智能變電站保護配置方案研究

郭亮

【摘 ?要】智能變電站以繼電保護數字化傳輸為輔助，與傳統變電站相比有著性價比高、便于檢測的優勢，順應了電力系統自動化技術發展的趨勢，但是繼電保護相關技術仍需要不斷分析和總結，進一步提高綜合自動化水平。本文對智能變電站保護配置方案進行研究分析。

【關鍵詞】智能變電站;變電站保護;繼電保護;配置

1 引言

隨著我國經濟技術的不斷進步，國家電網也進入了智能化配置階段。在這一背景之下，一系列與變電站相關的技術便應運而生，智能變電站就是其中非常關鍵和重要的一項技術。繼電保護配置是保證電網運行穩定的核心防線，對智能變電站的繼電保護進行合理配置是保證電網穩定運行的關鍵，也是電網進一步發展壯大的充分條件。

2 智能變電站繼電保護的層級配置

智能變電站是在一次自動化設備基礎上配以網絡化二次設備，通過IEC61850通信規約實現信息的共享和交互，并具有繼電保護和數據管理等功能的現代化變電站。智能變電站可以分為三個層級，即過程層設備、間隔層設備、站控層設備。過程層包括合并單元、智能終端以及接口設備，其數據交互的核心設備是過程層網絡交換機。間隔層設備起著對一次設備進行保護和控制的作用，對間隔層的數據實時采集，控制命令發出的優先級，開展同期操作以及其他控制功能，承擔承上啟下的重要功能。站控層的主要設備是監控主機、運動裝置、規約轉換器等，其主要功能是對全站數據信息進行實時匯總，刷新數據庫，并把收集到的信息轉送到監控中心，接受主站指令并向間隔層和過程層傳遞。除此之外，站控層設備還可根據不同運行方式預先結合定值整定算法來確定幾套定值整定方案存于不同的定值區。當系統運行方式變化時，保護可以切換到預先整定好的一套定值區。

3 繼電保護存在的主要問題及基本要求

3.1 繼電保護存在的主要問題

繼電保護主要是通過采集電力系統的電流、電壓以及電阻等系統運行參數，根據其在不同故障時的暫態特性進行判別，從而實現故障發生時快速而有選擇的切除故障，對于保證電網的安全運行至關重要。此外，繼電保護設備不但能夠向監控管理者準確高效的提供電力系統運行的數據，還能夠在系統有故障時自動切除故障點，對降低故障損害有非常重要的作用，從而有效降低故障造成的各方面損失。所以，當繼電保護設備在對出現的故障進行有效切除后，還會及時發信號給監控管理者，便于及時采取相應策略來對電力系統運行方式進行調整，從而將電網故障損害及負荷損失降到最低。

隨著經濟和社會的高速發展，各種電器的功率也越來越大，發電機的容量也不斷提升，這就導致發電廠、變電站及供電網絡等接線也越來越復雜，大大增加了整個電力系統中正常工作以及短路的電流。這也使得整個電網一旦有故障出現，就可能導致整個電網的正常運行都受到嚴重影響。這是現階段的繼電保護設備沒有辦法很好的滿足電力系統實際發展需要的一個重要原因。存在的問題主要有：

第一，對于切除故障后的電力系統運行情況很難預估，這就造成切除故障后無法實現對電力系統的更準確有效的保護。

第二，判讀對于整個電力系統的保護情況，通常是以地區測量數據為基礎的，這就導致繼電保護僅能夠對本地區相關系統進行保護，不能實現對產生故障后的整個電網進行相應的保護，造成繼電保護的運作方式無法全面反映出來。

第三，由于通常情況的后備保護動作的時間過長，在保證選擇性的同時，往往犧牲了一部分快速性，使得保護的作用未能很好地發揮出來。

第四，一些特定電網狀態下，越級跳閘是線路保護常出現的現象，這就導致上下級保護的整體配合很難得到高效實施。

第五，當變電站線路發生故障時，若故障點本身離保護安裝處較遠，本身保護動作時限就較長，如果遇到開關拒動的情況，會導致更嚴重的故障發生，產生更加嚴重的設備燒損問題或造成更大范圍的電網故障。

