220 kV智能變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化分析

趙文龍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

1 工程案例

本文以某市市政規(guī)劃建設(shè)智能變電站項(xiàng)目為例，目前已有220 kV變電站原有主變?cè)O(shè)備兩臺(tái)，每臺(tái)主變?cè)O(shè)備的基礎(chǔ)容量參數(shù)為180 MVA，220 kV出線4回、66 kV出線10回，為了進(jìn)一步滿足市政智能變電站建設(shè)要求，變電站需要增設(shè)兩臺(tái)主變，以保證每臺(tái)主變能達(dá)到240 MVA，且220 kV出線8回、66 kV出線26回。為此，對(duì)智能變電站繼電保護(hù)項(xiàng)目展開(kāi)了全面升級(jí)改造。

2 220 kV智能變電站繼電保護(hù)具體方案

2.1 設(shè)計(jì)要求

在安全性與可靠性設(shè)計(jì)方面，220 kV智能變電站繼電保護(hù)工作中，要確保變電站在正常運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)繼電保護(hù)動(dòng)作，并且能在一定程度上規(guī)避誤動(dòng)產(chǎn)生的不良影響。建立可靠性繼電保護(hù)體系是指能在元件保護(hù)范圍內(nèi)及時(shí)對(duì)故障問(wèn)題作出反應(yīng)，發(fā)送相應(yīng)的提示信號(hào)，建立完整、精準(zhǔn)的變電站運(yùn)行監(jiān)管平臺(tái)[1]。在實(shí)時(shí)性方面，要求能夠靈敏地了解繼電保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的相關(guān)故障，并配合短路點(diǎn)位置、類型以及過(guò)度電阻等相關(guān)信息建立合理有序的管控平臺(tái)，最大程度上預(yù)防220 kV智能變電站繼電保護(hù)不合理問(wèn)題。在常規(guī)化檢測(cè)方面，要求能在準(zhǔn)確判定系統(tǒng)故障后有效縮小故障的范圍，并且切除故障，真正意義上提升線路與變電站設(shè)備安全管理的水平。

2.2 具體方案

在明確220 kV智能變電站繼電保護(hù)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要求落實(shí)對(duì)應(yīng)的工作，從而提升保護(hù)水平，維持智能變電站常規(guī)化管理的實(shí)效性。

2.2.1 保護(hù)變壓器

在220 kV智能變電站繼電保護(hù)工作中，要對(duì)變壓器接線、接地?zé)簟㈦娏鲄?shù)以及電壓參數(shù)等予以實(shí)時(shí)性檢測(cè)，從而保證相應(yīng)的保護(hù)工作順利開(kāi)展，維持變壓器運(yùn)行的規(guī)范性與安全性。另外，實(shí)現(xiàn)變壓器的非電量保護(hù)，借助就地直接電纜跳閘的處理方式，利用本體智能終端傳輸?shù)竭^(guò)程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，配合測(cè)控裝置將信息匯總在站控層多媒體信息服務(wù)（Multimedia Message Service，MMS）網(wǎng)絡(luò)中，完整終端配置的具體要求[2]。220 kV智能變電站主變保護(hù)單套技術(shù)實(shí)施方案如圖1所示。

圖1 220 kV智能變電站主變保護(hù)單套技術(shù)實(shí)施方案

2.2.2 保護(hù)電容器

在電容器應(yīng)用過(guò)程中，要借助繼電保護(hù)完成電壓檢測(cè)，從而了解電容器的實(shí)時(shí)性應(yīng)用狀態(tài)，以維持綜合應(yīng)用效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，提升220 kV智能變電站綜合管理的水平。

2.2.3 高壓電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)保護(hù)

在220 kV智能變電站常規(guī)化運(yùn)行過(guò)程中，有源電壓數(shù)值不足及電源工作負(fù)荷參數(shù)較大的問(wèn)題比較常見(jiàn)。此時(shí)，同步穩(wěn)壓電動(dòng)機(jī)在電源同步繼電保護(hù)工作中會(huì)發(fā)揮重要作用，要借助非線性同步波沖擊與大電流等手段有效建立同步發(fā)動(dòng)機(jī)同步繼電保護(hù)匹配方案，從而更好地提升220 kV智能變電站繼電保護(hù)的綜合運(yùn)行效率[3]。

