探討智能變電站的繼電保護跳閘方式

鄺湘吉

摘 要：繼電保護是對運行中電力系統的設備和線路，在一定的范圍內經常檢測電力系統的設備和線路是否發生異常或者出現事故，并且能夠發出跳閘命令或者報警信號的自動裝置。本文分析了繼電保護故障的分類，闡述了繼電保護故障處理原則，對繼電保護故障處理的方法進行探討。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；跳閘方式

0 引言

近年來，在國家政策的支持下，電網建設投資力度也在逐年增加，使電網規模不斷壯大，同時，電網系統建設也越來越復雜，傳統后備保護的整定配合越來越困難，難以適應現在電網的發展需求。隨著智能電網的發展，建立高效、安全、環保、靈活多變的電力系統成為主要的運行發展模式。因此，在智能電網的模式下，繼電保護是提高電力系統繼電保護性能、適應智能電網發展的一條可研究道路。

1 智能變電站繼電保護網絡跳閘關鍵技術分析

從當下智能變電站繼電保護的發展模式來看，“直采直跳”是其主要模式，但是由于這一方式在應用過程中，存在著設備維修困難等問題，可能導致對供電的平穩性產生一定影響，使繼電保護無法發揮應有作用。在利用GOOSE過程中，通過對網跳進行測試，可以有效地提升網跳的安全性，保證智能變電站繼電保護取得更好地效果

在進行智能變電站繼電保護網絡跳閘關鍵技術分析過程中，我們要注重對裝置發送和接收文件的干擾性問題予以明確，這可能導致繼電保護出現延時，從而導致保護裝置無法發揮應有的性能。

對此，在繼電保護過程中，就需要保證跳閘、啟動和閉鎖等信號進行有效地傳輸。這一過程中，網卡能否對無效的報文進行剔除，避免其占用CPU資源，導致報文處理時間減緩，直接關系到了網跳保護的功能是否會得到發揮。因此，智能變電站繼電保護網絡跳閘的關鍵技術在于，對網絡環境進行相應的改善，通過設置交換機VLAN或是多播地址，對無效報文進行處理，從而提升信號傳輸的效率和信息處理速度，能夠在第一時間對故障問題進行申報，使其能夠快速解決。

繼電保護過程中，主要采取了陣列FPGA協助CPU對報文進行處理，這一過程中，FPGA由開發者設計的方式發揮功能，其主要依靠硬件實現功能，這一過程中，需要保證FPGA具有較快的處理速度。一般來說，在使用FPGA處理報文時，GOOSE的報文速度為100Mbit/s，這可以保證報文處理具有較快的速度，能夠對故障進行較好的分析。GOOSE報文處置過程中，FPGA會根據GOOSE的特點進行定制，并且為了避免無效報文占據帶寬，需要對GOOSE控制模塊的報文數量進行限制，可以設計16個報文/GOOSE模塊。在這樣的設計情況下，對應的配置為16個MAC、AppID、GOID等，在對GOOSE進行解碼過程中，會將這些信息一同提交給GPU，從而保證報文信息能夠被快速的讀取。在對網絡跳閘關鍵技術應用過程中，需要保證GOOSE文件具有較強的簡潔性，并保證其帶寬滿足GOOSE數據傳輸需要，使FPGA在對信息處理時，能夠對無效報文進行剔除，從而更好地實現繼電保護功能。采取FPGA對GOOSE進行處理時，通過利用智能電子設備，提升了GOOSE的處理速度，使其在1ms范圍內，對報文信息進行獲取，進而保證系統快速執行命令。

2 有限廣域繼電保護跳閘策略

2.1 系統運行流程

系統運行主要包括3方面，下面根據圖2運行流程圖進行闡述。中心站有限廣域集中決策模塊檢測出故障，并對故障原件進行判斷，依據故障原件在變化中的位置判斷故障模式。中心站集中決策模塊根據故障模式選擇最為適合的子站，以實現后備保護，子站可以在運行期間即時發送指令給后備保護。子站判斷是否滿足后備保護啟動條件，根據運行方式、接線方式形成后備動作策略。對于監控原件或斷路器發生故障時，若滿足動作條件，后備保護就會正確出口；若滿足返回條件，后備保護就會解除指令，并將信息反饋給中心站。

