6 kV 變電站綜合自動化防護設備的研究

賈 婷

（山西焦煤西山煤電馬蘭礦， 山西 太原 030205）

引言

作為供電系統(tǒng)的重要組成部分，變電站主要是將供電電路中的電流轉變?yōu)椴煌妷旱燃壍难b置，用于滿足不同的供電需求，早期變電站僅僅具備變電功能，并不具備電力系統(tǒng)綜合保護的功能，導致了整個系統(tǒng)在應用過程中存在著易跳閘、短路，特別是發(fā)生短路故障后由于沒有相應的綜合保護功能，進而造成供電系統(tǒng)大范圍故障，給供電安全造成了極大的影響。隨著近年來科技的發(fā)展和用電設備精密性要求的不斷提高，現(xiàn)有變電站的保護模式已經(jīng)無法滿足供電安全的需求，因此本文提出了一種新的6 kV 變電站綜合自動化防護設備，該設備系統(tǒng)將供電穩(wěn)定性監(jiān)控、遠程通訊控制、供電安全保護等功能集于一體，同時采用了開放式的接口模式，當系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠及時對電路進行保護，確保變電站的運行安全性，根據(jù)實際應用表明該綜合防護設備具有靈敏度高、可靠性好、自動化程度高的優(yōu)點，極大地提升了系統(tǒng)的供電安全。

1 6 kV 變電站綜合自動化防護設備要求

根據(jù)6 kV 變電站工作需求，以確保變電站工作時的穩(wěn)定性和可靠性，自動化防護設備的需求統(tǒng)計如下[1]：

1）能夠?qū)ψ冸娬具\行過程中的關鍵數(shù)據(jù)參數(shù)進行監(jiān)控，自動對監(jiān)控結果進行判斷、報警，出現(xiàn)異常后自動進行調(diào)整和隔離；

2）能夠遠程對變電站的運行參數(shù)進行調(diào)節(jié)，自動對設備運行的穩(wěn)定性進行分析；

3）各支路的高壓保護開關具有自動跳閘、自動合閘的功能，實現(xiàn)快速屏蔽故障電路，防止異常的進一步擴大，同時在異常處理完成后快速恢復供電，確保供電可靠性。

2 自動化防護設備整體結構

根據(jù)6 kV 變電站自動防護需求，本文所提出的自動化防護設備的整體結構如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該自動化防護設備以THM-200 通信管理機為核心，采用了扁平式的分層控制結構，包括了控制層和監(jiān)測層，控制層主要包括監(jiān)控主機、THM-200 通信管理機和五防機，監(jiān)測層主要是處在變電站上的各類的監(jiān)控設備和通訊線路。監(jiān)測層是該變電站綜合自動化防護機的核心，主要用于完成各類監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)分析和交換，將監(jiān)測層的所有監(jiān)測信息進行統(tǒng)一匯總和分析，然后將分析結果傳遞到監(jiān)控屏幕或者總的集控中心，滿足人員對變電站遠程監(jiān)測和控制的需求。監(jiān)測層則主要是對變電站運行過程中的數(shù)據(jù)信息進行收集和回轉，然后將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂茖觾?nèi)。

由于在高壓電網(wǎng)中存在著大量的電磁干擾，因此為了確保該自動化防護設備數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和精確性，在該系統(tǒng)中采用了具有防電磁干擾的雙屏蔽CAN 數(shù)據(jù)總線結構，同時該數(shù)據(jù)總線結構還具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、傳輸精度高、可靠性好的優(yōu)點。

3 自動防護設備差動保護原理

自動防護設備對確保變電站正常工作具有十分重要的作用，該自動防護設備中所采用的差動保護的基本原理為“在差動節(jié)點位置的總的電流相量之和為零”[3]，因此在對變壓器進行差動保護的過程中就是將被保護的變壓器作為一個差動節(jié)點，當在日常運行的過程中，從變壓器輸入側的電流值和從變壓器額輸出側輸出電流值是一致的，工作過程中各輸入電流值的差動電流的之和為零，當變壓器在運行過程中出現(xiàn)異常后，其總的差動電流之和將發(fā)生變化，因此以零為臨界值，當系統(tǒng)的差動電流超過系統(tǒng)設定的整定值后，控制中心就控制防護設備進行動作，將變壓器的進線端切斷，確保整個變電站處于安全狀態(tài)，該綜合自動化防護設備的差動保護線路如圖2 所示，其中：I˙1表示變壓器的高壓側的輸入電流，I˙2表示變壓器的低壓側的輸入電流，I˙1' 表示變壓器的高壓側的輸入電流，I˙2' 表示變壓器的低壓側的輸入電流，U˙1表示變壓器的高壓側的輸入電壓，U˙2表示變壓器的低壓側的輸入電壓。

4 防護設備單相制動原理

單純依靠差動防護不能完全保證變電站工作時的安全性，因在防護設備中又引入了一種單相制動[4]方案，該制動方案的核心在于每個相的二次諧波制動元件僅僅能夠?qū)Ρ鞠嗟漠惓＿M行制動而無法對其他相的異常進行制動，該單相制動的原理如圖3 所示。該邏控制中以“1”表示接通，以“0”表示斷開，在單相制動系統(tǒng)中由于能夠?qū)畲庞苛鞅灰种?，因此能夠直接檢驗處故障電路內(nèi)的微小的非諧波電流，實現(xiàn)對差動保護的補充，確保該自動防護設備的運行穩(wěn)定性和可靠性[5]。

圖3 單相制動原理示意圖

5 結論

本文針對6 kV 防護設備所存在的易跳閘、短路、特別是發(fā)生短路故障后由于沒有相應的綜合保護功能，進而造成供電系統(tǒng)的大范圍的故障，給供電安全造成了極大的影響，提出了一種變電站綜合自動化防護設備，對該系統(tǒng)的工作原理和防護方案進行了詳細的分析，結果表明：

1）該自動化防護設備以THM-200 通信管理設備為核心，采用了扁平式的分層控制結構，包括了控制層和監(jiān)測層；

2）該系統(tǒng)中采用了具有防電磁干擾的雙屏蔽CAN 數(shù)據(jù)總線結構，同時該數(shù)據(jù)總線結構還具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、傳輸精度高、可靠性好的優(yōu)點；

3）該自動防護設備中所采用的差動保護的基本原理為“在差動節(jié)點位置的總的電流相量之和為零”，因此在對變壓器進行差動保護的過程中就是將被保護的變壓器作為一個差動節(jié)點，以零為臨界值，當系統(tǒng)的差動電流超過系統(tǒng)設定的整定值后，控制中心就控制防護設備進行動作，將變壓器的進線端切斷，確保整個變電站處于安全狀態(tài)；

4）單相制動方案的核心在于每個相的二次諧波制動元件僅僅能夠?qū)Ρ鞠嗟漠惓＿M行制動而無法對其他相的的異常進行制動，能夠直接檢驗處故障電路內(nèi)的微小的非諧波電流，實現(xiàn)對差動保護的補充，確保該自動防護設備的運行穩(wěn)定性和可靠性。