智能变电站继电保护方案优化分析

戴育辉

摘要：随着智能电网概念的提出及智能电网战略目标的制定，已在我国大规模开展建设智能变电站，进而将智能变电站继电保护提上了日程，如何构建更为科学的智能变电站继电保护方案是目前以及未来较长一段时间内广大学者及电力工作者共同研究的课题。文章基于智能变电站总体结构，分析了其继电保护结构体系，并对智能变电站继电保护方案的优化进行了分析。

关键词：继电保护；智能变电站；优化；IEC61850；就地间隔；站域

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0101-02

在我国智能电网建设过程中，智能变电站的建设与发展是关键环节，在给电力行业发展带来机遇的同时，也提出了技术方面的挑战，如何优化和完善智能变电站继电保护技术方案是智能变电站应用过程中的关键环节，因此，对智能变电站继电保护方案优化的研究具有重要意义。随着电力系统自动化领域全球通用标准IEC61850在智能变电站中的深入应用，使继电保护系统整体运行环境发生了变化，强化了继电保护系统与一次设备的紧密联系，进而使传统变电站独立性的继电保护方案失去了效用，在智能变电站继电保护过程中，需要将其看作一个系统性、整体性的过程，这就对广大继电保护工作者提出了新的挑战，需要针对智能变电站结构特点，研究出适宜智能变电站运行及发展的继电保护方案。

1.智能变电站继电保护结构

基于IEC61850标准，典型的智能变电站结构主要由站控层、间隔层、过程层组成，与传统变电站相比，最大的区别在于智能变电站各设备的数据传输与交换由网络取代了电缆，这就决定了智能变电站继电保护与传统变电站继电保护相比，在设备配置原则、技术性能要求、部件功能划分等方面存在较大的差异。因此，优化后的智能变电站继电保护方案必须结合其整体结构体系及技术特点来制定，在保证系统整体安全性、稳定性、快速性、灵敏性、扩展性的基础上，构建由就地保护层、站域保护层和广域保护层组成的层次化智能变电站继电保护系统。在分层式的继电保护系统中，广域保护层所面向的对象是区域电网这一整体，根据多个变电站的综合信息，进行分析、判别和决策，从而实现相关保护功能及安全控制；站域保护层以变电站为整体范围，结合站内各对象信息进行判别和决策，实现变电站层相关保护及安稳控制功能，就地保护层所涉及的范围更具体，其以单个保护设备为对象，根据单个对象的信息独立进行判别及决策，从而实现故障的准确与快速切除。三层保护之间互相配合、密切联系，就地保护为基础，站域保护与广域保护协同运行，共同组成完整的智能变电站继电保护体系。

2.智能变电站继电保护方案优化

结合智能变电站实际情况，并以上文所述优化后的智能变电站分层式继电保护体系为框架，对智能变电站继电保护优化方案作如下分析。

2.1就地间隔保护方案

通过靠近保护设备就地化布置继电保护装置，从而缩短二者之间的距离是继电保护系统发展的一种重要趋势，因此，智能变电站就地间隔保护是一个不可或缺的组成部分。从目前智能变电站继电保护应用实践经验来看，主后备一体化的微机线路和变压器保护对于智能变电站的安稳运行具有重要的作用，值得广泛推广和深入研究。

一般情况下，就地间隔保护采用电缆采样及电缆跳闸，并通过GOOSE网络实现连闭锁功能。电缆采样可使保护动作的完成无需外部时钟，更加稳定和可靠，电缆跳闸的使用则使保护动作更具实效性和速动性，而GOOSE网络能实现连闭锁功能，使IEC61850信息共享的优势得到充分发挥。这些决定了就地间隔层具有独立、自主的优点，其它区域内的故障均不会影响就地间隔层主保护功能的发挥。

另外，随着电力、电子等技术发展与融合，就地化间隔保护可实现集成化，但在考虑保护集成的同时，需注意保护装置性能的发挥，以免因为刻意的集成而导致保护装置精准性及可靠性的降低，因此，在选择集成时需要注意一定的原则，一般可针对同一保护对象进行适当保护集成，例如，过电压保护可集成于线路保护中等等。

2.2跨间隔保护方案

母线保护一般涉及到不同的电压等级，因此，就地化方案需考虑其特殊性。主要通过分布式母线方案来实现，一般采用由主机和从机组成的主从方式，具体而言主要有以下两种方案。其一，采用“主单元CU+间隔单元BU+数据汇集单元MU”的方案，cu通过MU读取所采集的数据，并作保护原理判别。其中，BU为独立装置，可就地化安装，主要负责本间隔电流量的采集及预处理。并将A/D转换的相关数据传送至CU。BU主要识别本间隔刀闸位置及监视开关位置，也将相关信息传送至CU，并接收CU的动作指令，对开出跳闸操作箱实施保护；其二，采用“智能变电站母线保护为主机+智能变电站智能组件为从机”的方案，主机汇集母线保护数据及判别保护原理，从机采集数据量及执行跳闸。对于以上两种方案，从技术成熟性，以及运行稳定性、可靠性考虑，在实践过程中推荐采用方案一。

2.3站域保护方案

基于IEC61850通信规约，可实现全站信息的共享，从而保证站域保护更易收集到站内所有间隔电压、电流及断路器、刀闸位置的相关实时信息，进而实现站内所有一次设备的集中近后备保护功能。近后备保护涉及多个装置，他们通过站域保护的整体逻辑来相互配合，他们之间的协作关系与传统继电保护类似。一般站域保护包括采集数据、计算数据与判别故障位置、决策保护跳闸这几个组成部分。通过IEC61850规约采集保护所需的电压、电流电气量、各断路器状态信息等。并利用所汇集的信息计算、判别故障方向、距离信息，确定故障位置，然后结合判断结果通过过程层网络将跳闸策略发送到相应间隔的智能终端，完成相关保护动作。基于站域保护动作的可靠性考虑，建议采用冗余配置。

2.4广域电网保护方案

区域电网保护在智能变电站继电保护体系中占据着重要的地位，可解决电网运行实际中多个问题。首先，受后备保护整定逐级配合方式的影响，保护动作整个过程时间较长，电网运行方式复杂情况下将导致动作灵敏性下降，但区域电网保护的应用可简化后备保护、提高后备保护效率；其次，继电保护的实现是以数据测量为基础的，保护定值的离线整定未考虑电网运行过程的动态性，但借助区域电网信息能了解电网的运行状态，从而优化后备保护定值；最后，继电保护的直接目标是切除故障元件，其本身与安全自动装置缺乏联系、协作，从而忽略了故障切除后对电网运行的影响，但区域保护与安全自动装置的协调避免了上述相关问题。

3.结论

智能变电站采用由就地间隔保护、站域保护和区域电网保护构成的继电保护系统后，电力系统安全性、可靠性、稳定性得到了保障，通过三者有机结合和相互协作，可满足智能变电站发展需要，基于智能变电站结构上的差异性，在具体实践中还需结合智能变电站实际制定继电保护方案。