?dǎo)致保護(hù)裝置精準(zhǔn)性及可靠性的降低，因此，在選擇集成時(shí)需要注意一定的原則，一般可針對(duì)同一保護(hù)對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)集成，例如，過(guò)電壓保護(hù)可集成于線(xiàn)路保護(hù)中等等。

2.2跨間隔保護(hù)方案

母線(xiàn)保護(hù)一般涉及到不同的電壓等級(jí)，因此，就地化方案需考慮其特殊性。主要通過(guò)分布式母線(xiàn)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般采用由主機(jī)和從機(jī)組成的主從方式，具體而言主要有以下兩種方案。其一，采用“主單元CU+間隔單元BU+數(shù)據(jù)匯集單元MU”的方案，cu通過(guò)MU讀取所采集的數(shù)據(jù)，并作保護(hù)原理判別。其中，BU為獨(dú)立裝置，可就地化安裝，主要負(fù)責(zé)本間隔電流量的采集及預(yù)處理。并將A/D轉(zhuǎn)換的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至CU。BU主要識(shí)別本間隔刀閘位置及監(jiān)視開(kāi)關(guān)位置，也將相關(guān)信息傳送至CU，并接收CU的動(dòng)作指令，對(duì)開(kāi)出跳閘操作箱實(shí)施保護(hù)；其二，采用“智能變電站母線(xiàn)保護(hù)為主機(jī)+智能變電站智能組件為從機(jī)”的方案，主機(jī)匯集母線(xiàn)保護(hù)數(shù)據(jù)及判別保護(hù)原理，從機(jī)采集數(shù)據(jù)量及執(zhí)行跳閘。對(duì)于以上兩種方案，從技術(shù)成熟性，以及運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性考慮，在實(shí)踐過(guò)程中推薦采用方案一。

2.3站域保護(hù)方案

基于IEC61850通信規(guī)約，可實(shí)現(xiàn)全站信息的共享，從而保證站域保護(hù)更易收集到站內(nèi)所有間隔電壓、電流及斷路器、刀閘位置的相關(guān)實(shí)時(shí)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)站內(nèi)所有一次設(shè)備的集中近后備保護(hù)功能。近后備保護(hù)涉及多個(gè)裝置，他們通過(guò)站域保護(hù)的整體邏輯來(lái)相互配合，他們之間的協(xié)作關(guān)系與傳統(tǒng)繼電保護(hù)類(lèi)似。一般站域保護(hù)包括采集數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)與判別故障位置、決策保護(hù)跳閘這幾個(gè)組成部分。通過(guò)IEC61850規(guī)約采集保護(hù)所需的電壓、電流電氣量、各斷路器狀態(tài)信息等。并利用所匯集的信息計(jì)算、判別故障方向、距離信息，確定故障位置，然后結(jié)合判斷結(jié)果通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)將跳閘策略發(fā)送到相應(yīng)間隔的智能終端，完成相關(guān)保護(hù)動(dòng)作。基于站域保護(hù)動(dòng)作的可靠性考慮，建議采用冗余配置。

2.4廣域電網(wǎng)保護(hù)方案

區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)在智能變電站繼電保護(hù)體系中占據(jù)著重要的地位，可解決電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際中多個(gè)問(wèn)題。首先，受后備保護(hù)整定逐級(jí)配合方式的影響，保護(hù)動(dòng)作整個(gè)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行方式復(fù)雜情況下將導(dǎo)致動(dòng)作靈敏性下降，但區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)的應(yīng)用可簡(jiǎn)化后備保護(hù)、提高后備保護(hù)效率；其次，繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)是以數(shù)據(jù)測(cè)量為基礎(chǔ)的，保護(hù)定值的離線(xiàn)整定未考慮電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程的動(dòng)態(tài)性，但借助區(qū)域電網(wǎng)信息能了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而優(yōu)化后備保護(hù)定值；最后，繼電保護(hù)的直接目標(biāo)是切除故障元件，其本身與安全自動(dòng)裝置缺乏聯(lián)系、協(xié)作，從而忽略了故障切除后對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響，但區(qū)域保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的協(xié)調(diào)避免了上述相關(guān)問(wèn)題。

3.結(jié)論

智能變電站采用由就地間隔保護(hù)、站域保護(hù)和區(qū)域電網(wǎng)保護(hù)構(gòu)成的繼電保護(hù)系統(tǒng)后，電力系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性得到了保障，通過(guò)三者有機(jī)結(jié)合和相互協(xié)作，可滿(mǎn)足智能變電站發(fā)展需要，基于智能變電站結(jié)構(gòu)上的差異性，在具體實(shí)踐中還需結(jié)合智能變電站實(shí)際制定繼電保護(hù)方案。