陳玩通

摘 要：隨著國家建設智能電網(wǎng)的進程不斷深入，數(shù)字化變電站也成為變電站發(fā)展的主流趨勢。數(shù)字化變電站技術的發(fā)展給二次系統(tǒng)的信息應用模式帶來了巨大變化，也對繼電保護系統(tǒng)提出了更高的要求。以110 kV電壓的數(shù)字化變電站為例，對數(shù)字化變電站保護存在的問題進行了研究，介紹了數(shù)字化變電站就地保護配置方案的設計與實現(xiàn)過程，具有一定的理論意義和實際應用價值。

關鍵詞：智能電網(wǎng)；數(shù)字化變電站；數(shù)字化保護；保護配置優(yōu)化

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.153

文章編號：2095-6835（2016）20-0153-02

數(shù)字化變電站技術發(fā)展迅速，數(shù)字化變電站在當今社會得到普遍應用，不僅提升了系統(tǒng)的質(zhì)量與性能，還解決了一些原來的問題，從根本上確保了人們的工作與生活用電。鑒于數(shù)字化保護在實現(xiàn)方式、配置方案、硬件構成發(fā)生了很大的變化，為了國家電網(wǎng)的平穩(wěn)運行，必須加強繼電保護工作，但原有的一些方案和措施相對于現(xiàn)階段的問題來說并沒有起到太大的作用，因此需要進一步優(yōu)化。

1 現(xiàn)有數(shù)字化保護存在的問題

1.1 電子式互感器可靠性問題

由于戶外型電子式互感器長期運行在高溫及強電磁干擾的復雜環(huán)境中，其光電器件的特性及傳感單元中部分元件的性能劣化，引發(fā)互感器出現(xiàn)故障，導致輸出信號異常。這必然會影響保護的可靠、穩(wěn)定運行。

1.2 數(shù)據(jù)同步采集問題

目前，數(shù)字化變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)同步采集還存在問題，對于傳統(tǒng)變電站，保護裝置在內(nèi)部實現(xiàn)各個單元的同步采樣，無需和其他保護配合，但是在數(shù)字化前置采集回路，安裝在互感器內(nèi)部，因此，任一互感器同步丟失必將帶來此間隔采樣數(shù)據(jù)失效，從而造成此間隔的相關保護裝置誤動。

1.3 過度依賴過程層網(wǎng)絡

數(shù)字化變電站過程層網(wǎng)絡是全站通信的核心，是連接站內(nèi)各種智能電子設備（IED）的紐帶，所有信息都來源于過程層的GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)。在現(xiàn)有110 kV數(shù)字化變電站中，網(wǎng)絡架構大部分采用GOOSE和SV共網(wǎng)的組網(wǎng)方式，一旦過程層交換機出現(xiàn)故障或者網(wǎng)絡發(fā)生中斷故障，則保護裝置失去應有的功能，嚴重威脅到電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。

2 就地數(shù)字化變電站組網(wǎng)結構

就地數(shù)字化變電站是在就地保護測控基礎上，遵循IEC61850標準規(guī)范，按照“全站統(tǒng)一建模、統(tǒng)一通信、間隔自治、信息共享”的設計原則，實現(xiàn)變電站一、二次設備的融合。

就地數(shù)字化變電站110 kV電壓等級一次設備為GIS組合電器，采用傳統(tǒng)CT、PT，通過電纜連接至就地保護測控裝置。全站組網(wǎng)架構如圖1所示。

由圖1可知，就地數(shù)字化變電站同樣分為3層，即過程層、間隔層和站控層。過程層設備包括保護測控、合并單元、電流互感器、電壓互感器、常規(guī)一次設備；間隔層設備由故障錄波、網(wǎng)絡報文分析儀組成；站控層設備由帶數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控計算機、五防計算機、遠動裝置、GPS時鐘等組成。與現(xiàn)有數(shù)字化變電站相比，就地數(shù)字化變電站具有以下明顯的不同：①由于保護測控就地安裝，過程層增加了保護測控裝置，移除了智能終端，而間隔層只有故障錄波等輔助智能設備；②過程層合并單元MU向間隔層只傳送SV報文，采用IEC61850-9-2協(xié)議，沒有GOOSE報文；③過程層保護測控裝置向站控層傳送MMS報文和GOOSE報文，形成MMS/GOOSE的共網(wǎng)傳輸；④采用傳統(tǒng)CT、PT獨立輸入每個裝置，輸入回路并行工作，保證了保護測控的可靠性。

3 就地保護配置優(yōu)化方案

該站有兩條進線L1和L2，110 kV單母線2分段，2臺3繞組變壓器規(guī)模。主網(wǎng)結構如圖2所示。

3.1 線路就地保護配置優(yōu)化方案

以圖2中L1進線為例，該線路采用數(shù)字化距離保護裝置，采用4個接地距離保護元件、4段相間保護元件和4段四邊形接地元件，用于完成線路主距離保護功能。另外，還配備有過電流元件和電壓元件，用以后備過電流和電壓保護。

