探討智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)

李冰

【摘 要】智能變電站采用智能設(shè)備、數(shù)字化信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)信息共享，變電站自動(dòng)完成數(shù)據(jù)信息采集、測量、分析、計(jì)量、檢測、控制與保護(hù)等功能，并全天候自動(dòng)分析、調(diào)節(jié)、控制和管理變電站，實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化、智能化運(yùn)行。智能變電站改變了傳統(tǒng)變電站的運(yùn)行方式，對(duì)繼電保護(hù)裝置提出了更高的要求。本文主要分析了智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)存在的問題，并根據(jù)存在的問題進(jìn)一步優(yōu)化智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；繼電保護(hù)；運(yùn)行方式

引言：

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，智能變電站的繼電保護(hù)裝置立即啟動(dòng)，向控制中心發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)切斷斷路器開關(guān)，防止電力故障進(jìn)一步擴(kuò)大，繼電保護(hù)裝置主要起到保護(hù)電力系統(tǒng)作用。然而繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中，受到自然因素或者人為因素的影響，繼電保護(hù)裝置可能在變電站沒有出現(xiàn)異常的時(shí)候，出現(xiàn)誤動(dòng)現(xiàn)象，影響到變電站正常運(yùn)行。因此，需要進(jìn)一步優(yōu)化智能變電站的繼電保護(hù)裝置，高繼電保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性、選擇性和速動(dòng)性。

1.智能變電站構(gòu)成

智能變電站由智能高壓設(shè)備和信息平臺(tái)構(gòu)成，智能高壓設(shè)備包括智能變壓器、智能高壓開關(guān)、電子互感器、電壓互感器等智能設(shè)備，通信系統(tǒng)連接智能高壓設(shè)備和控制系統(tǒng)，讓智能高壓設(shè)備與控制系統(tǒng)的信息互通，從而實(shí)時(shí)了解變壓器運(yùn)行參數(shù)，如果電力系統(tǒng)的電壓、功率發(fā)生變化，則系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)電力電壓，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。信息平臺(tái)主要是實(shí)現(xiàn)智能變電站數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)共享，利用信息平臺(tái)，對(duì)變電站的電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如果變電站的低壓負(fù)荷增加，則智能變電站會(huì)增加低壓負(fù)荷的發(fā)電量，滿足電能供應(yīng)需求[1]。反之，如果低壓電力負(fù)荷減少，則智能變電站則降低低壓電力的輸送量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)供需平衡，打破過去電力供應(yīng)不均衡等問題，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

2.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)存在的問題

智能變電站最終的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)變電站的人性化管理，這對(duì)變電站的管理運(yùn)行提出了新的要求。第一，智能變電站具有自動(dòng)化、互動(dòng)性、智能化等特點(diǎn)，變電站的二次操作方式和檢修方式無法適應(yīng)智能變電站的管理。智能變電站二次回路的智能終端設(shè)備和合并單元利用網(wǎng)絡(luò)光纖進(jìn)行通訊，但是二次回路沒有完全隔離斷開，所以無法對(duì)變電站進(jìn)行擴(kuò)建、檢修。第二，智能變電站保護(hù)裝置電流和電壓采用SV接口、開關(guān)輸入和輸入則采用GOOSE接口，智能變電站通信接口數(shù)量增加，光纖接口容易發(fā)熱，導(dǎo)致溫度過高，這給繼電保護(hù)裝置的安裝帶來一定的困難，目前智能變電站的智能終端設(shè)備、合并單元、二次設(shè)備以及繼電保護(hù)裝置一般就地安裝在斷路器附近的智能控制柜，智能控制柜沒有安裝顯示屏，無法了解智能控制柜的實(shí)際運(yùn)行情況[2]。

3.智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)

智能變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由站控層、間隔層和過程層構(gòu)成，與傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站改變過去依靠電力電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，而是通過網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)傳輸和交換工作，智能變電站繼電保護(hù)裝置在配置原則、配電技術(shù)、功能劃分方面的差異比較大。因此，必須確保優(yōu)化后的繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性和擴(kuò)展性，構(gòu)建由就地保護(hù)層、站域保護(hù)層和廣域保護(hù)層構(gòu)成的層次化繼電保護(hù)系統(tǒng)。就地保護(hù)層主要保護(hù)單個(gè)電力設(shè)備，根據(jù)單個(gè)電力設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析判斷，一旦出現(xiàn)故障，立即對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行隔離；站域保護(hù)層對(duì)整個(gè)智能變電站進(jìn)行保護(hù)，對(duì)變電站的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析判斷，從而采取相應(yīng)的控制措施和保護(hù)措施；廣域保護(hù)層主要負(fù)責(zé)區(qū)域電網(wǎng)的保護(hù)，根據(jù)多個(gè)變電站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和判斷，如果發(fā)現(xiàn)問題，則采取相應(yīng)的保護(hù)措施。只有就地保護(hù)層、站域保護(hù)層和廣域保護(hù)層三層相互配合，才能共同完成智能變電站繼電保護(hù)工作[3]。