3.2 繼電保護的基本要求

綜上所述，電力系統在正常運行過程中，很容易出現故障問題，這些問題都會給電力系統的正常運行帶來嚴重的影響，因此繼電保護裝置在進行保護時，應該具備一定的選擇性，這樣可以切除部分故障，不僅可以確保其他正常線路的正常運行，同時還有助于提高電力系統的運行效率。與此同時，在保護范圍內，應采取措施保證繼電保護裝置不出現拒動現象，同時當在區外發生故障時，繼電保護裝置不出現拒動情況。繼電保護裝置對于電力系統的正常運行至關重要，其不僅可以及時切除故障點，同時還可以最大程度地避免故障給其他正常運行的設備帶來損壞，提升恢復正常運行的速度，對于電力系統的穩定性有明顯的提高。

4 智能變電站的繼電保護配置

4.1在智能變電站的發展進化中，繼電保護經歷了由模擬式采樣到數字式采樣的過程。智能變電站中的智能化一次設備和網絡化二次設備，使各個電氣設備能夠達到信息共享和交互性操作。在分層配置的繼電保護方案中，線路保護、變壓器保護等安排在間隔層，采用點對點光纖直連的方式獲取合并單元的采樣并下發GOOSE命令到智能終端，不必經過過程層交換機。多間隔的母線保護配置在間隔層，同樣采用點對點光纖直連的方式獲取合并單元的采樣并下發GOOSE命令到智能終端，不經過過程層交換機。智能變電站的工程師站及遠動單元在站控層，可以實現保護功能投退的整體協調部署。

4.2在分層配置方案里，主設備的保護，例如線路保護、變壓器保護等，不需要一覽間隔信息，直接和合智單元進行信息交流，并且不受網絡信息癱瘓的影響，進行脫機交換。在智能變電站完全實現了保護性能，消除了繼電保護人員對網絡安全及網絡擁堵的擔心。在該方案中，對后臺控制進行了集中控制和決策，實現對變電站的所有設備進行統一的監控和保護。這些功能包括，線路過負荷保護、線路重合閘、電源備自投功能的投退等。這些投退功能集約在站控層的工程師站和遠動單元，使原來分散到變壓器、母線、線路等設備的保護功能在站控層整合簡化，提高了變電站運行的效率。

4.3自適應調整保護定值和保護范圍，避免變電站直流系統接地引發繼電保護錯誤跳閘。傳統變電站保護定值由運行人員切換定值區，智能變電站可以根據實際運行情況調整保護定值區，也可以由人工來進行定值區調整，實際運行情況的考慮涉及到線路保護，旁路運行方式等。

4.4站內繼電保護的測試涉及到光纖衰耗、以太網性能測試、跨間隔數據同步測試等。由于智能變電站數據傳輸的介質是光纖，采用的是數字量電壓和電流信號的傳輸方式，所以光纖的衰耗將直接影響采樣接收，而且其電壓和電流的數據同步性測試也十分必要。

5 總結

傳統的電力系統中，繼電保護的評價主要從四個方面進行，即快速性、選擇性、可靠性以及靈敏性。傳統的繼電保護往往不能將這四個方面進行合理協調。而智能變電站中基于分層配置的繼電保護配置方案則能夠很好的彌補這一缺點，不僅繼承了傳統繼電保護的優點，而且對傳統繼電保護中存在的缺陷與局限性進行改善。分層配置的繼電保護能夠將全局的信息引入到繼電保護的系統當中，對繼電保護的原理以及配置進行重新審視，從而保證主保護不會受到系統運行方式的影響，這種繼電保護配置能夠對故障元件進行快速的切除，故障切除后系統運行方式也不會對后備保護產生影響，為電網的安全性和可靠性提供保障。

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（作者單位：國網晉中供電公司）