變電站站域保護的特點及其系統性能改善措施

摘 要：變電站是電網系統中的重要組成部分，智能化變電站具有涵蓋系統廣泛化、信息獲取智能化、運行系統自動化的特點，是近年來變電站的發展趨勢，但是目前的智能化變電站在本質上沒有改變繼電保護的根本原則，因此仍然存在保護設備整定困難、保護范圍受限以及保護死區等問題，為了解決上述問題，文章闡述了站域保護的特點和功能，并利用站域保護的思想，提出了改善變電站系統保護性能的措施。

關鍵詞：變電站；站域保護；性能研究

前言

近年來，隨著電網系統的普及，對于世界能源的需求日益增加，因此用戶對電能質量的要求也越來越高，這就對電網行業的安全、可靠提出了更高的要求。變電站是電網系統的重要一環，聯系著發電廠和用戶，其主要功能是完成高壓到低壓的轉換、電網能量的匯集與調配、電網能量的傳輸方向以及電網電壓的自適應調整等。九十年代以來，如何實現變電站的自動化，一直是電網行業追求的目標之一，國內外也開始進行有關變電站自動化的研究，隨著電力電子技術、數據庫技術、自動化技術和通信技術的迅猛發展，出現了智能化變電站新技術，它是在數字化變電站所涉及的理論及應用的基礎上，在整個變電站內部采用統一的信息采集、信號傳輸、數據歸集和處理，可使變電站實現自動控制方式下的運行模式轉換、實現變電站設備的各個運行狀態的檢修和維護、變電站電能分配策略的智能決策等功能，大大提高了變電站的管理和運行效率。國外實現智能化變電站的典型公司有ABB和西門子等，這些大公司在運用智能化變電站的理論，成功開發了一系列智能化一次設備和二次設備。

在目前的智能化變電站的建設過程中，通過智能化設備可將變電站的一次設備的模擬量轉化為數字量，并借助一定的網絡協議，通過網絡傳輸到網絡交換機，使采集到的電網信息可以在智能化變電站中實現共享。為保證智能化變電站中繼電保護的可靠性，通常采用直接采樣和直接跳閘兩種保護方式，這兩種方式實質上就是采用普通繼電保護的配置原則，由于缺少正常使用設備和備份設備之間的有效配合，因此存在保護設備整定困難、系統復雜、主保護的保護范圍受限以及保護死區等問題。

1 站域保護的特點

站域保護從本質上說是一種繼電保護，它利用了在變電站中統一采集的實時信息，通過集中或者分布的方式定位故障，之后通過自動控制技術和決策技術實現變電站中各個設備的自動調整。站域保護充分利用了網絡化的特點，采用光纖直連實現數據采集，通過綜合利用變電站全站在網絡上共享的數據信息，通過數據歸集和合理分配，簡化了后備保護的配置以及整個變電站內控制系統的功能。此外，站域保護的最大優點是可以通過一套裝置來實現原來變電站中多套獨立式保護裝置的功能，這樣可大幅降低整個變電站的成本，以及減少保護裝置所需要占據的空間。與傳統變電站中使用的直接跳閘保護方式相比，站域保護方式采用的是以網絡出口形式來實現跳閘保護，這種方式可以獲取更多的在線故障特征反饋，可以實時地獲取整個變電站的在線網絡電氣信息，使得所用線纜的排布量大為減少，可有效提高線纜的安裝效率，從而可以實現整個變電站的控制功能的協調最大化。站域保護的特點還包括能夠將整個變電站的繼電保護和控制系統的總體結構進行簡化，還可以有效連接保護信息子站與廣域保護系統，以實現區域電網的高可靠、高效率保護與極大化安全控制。

