數字化繼電保護在110kV智能變電站中的應用

易篤越 彭安琦

（國網湖南省電力公司湘潭供電分公司 湖南湘潭 411100）

數字化繼電保護在110kV智能變電站中的應用

易篤越 彭安琦

（國網湖南省電力公司湘潭供電分公司 湖南湘潭 411100）

于電力系統而言，變電站是一個接受分配電能、控制電力流向、變換電壓、調整電壓的電力設備，它通過對變壓器性能的充分利用將與各級電壓電網相連接，這也被稱為輸電與配電集結點。但是就目前而言，智能變電站仍處在發展、創新、完善的建設過程中，數字化技術的應用對其具有積極意義。本文對數字化繼電保護在110kV智能變電站中的應用進行探析，供相關人士參考。

智能變電站；數字化技術；繼電保護

1 引言

110kV智能變電站對繼電保護的配置提出新的要求，必須達到安全、可靠的水平，才能投入到繼電保護運行中。110kV智能變電站在繼電保護配置的干預下，具有自動保護的功能，提高了對變電站信息的處理能力，推進110kV變電站的智能化發展，通過繼電保護的配置設計，促進110kV智能變電站繼電保護的統一發展，完善繼電保護在110kV智能變電站中的運行。

2 110kV變電站繼電保護的意義

在我國社會發展的過程中，電力有著巨大的作用，沒有電，社會就得不到正常發展，社會生活以及社會生產就不能正常進行。近年來，我國社會用電需求越來越大，加大變電站的繼電保護既是我國現代社會發展的內在要求，同時也是我國電力事業發展的內在要求。然而伴隨著電力規模的擴大，電力運行安全問題也日益突出，在電力系統中，電氣設備的增加會加大電力運行負荷，再加上一些外力因素的影響，使得電力系統出現安全問題，進而影響到我國社會的可持續發展。基于電力在社會中發展中的重要性，在電力系統中，繼電保護技術是電力系統能否正常運行的關鍵。隨著社會的進步以及經濟的發展，高壓線路也不斷增多，給電力系統的運行造成了巨大的威脅，一旦電力系統出現安全隱患，不僅會威脅到供配電的正常供應，同時還會威脅到人民的生命財產安全。繼電保護作為電力系統安全運行的重要保障，加大繼電保護的運行有著巨大意義。繼電保護可以保證電力系統的正常運轉，當電力系統出現故障時，能有自動保護電力系統的正常運行，減少故障帶來的損失，進而為電力企業帶來經濟效益和社會效益。

3 110kV智能變電站繼電保護的配置

數字化繼電保護配置的原則主要包括以下五點：①斷路器接點位置通過點對點網絡傳輸，對于繼電保護中的聯閉鎖、跳合閘信息要采用G00SE網絡傳輸方式；②在110kV及以上電壓等級的雙母線和單母線分段等接線型式中，為了簡化二次回路，提高繼電保護的可靠性，各個間隔之間要配置獨立的三相ECVT；③繼電保護裝置應該直接采樣，對電子式互感器的采樣要通過兩路獨立的采樣系統進行，每路采樣系統要采用AD系統并接合并單元MU中，其輸出的兩路數字的采樣值會經過同一通道進行同一套保護裝置中，對于單間隔的保護或者多間隔的保護需要采取直接跳閘的方式，如果要采用其他跳閘方式，一定要保證相應設備必須滿足快速性和可靠性的要求；④繼電保護裝置的安裝和運行環境都要滿足相應的技術標準要求，采取獨立分散和就地安裝的方式，并要保證繼電保護裝置內部各個網絡的數據接口控制器處于相互完全獨立的狀態，以免同一裝置被接入不同網絡后造成各網絡之間的相互干擾；⑤110kV變電所的繼電保護自動化的設計與配置要求保護裝置、一次設備、二次回路之間協調配合，繼電保護的自動化配置要滿足靈敏性、速動性、可靠性以及選擇性等多方面的要求，并將加強保護裝置的可靠性作為基礎。

4 實例分析數字化繼電保護在110kV智能變電站中的應用

該變電站的主要規模如下：50MVA主變壓器三臺；10kV：單母線六分段；110kV：變壓器方式為環進環出支接；變壓器10kV側采用雙分支。

該變電站的繼電保護系統配置如圖1所示。圖1中，ETA、OTA、ETV、MU分別代表電子式電流互感器、電子式電流互感器、電子式電壓互感、合并單元。變電站的繼電保護系統分為三部分：間隔層、過程層、站控層。

圖1 變電站的繼電保護系統配置示意圖

4.1 變壓器繼電保護

變壓器是110kV智能變電站的核心設備，也是繼電保護配置的重點。變壓器配置的原則是：瓦斯保護、差動保護、后備保護、過負荷保護、過勵磁保護和其他非電量保護。變壓器配置主要是實現保護功能：①防護變壓器自身故障，提高變壓器的運行性能；②調整變壓器的運行方式，避免出現過大的誤差，落實配置原則的應用一般情況下，遵循變壓器保護配置原則，變壓器在瓦斯與差動保護中實行主保護，其他為后備保護。結合該110kV變壓器的智能化表現，分析繼電保護的配置。變壓器繼電保護需要與測控裝置直接相連，可以在第一時間采集變壓器的信息，迅速完成數據采樣，準確的檢測110kV變壓器的運行現狀。變壓器配置中還需引入G00SE網絡，強化繼電保護裝置之間的連接性能，一旦變壓器出現運行故障，繼電保護配置可以立即執行保護動作。