線路保護裝置就地安裝于斷路器控制柜內(nèi)，與傳統(tǒng)保護一樣，線路CT、PT及控制回路都采用電纜直接連接就地保護裝置，實現(xiàn)保護測控功能自治，保護功能相對獨立，網(wǎng)絡癱瘓與否不影響保護主要功能的運行，而保護信號部分通過站控層MMS報文傳送至后臺監(jiān)控。

另外，線路CT和PT同時接入就地合并單元MU，通過SV報文傳送至過程層交換機，供故障錄波和網(wǎng)絡分析儀等智能設備分析使用。

3.2 主變保護配置優(yōu)化方案

圖2中的1，2號變壓器保護配置相同，主保護具體配置為差動保護、間隙過流和間隙過壓保護；高、中、低后備保護主要為復合電壓方向過流保護和零序方向過流保護。

變壓器差動保護和間隙保護采用預裝式安裝，將保護直接就地安裝在變壓器上，在一次設備廠家完成接線和調(diào)試，非電量保護裝置直接安裝在本體側(cè)，節(jié)省了大量電纜的同時，大幅度減少現(xiàn)場工作了；變壓器后備保護采用分布式保護，按電壓等級布置子單元后備保護，直接采樣，就地測量，就地控制，高、中、低后備保護分別安裝在高、中、低斷路器側(cè)。配置方案如圖3所示。

由于主變保護就地安裝，差動、高后備、中后備和低后備保護保持了和傳統(tǒng)保護一樣的接線和功能，只是在高后備復壓方向過流保護中，復合電壓邏輯判別是通過GOOSE來接收來自中側(cè)和低側(cè)的電壓邏輯節(jié)點信息。

主變?nèi)齻?cè)CT同時接入就地合并單元MU，通過SV報文傳送至過程層交換機。

3.3 母線保護配置優(yōu)化方案

該站母線保護裝置可以實現(xiàn)母線差動保護、母聯(lián)過流保護、復壓電壓閉鎖保護、母聯(lián)失靈（或死區(qū)）保護以及斷路器失靈保護出口等功能。

母線保護裝置就地安裝于母線保護控制柜內(nèi)，采用電纜直接接收各個連接單元CT和PT采樣信息，其跳閘控制出口采用無源接點輸出，直接接入間隔跳閘回路跳閘，同時通過GOOSE傳輸斷路器位置、一次刀閘位置及啟動失靈保護信息。

3.4 備自投配置優(yōu)化方案

備自投裝置就地安裝在圖2中母聯(lián)110斷路器側(cè)，采用進線備投和分段備投方式。母線及進線L1、L2線路電壓、電流和母聯(lián)電流通過電纜直接接入備自投裝置，通過GOOSE接收進線L1、L2和母聯(lián)的位置信息。

3.5 故障錄波配置優(yōu)化方案

故障錄波裝置安裝在主控室內(nèi)，屬于間隔層設備，同時連接在過程層和站控層交換機上。故障錄波裝置一方面接收來自過程層交換機的SV報文，包含全站各個間隔的電流電壓；另一方面接收來自站控層交換機的GOOSE報文，包含全站各個間隔的位置信息及保護動作信息。

3.6 GOOSE網(wǎng)對保護的作用

由此可知，GOOSE網(wǎng)對保護的作用主要以下4點：①高后備復壓方向過流保護中，復合電壓邏輯判別是通過GOOSE來接收來自中側(cè)和低側(cè)的電壓邏輯節(jié)點信息；②母差保護通過GOOSE傳輸斷路器位置、一次刀閘位置及啟動失靈保護信息；③備自投通過GOOSE接收來自2條進線和母聯(lián)的開關位置狀態(tài)；④故障錄波通過GOOSE接收來自各間隔保護的動作及位置信息。

4 結束語

綜上所述，數(shù)字化變電站以其諸多優(yōu)點在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，但在其為變電站技術帶來變革的同時，給繼電保護提出了新的挑戰(zhàn)。因為數(shù)字化保護在硬件結構、配置方案和實現(xiàn)方式上發(fā)生了明顯的變化，為了響應國家的可持續(xù)發(fā)展觀，保護裝置作為電網(wǎng)重要的二次設備，應在技術成熟、可靠的基礎上積極探索其他實現(xiàn)方式。這就要求我們保護工作者不斷求學、探索和進取，以不斷實現(xiàn)保護配置的優(yōu)化，真正發(fā)揮保護裝置的效果，高效實現(xiàn)保護設備的運行和管理，以保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

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