2.2.4 保護(hù)線路

220 kV智能變電站繼電保護(hù)能依據(jù)電壓等級(jí)等基礎(chǔ)信息評(píng)估接地方式的合理性與安全性，最大程度上確保接地線路相關(guān)故障維護(hù)工作的規(guī)范效果，提升線路保護(hù)的基本質(zhì)量，減少安全隱患。并且，220 kV智能變電站繼電保護(hù)要遵循雙重化配置原則，以確保每套保護(hù)系統(tǒng)都具備可靠、安全且完備的功能。其雙重化配置如圖2所示。

圖2 雙重化配置

2.2.5 繼電保護(hù)裝置

繼電保護(hù)本身就存在區(qū)別化功能，需要結(jié)合電力系統(tǒng)元器件的情況落實(shí)判定機(jī)制，若變電站間隔較多，則要利用分布式母線保護(hù)處理機(jī)制，如圖3所示。將網(wǎng)絡(luò)接口均勻分布到主單元與子單元中，建立面向間隔的保護(hù)體系，配合若干單元裝置，提升功能的時(shí)效性，并且保證電力系統(tǒng)能按照標(biāo)準(zhǔn)化流程有序開(kāi)展相應(yīng)工作。

圖3 分布式母線保護(hù)

一般而言，接線難度與線路損耗正相關(guān)，接線越是便捷，對(duì)應(yīng)的線損及耗能就越少，因此采取保護(hù)單相的方式。220 kV電流速斷線路保護(hù)單相原理如圖4所示。

圖4 220 kV電流速斷線路保護(hù)單相原理

由圖4可知，電流繼電器KA接在電流互感器TA的二次側(cè)，動(dòng)作后中間繼電器KM啟動(dòng)，觸點(diǎn)閉合后QF跳閘，保證電路安全[4]。另外，在220 kV智能變電站繼電保護(hù)接線處理工序中，要確保接線過(guò)程的設(shè)計(jì)單元能滿足整個(gè)系統(tǒng)中總線路與子線路的運(yùn)行要求，從根本上避免交叉問(wèn)題造成的安全隱患，并且規(guī)避繼電保護(hù)運(yùn)行質(zhì)量受限等問(wèn)題。

2.2.6 保護(hù)發(fā)電機(jī)

在220 kV智能變電站繼電保護(hù)工作中，發(fā)電機(jī)保護(hù)配置工作非常關(guān)鍵。在發(fā)電機(jī)較為常見(jiàn)的故障中，定子繞組產(chǎn)生的相應(yīng)連鎖反應(yīng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)常規(guī)化運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響，出現(xiàn)定子繞組過(guò)電流、對(duì)稱過(guò)負(fù)荷以及定子繞組過(guò)電壓等異常狀態(tài)。針對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置，要從主保護(hù)以及后備保護(hù)兩個(gè)方面入手。

一方面是主保護(hù)，主要是縱差動(dòng)保護(hù)，借助霍夫電流定理（見(jiàn)圖5）比較發(fā)電機(jī)中性端與機(jī)端兩側(cè)電流參數(shù)，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，差動(dòng)繼電器的電流為零，而在出現(xiàn)內(nèi)部故障后，差動(dòng)繼電器會(huì)動(dòng)作。借助差動(dòng)保護(hù)就能及時(shí)了解相關(guān)問(wèn)題，有效明確電機(jī)內(nèi)部繞組的相間故障或者是引出線的相關(guān)故障[5]。

圖5 霍夫電流定理

另一方面是后備保護(hù)，主要是單相接地保護(hù)。在發(fā)電機(jī)定子繞組任一點(diǎn)出現(xiàn)單相接地問(wèn)題后，單相接地保護(hù)就能結(jié)合要求時(shí)限完成跳閘或信號(hào)處理。

除此之外，3次諧波電壓保護(hù)和零序過(guò)流定子接地保護(hù)等方式也都利用對(duì)應(yīng)的設(shè)施與技術(shù)處理方案，在維護(hù)智能變電站繼電保護(hù)規(guī)范要求的同時(shí)，完成發(fā)電機(jī)保護(hù)處理工作。