4.2 母聯繼電保護

母聯配置是指1l0kV智能變電站繼電保護中的母聯保護。母聯配置保護的原則有：①配合變壓器配置保護，劃分母線差動、失靈、過流等保護配置；②母線配置遵循配合原則，不能單獨實行斷路器保護；③母線失靈保護配置應該主動接入變壓器保護。母線保護配置的功能主要體現在失靈啟動和輔助保護裝置兩個方面。母聯保護具有分段的特性，繼電保護配置也要考慮分段因素的影響，完善繼電保護與母線智能終端的連接方式，按照該變電站保護裝置的配置要求設計單元設備，此部分配置可以利用SV連接，避免信號傳輸的過程中出現信息停止，滿足母聯繼電保護配置對時效性的要求，提升其在110kV智能變電站繼電保護中的可靠性。母線繼電保護如圖2所示。

圖2 母線繼電保護

4.3 線路繼電保護

線路繼電保護配置關系到1l0kV智能變電站一體化的運行狀態，重點在測控方面完善配置，以此來提高線路繼電保護配置設計的水平，如圖3所示。線路配置的原則是：線路短路后備保護采用分段式的配置方式，根據110kV智能變電站的運行，要求線路配置遵循后備保護及整定配合的原則，其可設計兩套線路配置，強化對智能變電站的保護。一般110kV智能變電站繼電保護中的線路配置，可采用遠后備的方式，處理接地、相間短路，實現線路側保護的功能，通過平行分支的方式保護智能變電站的安全運行。線路配置可以采取直接采樣的方法，借助GOOSE網絡的保護性能評估線路配置，進而落實一體化的配置設計。線路配置使用的是點對點連接，在此基礎上接入1l0kV智能變電站內，促使線路繼電保護配置能夠直接獲取狀態信息，即使在跨間隔的狀態下，也能完成信息保護。

圖3 線路保護方案示意圖

4.4 智能終端繼電保護

智能終端在110kV智能變電站繼電保護中起到輔助作用，其在配置上的原則是：①合并單元單獨設計冗余配置，還要設計獨立的輸出線路，間隔合并單元需設計單套配置；②增加光纖接口的數量，提供直接采樣的條件；③遵循電壓切換、并列的配置原則。合并單元與智能終端應該具有協同的配置功能，完善1l0kV智能變電站繼電保護智能終端的信息交互，同時設計直跳方式，維護智能終端的穩定配置。

4.5 其他

4.5.1 智能化繼電保護測試儀

目前，IEC-61850測試儀已經成為一款普遍通用的繼電保護測試儀，但是隨著數字化變電站的發展，IEC-61850測試儀越來越不能滿足數字化變電站對繼電保護的要求，因此，智能化的繼電保護測試儀亟待進行開發研制，而在以往產品開發經驗的基礎上開發研制出的DRT-802測試儀是一款智能化繼電保護測試儀。該測試儀具有比IEC-61850測試儀更豐富的功能，包括：支持IEC61850-9-1/9-2、G00SE收發、開入開出及小信號模擬量輸出等，并且，DRT-802測試儀能夠承載任意電壓等級的數字化變電站繼電保護裝置。

4.5.2 數字化變電站的動態仿真系統

建設人工智能化電網，其對智能變電站繼電保護的要求是具有信息化、自動化、數字化和交互化的特性。但是，對我國目前正在使用的智能變電站而言，其繼電保護技術并不成熟和完善，并且相較于數字化設備的發展還相差很遠。為了解決這一問題，可以將動態仿真系統應用在智能變電站中，首先可以對智能變電站中發生的故障和操作方法進行模擬仿真，然后將模擬信號輸入到故障錄波設備、自動測控系統、智能儀表等在內的二次設備中，實現記憶存儲，當發生故障時繼電保護設備可以通過信號傳輸進行自檢，并實施線路的監控與保護。從而提高電網運行的安全性和穩定性，對降低電網運行事故的發生率具有重大意義。

5 結束語

總之，隨著科學技術的不斷發展，建設智能化電網已經成為當今時代必不可少的一項工程建設，然而，智能變電站數字化繼電保護技術的改進和完善是適應智能電網建設的必然要求。由于目前我國正在使用的智能變電站數字化繼電保護技術并不成熟，遠遠不足以滿足數字化設備的發展，因此需要建立新型的智能變電站數字化繼電保護技術，培養專業的繼電保護人才，提高電網運行的安全性和穩定性。

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[3]劉洋.110kV智能變電站繼電保護若干問題思考[J].中國科技縱橫，2015（22）：143.

TM774

A

1004-7344（2016）15-0059-02

2015-5-4

易篤越（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事變電運行工作。

彭安琦（1992-），女，助理工程師，本科，主要從事繼電保護工作。