智能變電站就地化保護配置方案研究

摘 要：當前智能變電站過程層網絡中大量使用合并單元及智能終端，增加中間傳輸環節降低了保護動作速度；同時合并單元及智能終端一般安裝于戶外就地匯控柜，抗電磁干擾能力差，故障率較高，也不利于電網的安全穩定運行。文章結合就地化二次設備的技術特點，提出一種智能變電站就地化保護配置方案，并重點介紹了多間隔保護的實現方法，提高了智能變電站保護的動作速度及可靠性，為今后智能變電站就地化保護設計提供參考。

關鍵詞：智能變電站；就地化保護；多間隔保護

智能變電站采用智能化一次設備替代常規一次設備，數據傳輸形式由模擬量轉變為光數字量，減少了變電站的二次電纜，提高了信息的共享水平，獲得了良好的應用價值。但是相比于常規變電站，增加了智能終端及合并單元等中間環節，而且采用組網的通訊模式，保護的動作時間較常規保護延長[1]，合并單元及智能終端一般安裝于戶外就地匯控柜，運行環境惡劣，抗電磁干擾能力差，故障率居高不下[2]。基于無防護就地化的保護裝置技術的發展，為智能變電站的發展提供了新的思路，文獻[3]提出了就地化保護、站域保護及廣域保護的立體防御體系，但未對具體就地化保護的配置細節做深入介紹；文獻[4]提出了一種就地化保護分層配置策略，但對跨間隔的保護裝置介紹較少；文獻[5]提出了具體的分布式母線保護就地化實現方案；文章提出了220kV智能變電站主要保護裝置就地化配置方案，詳細介紹了多間隔保護如主變保護、母差保護的實現方案，取消合并單元與智能終端等中間環節，采用電纜直接采樣、直接跳閘的方式，提高保護裝置的整組動作時間及保護可靠性。

1 就地化保護配置基本原則

（1）單間隔接入保護：單裝置完成所有功能。例如：線路保護、母聯（分段）保護。

（2）跨間隔保護采用分布式布置，每種保護配置獨立的子機。例如：主變保護子機、母差保護子機。

（3）本間隔信息聯系：電纜直接采樣、直接跳閘。例如：電流、電壓采用電纜直接采樣，保護跳閘、重合閘用電纜直接跳閘。

（4）跨間隔保護聯系：采用GOOOSE網。例如：啟動失靈、遠跳、解復壓等跨間隔信號。

2 就地化保護配置方案

文章以一個典型220kV采用常規互感器采樣的智能變電站為例，重點介紹220kV線路保護、220kV主變保護及220kV母差保護的配置方案。

2.1 220kV線路保護配置

（1）220kV每回線路間隔按雙重化配置；

（2）采用電纜直接采樣、直接跳閘方式及接入必要的開關量信息；

（3）通過GOOSE網絡發布本保護的失靈信號等信號，同時通過GOOSE網訂閱母差保護的遠跳等信息；

（4）保留線路保護縱聯通道；

（5）通過雙網接入MMS網絡。

典型的220kV線路保護配置方案如圖1所示。

該方案實現簡單，線路保護就地化安裝，相比原智能變電站取消了合并單元及智能終端，加快了保護動作速度，節省了中間環節（合并單元及智能終端）的光纜，提高了保護的可靠性。

2.2 220kV主變保護配置

作為多間隔保護，涉及到高壓側、中壓側、低壓側等多處位置，無單一的間隔屬性，集中式的保護配置方案將難以實現就地化，而分布式的主變保護配置方案為就地化提供了實現方案。

當前分布式的保護配置方案有以下兩種：

（1）無主環網式；

（2）有主環網式。

2.2.1 無主環網式主變保護配置

（1）依據斷路器配置變壓器保護子機，主變高中低三側分別配置獨立的分布式子機；

（2）分布式子機就地采集本側的模擬量和開關量數據，并通過環網與其它側子機共享數據；

（3）每個子機配置相同的主后一體保護功能，保護動作時僅跳本側開關，跳母聯、分段、啟動失靈等采用GOOSE方式。

其具體的配置方案如圖2所示。

圖2 220kV無主環網式主變保護配置方案

2.2.2有主環網式主變保護配置

（1）變壓器保護主機集成于低壓側子機中，差動保護及各側后備保護均在主機中完成，子機僅采集各側模擬量及跳閘；

（2）按照變壓器各側斷路器分別設置變壓器保護子機；

（3）變壓器保護主機、各側子機之間采用HSR環網連接；

（4）各側子機電纜直接采樣，電纜直接跳閘；

（5）跳母聯、分段、啟動失靈等采用GOOSE方式。

其具體的配置方案如圖3所示。

2.2.3兩種分布式主變保護方案比較（見表1）

2.3 220kV母差保護保護配置

相對于主變保護來說，母差保護涉及到的跨間隔設備更多，采用環形無主式的母差保護還不成熟，當前采用分布式的母差保護的配置方式也分為以下兩種：

（1）有主星網式；

（2）有主環網式。

2.3.1有主星網式母差保護配置

（1）依據斷路器配置母差保護子機，并配置獨立的母差保護主機；

（2）分布式子機就地采集本間隔的模擬量和開關量數據；

（3）各間隔子機通過點對點直聯的光纖將采集的間隔數據上送至保護主機，并接收主機的跳閘命令；

（4）主機完成保護功能，并向子機發送出口信息。

其具體的配置方案如圖4所示。

2.3.2有主環網式母差保護配置

（1）依據斷路器配置母差保護子機，并配置獨立的母差保護主機；

（2）分布式子機就地采集本間隔的模擬量和開關量數據；

（3）主機利用環形網絡將這些信息處理完成母線保護功能。

其具體的配置方案如圖5所示。

2.3.3 兩種分布式母差保護方案比較

3 結束語

文章針對當前智能變電站存在保護裝置動作速度下降及設備故障率高等問題，提出一種智能變電站就地化保護配置方案，并詳細介紹了多間隔保護配置策略，保護裝置就地化安裝，采用電纜直接采樣、電纜跳閘，跨間隔信息保留原GOOSE傳輸方式，由于在保護動作回路中取消了合并單元及智能終端等中間環節，提高了智能變電站繼電保護的動作速度及可靠性。

參考文獻

[1]黃燦，肖馳夫，方毅，等.智能變電站中采樣值傳輸延時的處理[J].電網技術，2011，35（1）：5-10.

[2]樂尚利.智能變電站合并單元現狀及發展方向的研究[J].研究與探討，2014，12（下）：157.

[3]王悅.基于智能變電站的層次化保護系統研究[J].華北電力技術，2013，9：26-30.

[4]劉宏君，裘愉濤，徐成斌，等.一種新的智能變電站繼電保護架構[J].電網與清潔能源，2015，31（3）：49-51.

[5]周小波，汪思滿，吳正學，等.環網分布式母線保護裝置就地化實現探討[J].電力系統保護與控制，2015，43（6）：104-108.

作者簡介：馮學敏（1985-），男，福建省福州市人，碩士研究生，工程師，研究方向為智能變電站繼電保護。