2 利用站域保護提高系統性能的方式簡介

利用站域保護的思想，可以從以下三個方面提高變電站系統的保護性能。

（1）解決線纜線路信息不完備引起的保護拒動問題。我們知道，通常的單回線線路需要一定的并架輸電線路，盡管沒有線間電感的影響，但是輸電線路投資巨大，輸送電能容量有限，建設速度緩慢等缺點，在高速經濟發展的今天，難以滿足整個電網系統對于線纜線路以及建設成本的需求。為了解決這一問題，出現了同桿雙回線乃至多回線方式，這種方式可以有效解決單回線線路存在的缺點，但是其自身也有不足，比如同桿雙回線存在較為嚴重的線間互感，同時同桿雙回線不能直接利用原來單回線線路所使用的并架輸電線路，因此利用率低，且出現故障的概率大大增加。在沒有采用站域保護的同桿架設雙回線路的條件下，當其中某一條線路發生接地故障，對于另一條非故障線路會產生較大影響，這主要是因為雙回線線路中，兩條回線之間會存在一定的零序互感，因此會使得故障線路導致非故障線路產生零序電壓，嚴重時可造成非故障線路的零序電壓反相，進而產生誤動作。在采用站域保護的智能化變電站中，可以有效避免這一問題，這主要是由于采用站域保護的變電站中，其電氣數據是通過網絡實現共享的，也就是說，當同桿雙回線中的一根線路發生故障時，另外一根非故障線路不是受故障線路與其之間的互感進行動作，而是通過網絡中獲得的故障線路的電壓電流信息進行動作，從而有效避免非故障線路的誤動作。

（2）解決“零”電壓引起的保護死區問題。電網容量隨著用戶的需求越來越大，這使得電網電壓的檢測至關重要，舉例來說，在變電站繼電保護的電源側，當遠端線路發生故障時，由于整個線路的系統阻抗較小，會導致繼電保護安裝處的電壓分量較小，致使電壓靈敏度降低，因此，我們可以利用站域保護的特點，通過探究與電壓量相關，且具有較高靈敏度的物理量來替代電壓量，這樣可以將系統阻抗對電壓靈敏度的影響降為最低。同理，再比如，在輸電線路某處發生接地短路故障，導致故障線路的相電壓為零，我們可以采用健全相電壓和記憶電壓的方法解決“零”電壓問題，但是這種方法會引入比較大的檢測誤差，該誤差會嚴重破壞距離方程測距的準確程度，從而導致當故障線路發生在距離保護范圍的末端時產生暫態超越，根據站域保護的特點，我們可以將解決這一類問題的方法也歸結于在線路上各個物理量中尋求與電壓具有某種特定關系的物理量，從而根據這類物理量的實時檢測和分析，來避免引入的測距誤差。

（3）解決保護配置優化的問題。包括兩個方面，一個是后備保護配置的優化問題，另一個是母線保護配置的優化問題。對于前者，主要是通過基于站域保護的智能化變電站中的過程層網絡來獲取站內多點共享的電氣信息，然后后備保護可以對這些多點信息進行綜合分析，從而可以快速定位故障位置，這樣一來，當主保護發生故障時，后備保護僅需要一小段延時就可動作，有效減少了后備保護的延時時間。例如，當變壓器后備保護發生相間短路或接地短路時，為減少變壓器后備保護的延時時間，可以借助全站中的過程層數據網絡中共享的各個電氣信息數據，判斷出故障發生的位置及其方向，進行數據分析和處理之后，采用有效的保護措施解決故障。對于母線保護配置的優化問題，特別是高壓母線的保護配置優化問題更為重要，通常的優化措施是將獨立的母線保護配置獨立的電流互感器，這樣可以進行多路檢測，確保母線的安全，但是其缺點也非常明顯，就是接線將會非常復雜。在基于站域保護的智能化變電站中，仍然可以通過過程層網絡的信息共享來獲取所有線路信息，因此，可以將過程層網絡采集到的全站的各個設備的電流電壓信息傳送到母線，以使母線保護與原母線保護并列雙重化運行，這樣可由各個設備的保護裝置判斷出的故障位置及方向；在低壓母線的保護配置問題上，考慮到成本，通常不單獨配置母線保護，而是由與其相連的變壓器后備保護來實現故障定位和排除，進而提高整個智能化變電站系統的安全性和保護的速動性。

參考文獻

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