110kV 智能變電站繼電保護(hù)若干問題研究

樊鵬鵬

（中交機(jī)電工程局有限公司，北京 100020）

為了能夠應(yīng)對(duì)供需平衡，我國針對(duì)電力企業(yè)專門出臺(tái)了相應(yīng)的管理措施和鼓勵(lì)政策，確保電力企業(yè)能夠在滿足我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的大背景下保持長久穩(wěn)定的發(fā)展。在此原則下，電力企業(yè)就不應(yīng)當(dāng)將過多地關(guān)注點(diǎn)放在供電總量上，而是應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代化的發(fā)展需求對(duì)電力服務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)，確保電力服務(wù)水平的提升。

1 智能變電站的特點(diǎn)

智能化變電站采用了開放式的分層分布系統(tǒng)應(yīng)用，是由不同的站控層、間隔層以及過程層共同構(gòu)成。采用了標(biāo)準(zhǔn)化的通信標(biāo)準(zhǔn)，所以站內(nèi)信息不僅具備共享性同時(shí)也有唯一性的特點(diǎn)，能夠在進(jìn)行相關(guān)信息采集的過程中不會(huì)出現(xiàn)信息之間的重復(fù)和重疊，方便后期工作人員在辨識(shí)故障信息時(shí)不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)的問題。

站控層主要是由主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置以及二次功能站統(tǒng)一組成，設(shè)備為站內(nèi)的人機(jī)器提供對(duì)應(yīng)的聯(lián)系界面，能夠幫助操作人員進(jìn)行不同層級(jí)之間的設(shè)備管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站全面的監(jiān)控，并形成統(tǒng)一的管理。當(dāng)然，站控層也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)度和監(jiān)控的目的。

間隔層則是由很多二次子系統(tǒng)共同構(gòu)成的，它也包括了對(duì)設(shè)備的保護(hù)、測量以及計(jì)量的設(shè)備應(yīng)用。當(dāng)站控層以及其相關(guān)網(wǎng)路出現(xiàn)問題無法發(fā)揮應(yīng)有作用時(shí)，該間隔層仍可以獨(dú)立完成設(shè)備的監(jiān)控以及保護(hù)的工作。

過程層則是由互感器、合并單元以及智能化單元構(gòu)成的，它用于完成二次系統(tǒng)以及一次設(shè)備的相關(guān)功能的應(yīng)用，充分的進(jìn)行對(duì)電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行過程的檢測以及對(duì)主控命令的執(zhí)行等任務(wù)。

2 目前智能化變電站繼電保護(hù)應(yīng)用過程中的常見問題

在電力應(yīng)用發(fā)展的早期，為了能夠滿足區(qū)域內(nèi)電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平，在發(fā)展建設(shè)過程中以覆蓋全面無遺漏為主。而在這個(gè)過程中必然會(huì)存在一定的不足，且當(dāng)時(shí)的電力應(yīng)用技術(shù)還不夠先進(jìn)，電力網(wǎng)絡(luò)化的水平不足，即便是應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)化的電源點(diǎn)也僅僅適用于網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，而忽視了其所具有的其他應(yīng)用能力。所以在應(yīng)用過程中對(duì)于電能輸入的限制水平較高，這一問題也引起了我國供電企業(yè)的高度關(guān)注。

近些年，城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展速度不斷地加快，相應(yīng)的電力設(shè)施的覆蓋范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，但仍有部分區(qū)域的配電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用比較落后。使用了冗長的電力輸送線路，造成線路負(fù)載過大電源負(fù)荷提升，很容易引發(fā)大面積停電的事故，給人們的日常生活和生產(chǎn)造成影響。

在早期的電力網(wǎng)絡(luò)施工前期，對(duì)于電力線路的設(shè)計(jì)通常是結(jié)合實(shí)際使用需求進(jìn)行的。沒有經(jīng)過合理的規(guī)劃和長遠(yuǎn)的計(jì)劃，所以在線路材料選擇方面與國際電網(wǎng)線路規(guī)格無法匹配[1]。而后隨著區(qū)域用電需求的不斷增加，電力網(wǎng)絡(luò)的搭建和設(shè)計(jì)一直也沒有進(jìn)行規(guī)范，造成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)混亂，給后續(xù)的維護(hù)工作造成一定的困擾。后續(xù)的維護(hù)和修理工作也沒有達(dá)到預(yù)期，進(jìn)而增加了電力能源的浪費(fèi)，甚至給當(dāng)?shù)氐碾娏ζ髽I(yè)造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

