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500kV智能變電站繼電保護配置設計方案分析

2018-09-10 12:28:26張棋李文娟
企業(yè)科技與發(fā)展 2018年9期
關鍵詞:失靈保護裝置斷路器

張棋 李文娟

【摘 要】隨著電力改革的不斷推進,我國智能電網(wǎng)的建設速度日漸提升,智能變電站繼電保護配置設計也開始成為業(yè)界關注的焦點?;诖耍恼潞唵畏治隽?00 kV智能變電站繼電保護配置設計路徑,并結(jié)合實例對相關設計進行了詳細論述,希望能夠為相關業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

【關鍵詞】500 kV智能變電站;繼電保護配置;線路保護

【中圖分類號】TM77 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688(2018)09-0099-02

作為智能電網(wǎng)的重要組成部分,近年來智能變電站繼電保護設備升級改造的重要性日漸突出,智能電網(wǎng)運行過程中的安全性和可靠性也直接受其影響。為了最大化發(fā)揮繼電保護設備效用,本文圍繞500 kV智能變電站繼電保護配置設計方案開展研究。

1 500 kV智能變電站繼電保護配置設計路徑

1.1 設計原則

智能變電站與傳統(tǒng)變電站在結(jié)構(gòu)、二次設備布置方式、保護接口、通信規(guī)約、對時方式等層面存在顯著差異,智能變電站繼電保護配置設計也因此具備較高獨特性,這種獨特性在繼電保護配置設計原則層面便有著較好體現(xiàn)。在500 kV智能變電站繼電保護配置設計中,為真正實現(xiàn)“可靠性、選擇性、速動性、靈敏性”的要求,設計人員必須遵循雙重化設計原則,因此220 kV及以上電壓等級繼電保護、網(wǎng)絡、相關設備必須遵循雙重化設計原則,如使用主后一體化的保護裝置、配備沒有任何電氣聯(lián)系的2套保護裝置等。此外,保護采樣及跳閘還需要采用直接電纜跳閘的開出量、SMV網(wǎng)絡方式的采樣開入量、GOOSE網(wǎng)絡方式傳輸?shù)拈_入與開出量,500 kV智能變電站繼電保護配置設計方案質(zhì)量將由此得到保障。

1.2 設計路徑

在500 kV智能變電站繼電保護配置設計中,設計人員需關注GOOSE網(wǎng)與繼電保護的配置、非常規(guī)互感器與繼電保護的配置,常規(guī)保護配置方案、集中式保護配置方案的選擇也應得到設計人員的重視。作為2種常見的繼電保護總體配置方案,常規(guī)保護配置方案具備容易實現(xiàn)繼電保護過渡優(yōu)勢,但無法較好適應智能化一次設備變革影響屬于該方案的不足,而集中式保護配置方案則能夠較好適應數(shù)字化繼電保護配置、智能化一次設備變革,但該方案對保護設備的要求較高,電力企業(yè)必須結(jié)合500 kV變電站實際合理選擇繼電保護總體配置方案。

2 500 kV智能變電站繼電保護配置設計實例

2.1 工程概況

為提升研究的實踐價值,本文選擇了某地500kV智能變電站的繼電保護配置設計作為研究對象,考慮到集中式配置方案數(shù)字化保護尚不完善,該智能變電站采用了常規(guī)保護配置方案,并配備了各自獨立的2套保護,本文將對該智能變電站的一套保護進行詳細論述。

2.2 線路保護

2.2.1 500 kV線路保護

500 kV智能變電站繼電保護配置設計的線路保護需圍繞500 kV線路保護、200 kV線路保護依次展開,按照近后備保護原則,500 kV線路保護需配備雙套獨立、完整的保護裝置,因此設計人員選擇了能夠反映各種類型故障的全線速動主保護裝置,其選相功能可與每套保護裝置配備的完整后備保護實現(xiàn)高質(zhì)量配合,這里的后備保護包括各自獨立組屏的兩段零序電流保護、三段接地距離保護、三段相間距離保護。根據(jù)系統(tǒng)工頻過電壓要求,500 kV線路可能受到過電壓的威脅,因此配置了雙套過電壓保護、遠跳保護。由于500 kV智能變電站對端是一個半斷路器接線,因此裝設了遠方跳閘就地判別裝置于線路本側(cè),該裝置的跳閘以“一取一”加就地判別方式控制。為更好開展500 kV線路保護,保護裝置還按斷路器分電流接入了MU,且采用了線路電壓MU單獨接入線路保護裝置的設計,智能終端設計重點考慮了1個合閘線圈、2個跳閘線圈。

2.2.2 220 kV線路保護

220 kV線路保護同樣屬于500 kV智能變電站繼電保護配置設計的重要組成部分,因此設計人員圍繞獨立反映各種類型故障、各自獨立組屏、具有選相功能全線速動保護要求開展了220 kV線路保護設計,設計同樣采用了雙套獨立、完整的保護裝置,每套保護裝置的后備保護組成也與500 kV線路相同,但考慮到200 kV線路的特殊性,線路保護采用了可實現(xiàn)單相、三相、綜合及特殊重合閘方式的線路重合閘功能配置。此外,組合ECVT負責提供電流電壓,雙套配置的合并單元與智能單元的采樣值采用點對點傳輸方式,母差保護動作遠跳功能、母差失靈功能的啟動則需要得到GOOSE網(wǎng)絡傳輸方式的支持。

