智能變電站繼電保護可靠性分析

楊周

（國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

一、智能變電站繼電保護的技術特點

與常規變電站的保護裝置相比，智能變電站中的繼電保護技術主要區別在于輸入、輸出形式出現了較大的改變，即保護裝置的采樣過程變為了通信過程。常規變電站繼電保護裝置，其輸入為TV、TA二次模擬量和間隔位置等物理開關量，輸出則為跳合閘觸點方式，以實現故障的自動跳閘與重合閘。而智能變電站中，其繼電保護裝置利用過程層的網絡數據形式，對通道采樣值、開關量值進行網絡化傳輸，而保護裝置動作以后的輸出信息，也以數字幀的形式傳遞到過程層網絡中，智能一次設備接受到命令后即相應執行跳合閘操作。

同時，在智能變電站繼電保護配置方案中，尤其應當滿足“可靠性、選擇性、靈敏性及速動性”的要求。要求繼電保護裝置應能直接采樣，對于單間隔的保護應能直接跳閘。為保證信息迅速、準確傳遞的需要，繼電保護裝置和智能終端之間的通信要求采用GOOSE點對點的通信方式，繼電保護裝置之間的通信則宜采用GOOSE網絡傳輸的方式。

二、繼電保護可靠性配置方案

1 工程實例

某500kV智能變電站包括了500kV/220kV/35kV主變壓器2臺。其中，500kV部分采用的是3/2接線；220kV部分則采用了雙母雙分段接線方式，為GIS設備；35kV為單母線分段接線。變電站自動化系統采用了“三層兩網”的網絡結構，各IED設備之間信息交互采用的是IEC61850標準中的MMS和GOOSE技術。在500kV變電站間隔層、過程層中應用GOOSE跳閘，將斷路器智能終端下放至開關場，以實現對一、二次設備聯合程序化的順控操作。

該變電站于2010年開始智能化改造，改造內容主要包括了信息一體化平臺、繼電保護應用、一次設備智能化、智能巡視、輔助設備智能化、綠色能源這六大部分。其中，在繼電保護應用的改造中，該變電站500kV、220kV及主變壓器電氣量保護（包括斷路器失靈保護及重合閘功能）全部采用了雙重化配置，所有220kV斷路器失靈判別功能在220kV母差保護中實現。另外，主變壓器非電量保護仍按照單套配置，并放置在戶外智能終端柜中，母聯（分段）斷路器充電過電流保護也是按照傳統單套配置。

2 過程層設備配置

該變電站在智能化改造期間，在500kV線路中新加設了一套線路保護PCS—931GM、線路電壓合并單元PCS—220MA、GOOSE交換機，共同組成了線路智能組件柜。同時，還新加設了第二套線路保護L90、兩套斷路器及母線電壓接口裝置BRICK、一套智能數據錄波及分析裝置SHR—2000。

在220kV 線路隔離開關與原常規電流互感器之間，則新安裝了一組光學電子式互感器、兩個戶外智能組件柜以及兩套線路保護。在35kV線路側，新加設了3號主變壓器、2號低壓電抗器本體、一次高壓組合電器、電抗器保護測控裝置PCS—961l、在線監測裝置PCS—223A。

3 繼電保護配置

該變電站各元件及線路的繼電保護配置，如圖1所示。

（1）500kV主變壓器兩套電氣量保護采用的是PST—1200U，非電量保護則采用的是PST—121081。500kV線路保護第一套為CSC—103AE，第一套遠跳就地判別裝置CSC—125AE，第一套斷路器保護為CSC—121 AE；500kV線路保護第二套為PCS—931GM，第二套遠跳就地判別裝置PCS—925G，第二套斷路器保護為PCS—921。500kV第一套母差保護為PCS—915，第二套母差保護為BP—2c。

（2）220kV線路第一套保護為PSL—603U，第二套保護為PCS—931GM；母聯（分段）斷路器保護為PCS—923G。220kV第一套母差保護為BP—2C，第二套母差保護為PCS—915M。

（3）220kV及以上保護均采用的是常規采樣，網絡跳閘方式。35kV保護仍采用的是常規采樣、常規跳閘方式。

（4）過程層采用了智能終端，按照保護雙重化配置，與對應的保護裝置均采用的是同一廠家的設備。500kV系統第一套智能終端采用JFZ—600，第二套智能終端采用PCS—222B。220kV系統第一套智能終端采用PSIU—601，第二套智能終端采用PCS—222B。

（5）500kV線路、220kV線路、主變壓器500kV側和220kV側均配置三相電壓互感器，母線也配置了三相電壓互感器，線路、主變壓器保護用的電壓直接取自于三相電壓互感器。在220kV母差保護屏上有一個電壓并列切換開關，母線電壓互感器運行時，投入“正常”位置，當一組母線電壓互感器退出運行時，根據情況人工切至“強制正母”或“強制副母”位置。在該變電站中，沒有配置電壓切換與并列裝置。

4 網絡架構設計

（1）500kV的GOOSE網絡架構

500kV的GOOSE網絡總體結構為單星形網，雙重化的兩套保護分別接入2個獨立的GOOSE網。GOOSE交換機按出線、主變壓器、母線等間隔配置，同一串的第1、2套保護分別配置2臺交換機，2套保護GOOSE網相互獨立；而中斷路器保護、智能終端以及測控端的2個GOOSE口，則分別被接到同一串的2個間隔交換機中，并利用裝置原有的雙GOOSE口進行配置，而不需要再另外搭配GOOSE口。除母差保護外，所有間隔之間沒有保護GOOSE聯系，當任意一臺交換機發生故障時，也不會對其它間隔的正常運行帶來影響。

（2）220kV的GOOSE網絡架構

220kV的 GOOSE交換機，則按照出線、主變壓器、母線、母聯（分段）等多間隔配置。其中，第1套線路保護裝置按照每4臺接入1臺交換機配置，而第2套線路保護則按照每6臺接人1套交換機配置。母聯（分段）保護按照單套配置，2個GOOSE口分別被接到2套網絡的間隔交換機當中，并直接利用裝置原有的雙GOOSE口配置，而不需要另外配置GOOSE口。

500kV、220kV開關測控裝置按照單套進行配置，并分別接入GOOSE 的A網。其中，間隔層、過程層設備及GOOSE網絡，以及站控層中的保信子站、錄波子站由繼電保護人員專業負責管理。而站控層設備、網絡報文記錄分析儀及MMS網絡等，則由自動化人員專業負責管理。設備故障及缺陷問題的處理，應由兩專業共同協調負責。

結語

在我國近年來變電站的智能改造過程中，繼電保護技術始終是智能變電站的核心技術之一。具有高度可靠性的繼電保護配置方案、網絡架構，對于保證變電站運行的安全與可靠，都起到了非常積極的作用。為實現堅強智能電網的建設目標，我們更應當加強對繼電保護領域相關技術的研究與探索，以促進智能變電站建設的進一步發展與完善。

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