在對(duì)供電企業(yè)進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)干擾的問題，這些因素主要是由于早期電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用沒有及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和更換，設(shè)備老化情況嚴(yán)重，技術(shù)應(yīng)用較為落后，這也是導(dǎo)致后續(xù)在應(yīng)用過程中事故頻發(fā)的問題。而很多電力事故的發(fā)生也都是源于電路老化設(shè)備短路等，這也給電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)步運(yùn)行造成了極大的困擾。

3 關(guān)于110kV 智能變電站繼電保護(hù)的配置情況

3.1 智能化的應(yīng)用

一般來說，無論是常規(guī)變電站還是智能變電站，都會(huì)采用控制斷路器的分合閘來實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的應(yīng)用。而隨著技術(shù)應(yīng)用的升級(jí)，還會(huì)有一些線路支路配合使用具有電能測量或是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的設(shè)備。比如我們經(jīng)常見到的電流互感裝置以及電壓互感裝置，它們甚至可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)測量的應(yīng)用目標(biāo)[2]。所以無論是電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際結(jié)構(gòu)還是建設(shè)的基礎(chǔ)化設(shè)備配置，智能化變電站與傳統(tǒng)變電站相比更具先進(jìn)性和創(chuàng)新性。通過技術(shù)應(yīng)用的提升，有效地對(duì)電力設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行了完善，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用技術(shù)也能夠讓智能化變電站的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平得到提升。在對(duì)智能化變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)注意雙重化配置方式的應(yīng)用。這是由于這種配置方式能夠極大地提升整個(gè)系統(tǒng)配置的應(yīng)用可靠性，也能夠使智能化變電站的應(yīng)用更具可靠性。雙重化配置的應(yīng)用具體來說就是在A/D 采樣回路、光纖連接以及智能化終端等采取更加合理地控制服務(wù)，確保各項(xiàng)應(yīng)用能夠得到進(jìn)一步的保障，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)的目標(biāo)。在應(yīng)用過程中也應(yīng)用到了智能化電子設(shè)備，通過智能變電站建造，確保繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案能夠滿足國際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)要求。

3.2 輸電線路的保護(hù)

在進(jìn)行110kV 智能變電站的設(shè)計(jì)之初就應(yīng)當(dāng)考慮后續(xù)的維護(hù)工作的執(zhí)行和應(yīng)用。通過前期的智能化的預(yù)設(shè)工作能夠在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)也可以在線路中安裝對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)，在特定的狀況下能夠直接進(jìn)行遠(yuǎn)程的跳閘控制，避免因?yàn)椴糠止收系脑蚨斐烧麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，給電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。通過網(wǎng)絡(luò)信息化的技術(shù)應(yīng)用能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)之間的支路連接，然后借助電流互感裝置以及電壓互感裝置的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，如果回傳的數(shù)據(jù)變化較大則可能存在故障，此時(shí)應(yīng)當(dāng)針對(duì)性地進(jìn)行故障排除，避免因小失大造成更大的安全隱患。

3.3 分布式母線保護(hù)

母線是電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備，也是在進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)檢驗(yàn)和檢修過程中需要重點(diǎn)注意的對(duì)象。一方面是這種設(shè)施其擴(kuò)展性能較差，其次進(jìn)行二次接線時(shí)的操作較為復(fù)雜。為了能夠有效地提升智能變電繼電保護(hù)的性能，需要從母差保護(hù)的邏輯入手進(jìn)行簡化[3]。借助過程層的分布式母線就能夠有效地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它的應(yīng)用原理主要是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用以及智能短路的方式來去除母差，保護(hù)過程中的負(fù)壓閉鎖元件，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)母線的獨(dú)立化保護(hù)，達(dá)到保護(hù)母線順利使用的目標(biāo)。

4 關(guān)于110kV 系統(tǒng)繼電保護(hù)配置的設(shè)計(jì)