2.3 500 kV主變保護

采用單相自耦變壓器,500 kV側(cè)、220 kV側(cè)、35 kV側(cè)分別為3/2斷路器接線、雙母線雙分段接線、單母線接線,因此配置了雙套縱聯(lián)差動保護和后備保護,以及1套公共繞組過負荷保護、1套非電氣量保護,其中的后備保護包括低壓側(cè)過流保護、過負荷保護、過勵磁保護、零序電流保護、斷線閉鎖保護、阻抗保護。2套智能操作單元的保護由變壓器保護負責,高壓側(cè)電流量、高壓側(cè)電壓量分別從500 kV斷路器ECT1與ECT2合并單元、高壓側(cè)EVT1合并單元采集,中壓側(cè)ECVT1合并單元、低壓側(cè)ECVT2合并單元、低壓繞組ECT3合并單元、公共繞組ECT4合并單元則分別負責中壓側(cè)電流量和電壓量、低壓側(cè)電流量和電壓量、低壓繞組電流量、公共繞組電流量的采集;非電量智能單元負責變壓器非電量保護,該單元采用單套配置,并采用GOOSE網(wǎng)絡傳輸進行跳母聯(lián)、啟動失靈等故障的應對,失靈保護跳閘命令的接收也需要得到GOOSE網(wǎng)絡的支持。

2.4 500 kV斷路器保護

在半斷路器接線方式下,采用了斷路器單元配置的500 kV斷路器保護,充電保護、重合閘、斷路器失靈保護構(gòu)成了每臺斷路器保護柜,而通過確定“先重合斷路器”“后重合斷路器”,綜合重合閘與斷路器失靈保護的雙重化配置實現(xiàn)將獲得有力支持,雙重化配置需組一面屏。值得注意的是,由于同期重合閘功能需要在邊開關斷路器保護中得到體現(xiàn),因此確定了500 kV斷路器保護實施方案,母線電壓經(jīng)電壓MU分別接入線路PT的MU為500 KV斷路器保護提供了有力保障。

2.5 母線保護

(1)500 kV母線保護。在500 kV智能變電站繼電保護配置設計中,每條母線需配置2套微機型母線保護,為實現(xiàn)二者的相互獨立,每套保護需單獨組屏。由于研究對象工程采用了一個半斷路器接線方式,500 kV母線保護無需設電壓閉鎖元件,但由于接入的元件數(shù)較多,最終選擇了分布式的母線保護形式、直接采樣與直接跳閘方式。如果出現(xiàn)斷路器失靈故障,母差失靈功能的啟動需得到GOOSE網(wǎng)絡傳輸?shù)闹С帧?/p>

(2)220 kV母線保護。采用雙重化配置進行220 kV母線保護,其中2套母差保護選擇了帶有失靈保護功能、復合電壓閉鎖功能的母差保護,且每套母差保護動作于一組跳閘線圈,分段斷路器、母聯(lián)斷路器未采用復合電壓閉鎖,各間隔智能終端、合并單元采用雙套配置,且每套保護獨立組屏。母線保護的失靈保護功能實現(xiàn)需結(jié)合采集的母線保護、線路保護、變壓器電氣量保護等分相,失靈保護功能可由此實現(xiàn),軟件在其中發(fā)揮的分相、三相失靈電流判別需得到重點關注。此外,220 kV母線保護還采用了GOOSE網(wǎng)絡進行失靈啟動、母聯(lián)開關過流保護啟動失靈等開入量傳輸。

2.6 其他保護

(1)220 kV母聯(lián)保護。為實現(xiàn)遙信、遙控、保護功能,采用了測控、保護一體化裝置作為220 kV母聯(lián)/分段保護裝置,雙重化配置、直采直跳方式實現(xiàn)了三相不一致保護、零序保護、過流保護,2套智能操作單元也由此得到了更好保護。

(2)故障錄波器設置。在500 kV智能變電站繼電保護配置設計中,故障錄波器發(fā)揮的重要作用不容忽視,其負責接入智能變電站過程層網(wǎng)絡,采樣值報文收取與模擬量通道數(shù)據(jù)提取、GOOSE報文收取與開關量狀態(tài)信息提取均屬于故障錄波器職能范疇。為保證故障錄波器較好服務于繼電保護,采用了單獨組網(wǎng)的故障錄波器設計,且故障錄波器不接入MMS網(wǎng)絡(500 kV變電站自動化系統(tǒng)站控層),同時按照IEC61850標準進行建模。

(3)保護及故障信息子站設置。保護及故障信息子站設置同樣在500 kV智能變電站繼電保護配置設計方案中占據(jù)重要地位,其主要負責保護及故障錄波、故障測距信息的采集與處理,而為了完成這一系列工作,保護及故障信息子站需要與站控層網(wǎng)絡相連,并通過站控層網(wǎng)絡信息共享方式進行工作,其中網(wǎng)絡相連需經(jīng)過防火墻。此外,向各級調(diào)度部門傳遞信息同樣屬于保護及故障信息子站功能范疇,因此采用了通訊接口統(tǒng)一接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的設置。

3 結(jié)語

綜上所述,500 kV智能變電站繼電保護配置設計具備較高現(xiàn)實意義,在此基礎上,本文涉及的500 kV線路保護、200 kV線路保護、500 KV斷路器保護、500 kV母線保護等內(nèi)容,則提供了可行性較高的智能變電站繼電保護配置設計路徑,而為了進一步提高該設計質(zhì)量,二次設備的網(wǎng)絡化、數(shù)據(jù)平臺的標準化也需要得到業(yè)內(nèi)人士關注。

參 考 文 獻

[1]彭波.110 kV變電站35 kV雙回線后備保護改造[J].低碳世界,2018(3):86-87.

[2]薛鐘,董貝,張云,等.繼電保護裝置研發(fā)的資源配置技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2018,46(4):144-

149.

[3]李書田,楊紅培,金翼,等.變電站繼電保護裝置集中打印方案設計及工程應用[J].電子設計工程,2016,

24(15):56-59,63.

[責任編輯:鐘聲賢]

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