3.1就地間隔保護(hù)層優(yōu)化

就地間隔保護(hù)層采取電纜采樣、電纜跳閘的方式，并結(jié)合GOOSE網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)全站性防誤閉鎖功能。繼電保護(hù)裝置利用通信電纜采集變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，不需要外部時(shí)鐘進(jìn)行保護(hù)，從而確保了就地間隔保護(hù)層的安全性和可靠性。GOOSE網(wǎng)絡(luò)利用IEC61850通信標(biāo)志實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，從而實(shí)現(xiàn)全站連閉鎖、因此，無論站控層、過程層、間隔層的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，都不會(huì)影響到就地間隔層保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)間隔層自處理功能。由于智能電網(wǎng)采用集成技術(shù)，綜合各類技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理。智能變電站作為智能電網(wǎng)的一部分，采用集成技術(shù)的適合，不能降低繼電保護(hù)裝置的可靠性。如果同一被保護(hù)對(duì)象的不同保護(hù)的輸入/輸出量、模擬量完全相同時(shí)，則需要集成到同一個(gè)裝置內(nèi)。比如過電壓保護(hù)裝置可以繼承線路保護(hù)開關(guān)中，母線連接充電保護(hù)裝置集成到站域保護(hù)層，就地保護(hù)裝置集成到主變保護(hù)系統(tǒng)[4]。如果母線保護(hù)裝置為跨同電壓等級(jí)多間隔保護(hù)裝置，在就地間隔保護(hù)的適合，母線保護(hù)裝置必須適應(yīng)就地間隔保護(hù)層的布置，采用分布式母線布置方式。

3.2站域保護(hù)層優(yōu)化

站域保護(hù)層需要利用全站的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)全站數(shù)據(jù)信息，可以實(shí)時(shí)對(duì)站內(nèi)的電力設(shè)備、信息系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，從而改變傳統(tǒng)后備保護(hù)裝置只能獲取單間隔電氣量和開關(guān)信息，后備保護(hù)裝置靈敏度比較差，動(dòng)作比較延后的問題。站域?qū)油ㄟ^在線監(jiān)測技術(shù)，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題以后，可以自動(dòng)投切高壓開關(guān)設(shè)備，防止故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.3廣域保護(hù)層優(yōu)化

廣域保護(hù)層主要解決區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行過程存在的后備保護(hù)裝置靈敏性比較差，繼電保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作延后等問題，利用廣域保護(hù)層可以簡化后備保護(hù)裝置的數(shù)量，縮短后備保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間。其次，由于繼電保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作往往是利用在線監(jiān)測系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)信息，如果電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)超過事先設(shè)置的定值，那么繼電保護(hù)裝置采取動(dòng)作。由于繼電保護(hù)裝置的定值是離線整定的，無法適應(yīng)復(fù)雜多變的智能電網(wǎng)。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)主要功能是及時(shí)切斷故障線路，防止電力故障波及其他線路，所以繼電保護(hù)裝置獨(dú)立運(yùn)行，沒有綜合考慮到繼電保護(hù)裝置對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響，由此可能引發(fā)連續(xù)跳閘現(xiàn)象[5]。因此，區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置在獲取區(qū)域電網(wǎng)信息以后，需要對(duì)變電站的變壓器和線路II段和III段進(jìn)行保護(hù)，確保區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)具有自動(dòng)投切和控制功能。區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置還需要與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的EMS和WAMS實(shí)現(xiàn)交互功能，從而獲取全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電力設(shè)備保護(hù)定值信息，進(jìn)一步優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的性能。比如通過采集一次電氣設(shè)備的在線監(jiān)測信息，如果變壓器內(nèi)部監(jiān)測信息發(fā)出警報(bào)，繼電保護(hù)系統(tǒng)可以適當(dāng)降低差動(dòng)保護(hù)定值。

結(jié)束語：

智能變電站是智能電網(wǎng)的一部分，繼電保護(hù)系統(tǒng)關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)提出了新的要求，通過優(yōu)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的站域保護(hù)層、就地間隔保護(hù)層和廣域保護(hù)層，構(gòu)建多層次的繼電保護(hù)系統(tǒng)，才能滿足智能變電站的運(yùn)行管理要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐平根.淺談智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2019，（14）：160-160.

[2]萬基磊，魏錐，石星昊.智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)探討[J].機(jī)電信息，2019，（17）：112-113.

[3]魏建峰，王雪亮.智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)探討[J].科技風(fēng)，2019，（9）：188-188.

[4]郭昕明.智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)[J].數(shù)字化用戶，2019，25（8）：58-60.

[5]劉政.智能變電站繼電保護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2018，（34）：246-246.

（作者單位：南京國聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司）