4.1 智能變電站的線路

在進(jìn)行110kV 智能變電站的建設(shè)設(shè)計(jì)過程中，首先需要做好對(duì)變電站線路的保護(hù)工作，確保當(dāng)線路出現(xiàn)故障問題時(shí)能夠借助智能化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，這樣就能夠便于管理人員及時(shí)找到問題點(diǎn)甚至是問題的原因進(jìn)行處理，極大地提升了維修的效率[4]。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要在線路中安裝斷路器等設(shè)備，借助這個(gè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)故障狀態(tài)下的跳閘以保護(hù)其他的線路，避免其受到更大的損害。通過安裝保護(hù)測控裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與每個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)支路相互連接，快速地對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況進(jìn)行采樣，并于智能化終端聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。當(dāng)然，通過安裝電流互感器以及電壓互感器，也能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中的電壓進(jìn)行有效檢測，定期進(jìn)行電壓分析，快速找到安全隱患。

4.2 變壓器補(bǔ)償保護(hù)

一般來說，在電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過程中會(huì)設(shè)置補(bǔ)償裝置，主要分為靜止補(bǔ)償器以及同步調(diào)相機(jī)或是并取電容器等設(shè)備。這些裝置的應(yīng)用功能主要是在相互作用下能夠改變線路中輸送的無功功率的因數(shù)，通過改變因數(shù)的方式來改變變壓器以及供電廠在供電過程中的無功損耗功率的減少。在我國的供電系統(tǒng)中最常見的就是110 kV 配電網(wǎng)絡(luò)，通過在這些裝置上面配置電容器組，能夠有效地增加補(bǔ)償容量。這種應(yīng)用方式在我國的農(nóng)村地區(qū)的電力應(yīng)用中作用非常明顯，在電力使用高峰期如果不采取相應(yīng)的措施就會(huì)導(dǎo)致帶電網(wǎng)負(fù)荷較大，而相應(yīng)的設(shè)備的符合變小。如果電網(wǎng)長期不間斷地運(yùn)行下去就會(huì)導(dǎo)致無功負(fù)荷的不斷上升，很容易造成用電事故。所以針對(duì)此類問題采取大容量無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行自動(dòng)化的投切，就能夠有效降低電網(wǎng)的無功損耗，實(shí)現(xiàn)變電所的集中補(bǔ)償保護(hù)的目的。

5 關(guān)于站內(nèi)繼電保護(hù)的檢測應(yīng)用

傳統(tǒng)的合并器所發(fā)出的光數(shù)字信號(hào)能夠有效地替代輸入保護(hù)裝置的電壓并對(duì)電流量進(jìn)行模擬，傳統(tǒng)的保護(hù)測試設(shè)備只能進(jìn)行模擬量的輸出，但這個(gè)輸出值與實(shí)際數(shù)值之間還存在一定的差量。隨著技術(shù)的革新和完善使得現(xiàn)有的光數(shù)字保護(hù)測試儀器能夠從保護(hù)裝置的以太網(wǎng)口進(jìn)行輸入，有效地提升了數(shù)字化測試信號(hào)的準(zhǔn)確性，也簡化了原有的操作步驟。當(dāng)然技術(shù)的個(gè)性化也帶來了一定的挑戰(zhàn)，對(duì)于應(yīng)用的水平要求變得更高，同時(shí)在應(yīng)用的過程中要必須考慮跨間隔數(shù)據(jù)的要求的保護(hù)裝置在作用過程中不同間隔間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，彼此之間必須達(dá)到時(shí)間上的一致性才可以，如果差距較大則很難實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的目的。

對(duì)于智能化變電站中的一次和二次設(shè)備，需要借助網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)送以及采集的方式來實(shí)現(xiàn)保護(hù)作業(yè)。將所采集的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端并進(jìn)行分析，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)論進(jìn)行指令下發(fā)，尤其是在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，這種簡潔的操作方式能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備第一時(shí)間的控制，使問題設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免設(shè)備進(jìn)一步損壞。這種保護(hù)措施的應(yīng)用是建立在網(wǎng)絡(luò)以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修的方式上的，所以能有效地提升設(shè)備運(yùn)行的安全性。

