智能變電站繼電保護方案優化分析

戴育輝

摘要：隨著智能電網概念的提出及智能電網戰略目標的制定，已在我國大規模開展建設智能變電站，進而將智能變電站繼電保護提上了日程，如何構建更為科學的智能變電站繼電保護方案是目前以及未來較長一段時間內廣大學者及電力工作者共同研究的課題。文章基于智能變電站總體結構，分析了其繼電保護結構體系，并對智能變電站繼電保護方案的優化進行了分析。

關鍵詞：繼電保護；智能變電站；優化；IEC61850；就地間隔；站域

中圖分類號TM7 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0101-02

在我國智能電網建設過程中，智能變電站的建設與發展是關鍵環節，在給電力行業發展帶來機遇的同時，也提出了技術方面的挑戰，如何優化和完善智能變電站繼電保護技術方案是智能變電站應用過程中的關鍵環節，因此，對智能變電站繼電保護方案優化的研究具有重要意義。隨著電力系統自動化領域全球通用標準IEC61850在智能變電站中的深入應用，使繼電保護系統整體運行環境發生了變化，強化了繼電保護系統與一次設備的緊密聯系，進而使傳統變電站獨立性的繼電保護方案失去了效用，在智能變電站繼電保護過程中，需要將其看作一個系統性、整體性的過程，這就對廣大繼電保護工作者提出了新的挑戰，需要針對智能變電站結構特點，研究出適宜智能變電站運行及發展的繼電保護方案。

1.智能變電站繼電保護結構

基于IEC61850標準，典型的智能變電站結構主要由站控層、間隔層、過程層組成，與傳統變電站相比，最大的區別在于智能變電站各設備的數據傳輸與交換由網絡取代了電纜，這就決定了智能變電站繼電保護與傳統變電站繼電保護相比，在設備配置原則、技術性能要求、部件功能劃分等方面存在較大的差異。因此，優化后的智能變電站繼電保護方案必須結合其整體結構體系及技術特點來制定，在保證系統整體安全性、穩定性、快速性、靈敏性、擴展性的基礎上，構建由就地保護層、站域保護層和廣域保護層組成的層次化智能變電站繼電保護系統。在分層式的繼電保護系統中，廣域保護層所面向的對象是區域電網這一整體，根據多個變電站的綜合信息，進行分析、判別和決策，從而實現相關保護功能及安全控制；站域保護層以變電站為整體范圍，結合站內各對象信息進行判別和決策，實現變電站層相關保護及安穩控制功能，就地保護層所涉及的范圍更具體，其以單個保護設備為對象，根據單個對象的信息獨立進行判別及決策，從而實現故障的準確與快速切除。三層保護之間互相配合、密切聯系，就地保護為基礎，站域保護與廣域保護協同運行，共同組成完整的智能變電站繼電保護體系。

2.智能變電站繼電保護方案優化

結合智能變電站實際情況，并以上文所述優化后的智能變電站分層式繼電保護體系為框架，對智能變電站繼電保護優化方案作如下分析。

2.1就地間隔保護方案

通過靠近保護設備就地化布置繼電保護裝置，從而縮短二者之間的距離是繼電保護系統發展的一種重要趨勢，因此，智能變電站就地間隔保護是一個不可或缺的組成部分。從目前智能變電站繼電保護應用實踐經驗來看，主后備一體化的微機線路和變壓器保護對于智能變電站的安穩運行具有重要的作用，值得廣泛推廣和深入研究。

一般情況下，就地間隔保護采用電纜采樣及電纜跳閘，并通過GOOSE網絡實現連閉鎖功能。電纜采樣可使保護動作的完成無需外部時鐘，更加穩定和可靠，電纜跳閘的使用則使保護動作更具實效性和速動性，而GOOSE網絡能實現連閉鎖功能，使IEC61850信息共享的優勢得到充分發揮。這些決定了就地間隔層具有獨立、自主的優點，其它區域內的故障均不會影響就地間隔層主保護功能的發揮。

另外，隨著電力、電子等技術發展與融合，就地化間隔保護可實現集成化，但在考慮保護集成的同時，需注意保護裝置性能的發揮，以免因為刻意的集成而導致保護裝置精準性及可靠性的降低，因此，在選擇集成時需要注意一定的原則，一般可針對同一保護對象進行適當保護集成，例如，過電壓保護可集成于線路保護中等等。

2.2跨間隔保護方案

母線保護一般涉及到不同的電壓等級，因此，就地化方案需考慮其特殊性。主要通過分布式母線方案來實現，一般采用由主機和從機組成的主從方式，具體而言主要有以下兩種方案。其一，采用“主單元CU+間隔單元BU+數據匯集單元MU”的方案，cu通過MU讀取所采集的數據，并作保護原理判別。其中，BU為獨立裝置，可就地化安裝，主要負責本間隔電流量的采集及預處理。并將A/D轉換的相關數據傳送至CU。BU主要識別本間隔刀閘位置及監視開關位置，也將相關信息傳送至CU，并接收CU的動作指令，對開出跳閘操作箱實施保護；其二，采用“智能變電站母線保護為主機+智能變電站智能組件為從機”的方案，主機匯集母線保護數據及判別保護原理，從機采集數據量及執行跳閘。對于以上兩種方案，從技術成熟性，以及運行穩定性、可靠性考慮，在實踐過程中推薦采用方案一。

2.3站域保護方案

基于IEC61850通信規約，可實現全站信息的共享，從而保證站域保護更易收集到站內所有間隔電壓、電流及斷路器、刀閘位置的相關實時信息，進而實現站內所有一次設備的集中近后備保護功能。近后備保護涉及多個裝置，他們通過站域保護的整體邏輯來相互配合，他們之間的協作關系與傳統繼電保護類似。一般站域保護包括采集數據、計算數據與判別故障位置、決策保護跳閘這幾個組成部分。通過IEC61850規約采集保護所需的電壓、電流電氣量、各斷路器狀態信息等。并利用所匯集的信息計算、判別故障方向、距離信息，確定故障位置，然后結合判斷結果通過過程層網絡將跳閘策略發送到相應間隔的智能終端，完成相關保護動作。基于站域保護動作的可靠性考慮，建議采用冗余配置。

2.4廣域電網保護方案

區域電網保護在智能變電站繼電保護體系中占據著重要的地位，可解決電網運行實際中多個問題。首先，受后備保護整定逐級配合方式的影響，保護動作整個過程時間較長，電網運行方式復雜情況下將導致動作靈敏性下降，但區域電網保護的應用可簡化后備保護、提高后備保護效率；其次，繼電保護的實現是以數據測量為基礎的，保護定值的離線整定未考慮電網運行過程的動態性，但借助區域電網信息能了解電網的運行狀態，從而優化后備保護定值；最后，繼電保護的直接目標是切除故障元件，其本身與安全自動裝置缺乏聯系、協作，從而忽略了故障切除后對電網運行的影響，但區域保護與安全自動裝置的協調避免了上述相關問題。

3.結論

智能變電站采用由就地間隔保護、站域保護和區域電網保護構成的繼電保護系統后，電力系統安全性、可靠性、穩定性得到了保障，通過三者有機結合和相互協作，可滿足智能變電站發展需要，基于智能變電站結構上的差異性，在具體實踐中還需結合智能變電站實際制定繼電保護方案。