2.2 變電站不同主接線下跳閘策略

由于變電站中有不同的主接線，因此，相應的跳閘策略也不同。如斷路器的保護動作失靈時，造成的經濟損失比遠后備保護動作小。根據智能電網有限廣域系統中跳閘的實際策略，對于子站未安裝失靈保護裝置的情況下，當發生斷路器失靈時，遠后備保護在切除范圍與時間上就會縮小；對于子站中裝設失靈保護裝置時，可根據廣域信息與判斷斷路器在失靈保護中的可靠性。下面對根據故障模式和后備保護指令的跳閘策略對常見的3種主要接線方式進行簡要分析：模式1+近后備指令。對故障原件的斷路器進行搜索，作為一級的斷路器元件，在跳閘期間就要啟動智能失靈保護；模式2+遠后備指令。在本站斷路器上需要對故障原件和本站線路進行連接，作為遠后備的動作原件；模式3的執行與上述情況一致。對于雙母線模式而言，其是220kV及以上變電站的主要接線方式，但是較為復雜。例如模式1+近后備指令，斷路器屬于一級近后備的動作元件，在跳閘期間就需要啟動智能失靈保護，搜索與其聯接在同一母線上的相鄰所有斷路器，以作為二級近后備跳閘集。對于半斷路接線方式，如果發生聯絡斷路器失靈，兩側連接母線的斷路器都會跳開，這個時候的故障并沒有完全的隔離開，需要通過聯絡線延伸到下一段。下一段如若是出線段，則對變電站發送遠跳指令，下一段若是電源進線，則跳本站相關變壓器側斷路器。

3 全并聯AT供電方式跳閘保護

3.1 工作原理

3.1.1 全并聯AT供電方式原理

變電所內兩段母線各引出上下行2條饋線，供電臂包括T、F線，由斷路器、隔離開關同時控制T、F線的停送電。供電臂中間由AT所的母聯及自耦變壓器實現并聯、末端由AT分區所實現并聯。自耦變一端與接觸網T線連接.另一端與正饋線F線連接，中點與軌道連接供電示意圖如圖所示。

3.1.2 保護配置

牽引變電所饋線設電流增量、過電流保護、阻抗I段保護：主變后備保護設高壓側低電壓過流保護、低壓側低電壓過流保護、過負荷保護、高壓側進線失壓保護和低壓側過壓保護；AT所、分區所饋線設失壓保護、檢有壓自動重合閘保護。

3.2 應對措施

3.2.1 短路試驗

在新線開通時，通過短路試驗驗證全并聯供電的保護動作類型、保護之間的配合及二次接線的準確性，故障電流分布圖如圖2所示。模擬全并聯供電方式下的T、F、T-F線故障及直供方式下的線路故障，通過跳閘數據分析饋線流互、壓互極性的正確性。①AT測距故障報告能夠提供饋線T、F各自的電壓、電流，饋線保護裝置的跳閘報告能夠提供饋線的合成電流，可比較電流的合成數據分析流互極性接線的正確性。正常情況下合成電流I=It—If，若I3.2.2 定值統一

對設備進行送電前及試驗結束后，要對變電所后臺和保護裝置的定值全部進行核對，應統一按定值設定，兩者定值項目一致、數值相同。

3.2.3 預防性試驗

通過交接試驗及日常的預防性試驗檢查保護動作類型、保護定值的匹配及二次接線的準確性。①對壓互、流互的接線從根部進行校驗，確保壓互、流互在安裝時接線正確。②在交接試驗及預防性試驗中。要對饋線的T、F線分別加上相位相差0°、180°的電流，模擬AT供電時線路故障情況，對保護動作情況進行試驗。

4 結語

綜上所述，智能電網的建設是電力系統的重要改革，但是在智能電網的建設中，繼電器保護系統還需要進行改進。為了提高電力系統繼電器保護尤其是后備保護的適應性，就要建立分區域決策的有限廣域繼電器保護，從而的實現保護分區跳閘的策略，以減少停電事故為人們帶來不便，更好地促進智能電網的發展。

參考文獻

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（作者單位：國網湖南省電力公司郴州供電分公司）