110kV 智能變電站在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于信號(hào)的使用主要是通過GOOSE 協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)摹Ｍㄟ^技術(shù)優(yōu)化對(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)采集進(jìn)行了改變，使得在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上將不同信號(hào)進(jìn)行分離，如此就不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)誤差的情況。

6 110kV 智能變電站繼電保護(hù)具體對(duì)策

6.1 優(yōu)化繼電保護(hù)配置

第一，選擇合適的變壓器保護(hù)裝置。從技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，110kV 智能變電站應(yīng)該選擇應(yīng)用雙套配置方式保護(hù)變壓器的正常運(yùn)行，且采用主、備一體化繼電保護(hù)裝置。如果現(xiàn)場條件較差，應(yīng)該將主、后備保護(hù)器分別設(shè)置，以達(dá)到測控一體化的標(biāo)準(zhǔn)。

第二，優(yōu)化母聯(lián)保護(hù)裝置。110kV 智能變電器的母聯(lián)保護(hù)裝置應(yīng)該和智能化單元融合形成整體結(jié)構(gòu)，形成完善的整體系統(tǒng)，從而可以達(dá)到直接跳閘、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的要求。考慮到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，110kV 智能變電站繼電分段需要采用單套配置的模式，達(dá)到測控一體化標(biāo)準(zhǔn)，其繼電保護(hù)性能符合運(yùn)行的要求。同時(shí)，110kV 變電站分段保護(hù)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直跳的形式，滿足系統(tǒng)安全保護(hù)的要求。

第三，線路優(yōu)化配置和應(yīng)用。在110kV 智能變電站線路保護(hù)應(yīng)用中，通過單套完整的主、后備功能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，并且安裝測控一體化系統(tǒng)。

第四，母線保護(hù)裝置合理選擇。110kV 變電母線保護(hù)系統(tǒng)一般是應(yīng)用單套設(shè)置的形式，各個(gè)間隔重點(diǎn)所提供的信號(hào)利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞胶湍妇€保護(hù)系統(tǒng)連接。這種系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)形式，母線裝置容量和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)存在直接的關(guān)系。以目前的110kV 智能化變電站建設(shè)具體情況分析，單口同時(shí)接入的合并單元不能超過6 個(gè)，要想實(shí)現(xiàn)等間隔取樣的要求，需要在現(xiàn)場設(shè)置千兆交換器，以滿足運(yùn)行要求。

6.2 合理運(yùn)用狀態(tài)檢修

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)水平提升比較明顯，110kV 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、應(yīng)用等方面都有了很快的發(fā)展，技術(shù)水平不斷的提高，并且可以給電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性提升打下基礎(chǔ)。因此，為了能夠防止發(fā)生嚴(yán)重的故障問題，電力企業(yè)需要嚴(yán)格落實(shí)檢修工作，制定科學(xué)合理的檢修工作計(jì)劃，明確工作職能和工作標(biāo)準(zhǔn)，從而使得繼電保護(hù)裝置穩(wěn)定運(yùn)行。一方面給各個(gè)電力用戶提供穩(wěn)定能源供應(yīng)，另一方面可以保證110kV 電站穩(wěn)定運(yùn)行。

6.3 處理好電流互感器飽和問題

電流互感器如果存在飽和反應(yīng)，容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性不足。首先，要選擇符合系統(tǒng)運(yùn)行要求的電力互感器，充分考慮智能變電站線路短路互感器交流飽和問題方面，做出有效的分析，比如10kV 線路交流互感器必須超過額定值的60%，同時(shí)在二次負(fù)載結(jié)構(gòu)上會(huì)出現(xiàn)阻抗的問題，電流互感器要防止方式二次阻抗的問題，所以一般在沒有任何繼電保護(hù)的情況之下才應(yīng)用交流互感器。

7 結(jié)語

在電力使用需求不斷增加的今天，智能變電站的應(yīng)用變得更加重要。如果要確保電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的高效性以及穩(wěn)定性，就必須做好110kV 智能變電站的技術(shù)研究和突破，通過對(duì)現(xiàn)有問題地研究和分析，不斷進(jìn)行嘗試和解決，從而確保110kV 智能變電站更好地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，保障電力供應(yīng)服務(wù)更加優(yōu)化。