3 220 kV智能變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化升級(jí)方案

3.1 技術(shù)升級(jí)要點(diǎn)

3.1.1 監(jiān)測(cè)技術(shù)

應(yīng)用220 kV智能變電站繼電保護(hù)監(jiān)測(cè)技術(shù)就是對(duì)可能存在的故障問(wèn)題予以實(shí)時(shí)性監(jiān)控，從而有效獲取相關(guān)裝置及元件的信息，確保監(jiān)控流程的規(guī)范性，能為繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行與工作起到輔助作用[6]。首先，利用相匹配的監(jiān)測(cè)模塊，憑借傳感器等相關(guān)設(shè)置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性匯總處理。其次，搭配對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用方案，保證監(jiān)控技術(shù)體系及時(shí)向數(shù)據(jù)處理中心提供變電站系統(tǒng)的相關(guān)信息。最后，整個(gè)變電站集中調(diào)度中心能按照具體操作更好地維持相關(guān)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用質(zhì)量[7]。

3.1.2 回路技術(shù)

回路技術(shù)主要是在220 kV智能變電站繼電保護(hù)回路體系中，對(duì)220 kV智能變電站繼電保護(hù)回路設(shè)計(jì)予以及時(shí)性的改進(jìn)和完善。繼電保護(hù)操作回路是二次回路的基本回路，配合裝置的跳合閘指令能利用回路實(shí)現(xiàn)斷路器分合閘行為，充分落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的對(duì)應(yīng)內(nèi)容。二次繞組并列回路分析如圖6所示。

圖6 二次繞組并列回路分析

在220 kV智能變電站繼電保護(hù)體系中，一次回路與二次回路繞組的設(shè)計(jì)內(nèi)容非常關(guān)鍵。回路的設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照繼電保護(hù)處理方案落實(shí)，保證I母線和I母PT線的規(guī)范性，維持PT檢修的效果，從而確保智能變電站實(shí)際功能得以優(yōu)化。在回路技術(shù)方案中，要充分發(fā)揮傳感器和檢測(cè)裝置的合理配置優(yōu)勢(shì)，從而保證操作指導(dǎo)的規(guī)范性，進(jìn)一步強(qiáng)化智能變電站智能保護(hù)調(diào)試能力，也為220 kV智能變電站繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)時(shí)性監(jiān)控提供保障，真正意義上打造更加便捷的自動(dòng)化控制平臺(tái)[8]。

3.2 系統(tǒng)融合

3.2.1 組網(wǎng)升級(jí)

要對(duì)智能變電站組網(wǎng)方式予以集中的升級(jí)與優(yōu)化處理，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的變電站運(yùn)行模式、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系不能完全適應(yīng)于智能變電站，所以在建設(shè)工作中要對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的整改處理，并且結(jié)合220 kV智能變電站繼電保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)組成模式予以優(yōu)化，才能匹配實(shí)際運(yùn)營(yíng)要求，發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用效能[9]。在網(wǎng)絡(luò)組成模式優(yōu)化升級(jí)的基礎(chǔ)上，差異化處理變電站各個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，維持系統(tǒng)融合的規(guī)范性與科學(xué)性。

3.2.2 整合處理

將繼電保護(hù)、檢測(cè)儀器設(shè)備作為整合要素，在已有變電站系統(tǒng)相關(guān)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，確保信息收集與傳遞更加便捷規(guī)范。首先，要整合變電站內(nèi)部的設(shè)備配置，以便于繼電保護(hù)信息匯總及信息告警工作能第一時(shí)間匯總到數(shù)據(jù)處理中心[10]。其次，要對(duì)電量計(jì)算器系統(tǒng)予以綜合處理，在提升系統(tǒng)運(yùn)行效率的基礎(chǔ)上，確保變電站管理水平更加規(guī)范。

4 結(jié) 論

在220 kV智能變電站繼電保護(hù)工作中，要結(jié)合技術(shù)要點(diǎn)及管理要求，在匹配使用方案的同時(shí)確保自動(dòng)化處理技術(shù)內(nèi)容能發(fā)揮其實(shí)際價(jià)值，提高操作管理的實(shí)效性，也為智能變電站實(shí)現(xiàn)多元智能化管理提供支持，促進(jìn)變電站可持續(xù)發(fā)展。