智能电网中站域保护的研究与应用

2017-03-16莫薇

科技创新与应用 2017年5期

摘要：传统继电保护不能反映电网整体运行情况，相互之间缺乏配合，而站域保护装置面向智能变电站，采集站内所需的各信息量，实现就地化保护的冗余和优化。同时，站域保护替代了站内低周低压减载、备自投等安全自动装置，提升了变电站层面的安全控制功能。基于智能变电站信息共享的站域保护信息量完整，改善了传统继电保护的不足，确保了电力系统安全稳定的运行。

关键词：智能变电站；站域保护；继电保护；后备保护

引言

随着电网迅速发展，新一代智能变电站应运而生。站域保护则是新一代智能变电站后备保护的重要技术之一。目前智能变电站继电保护系统中，保护的可靠性主要依靠两套保护装置双重化配置来实现，这往往使保护只关注到该间隔的单一元件而缺乏系统层面的协调[1]。而站域保护的优势就在于能克服此问题，使继电保护由间隔保护装置时代向整体保护系统时代转变，并更加经济可靠[2]。当前，国际相关领域已开始重视站域保护的研发与应用，国内各电气设备厂家也相继推出了第一代站域保护。文章基于国家电网提出的层次化继电保系统控制要求，针对站域保护控制装置在新一代智能变电站中的研究应用进行了重点论述。

1 站域保护的原理与配置

1.1 保护原理

在智能变电站中，站域保护通过GOOSE及SV组网从所需的智能终端、合并单元采集电流电压、元件动作等相关数据，进行逻辑判断后快速精确的切除故障。智能变电站的组网设计使站域保护可以完全获取全站信息，配置一套保护就能将10kV简易母差、备自投、低频减载及线路间隔后备保护整合集成，大大简化了保护配置。同时，站域保护与就地保护间紧密配合，解决了单一间隔保护不能解决的问题，提高了变电站后备保护的快速性和可靠性。

1.2 功能配置

目前，220kV及以上电压等级的变电站大部分采用双重化保护配置，所以站域保护多用于110kV变电站，作为单套主保护的后备保护及冗余保护[3]。站域保护的具体功能配置如下：（1）作为线路主保护的后备保护，包含开关失灵保护功能，缩短后备保护切除故障的时间。同时包含了10kV简易的母线保护，较之主变低后备保护更加快速、准确的切除10kV母线故障。（2）作为单套保护的冗余，如主变、线路的冗余保护，以及母联开关的过流保护。（3）作为变电站内安全自动控制装置，包含低频减载、过负荷联切等功能，以及站内各电压等级的备自投保护功能。（4）基于智能变电站IEC61850通信规约，实现全站信息采集处理，作为区域电网保护控制子站，为将来的广域保护打下基础。

2 站域保护的结构特点

2.1 系统结构

站域保护控制装置和装置间相互连接的以太网交换机共同组成了站域保护。其逻辑功能可以使用单一装置实现，也可以由多装置实现。站域保护需对数据进行采集、传输和处理。在智能变电站站中，传输电流电压采样值信号的SV网络与传输开关变位、跳闸等信号的GOOSE网络均需通过以太网交换机。这些信号都是站域保护需要采集的。智能变电站的三层两网结构以及高速网络通信功能，应能全部满足保护控制装置对数据的采集、傳输和处理。所以在进行检测时，应综合考虑站域保护在网络流量过高时的灵敏性和可靠性，并将以太网交换机与相连接的保护控制装置作为一个完整的站域保护系统。

站域保护位于间隔层，全站一般配置两套保护控制系统，均由数据采集及计算模块、故障定位模块、保护跳闸决策模块组成，可以互为备用，也可以作为不同电压等级的公用保护使用。这样大大提高了全站保护系统的稳定性和可靠性。站域保护采用集成化的硬件设备，可实现测量保护一体化，相比传统的保护测量设备简化了硬件结构，降低了开发成本，同时减轻了现场运维的工作量和难度。

2.2 功能特点

站域保护装置是一个多输入多输出的控制处理器。它由站内直流系统供电，并且集成了多个间隔的保护控制功能。变压器、母线、线路的电压电流同步采样信息和开关量信息分别通过SV报文和GOOSE报文传送给站域保护[4]。站域保护经逻辑判断后，输出跳合闸、保护启动等信号。

智能变电站中的站域保护一般接入各电压等级的过程层网络中。它虽然属于间隔层设备，但拥有站控层设备的功能。在其数据总线上往往按照间隔接入不同的功能模块，而各间隔的保护控制功能不互相影响。站域保护的每个模块都经光纤接入过程层网络，保护原理程序也分模块分别写入。

站域保护通常采用网采网跳的方式，保护的跳闸和控制命令直接传输至智能终端，而不通过就地保护或测控装置。信息采集的网络化能使站域保护突破间隔层的限制，不同于其他单一间隔保护，可以对所需的多个间隔进行保护。并且，所保护的各个间隔交换机传输的报文可以设置不同的标志位，这使站域保护控制装置对各间隔的保护控制功能相互独立。这样即使其中任何一个间隔失去或退出保护，其余间隔的保护仍有作用，不会受到影响。

由于智能变电站站内的所有信息都能快速方便的获取，站域保护可以收到所需每一个间隔的电流电压、开关刀闸位置等信息。这使得站域保护的原理及算法更加灵活。它对已有的后备保护进行了补充和完善，同时可以对并联抗器线路故障进行处理，极大地提高了保护系统的可靠性。

2.3 通信方式

站域保护的通讯包括间隔层间的信息交互、过程层与间隔层间的信息交互、间隔层与站控层间的信息交互等。新一代智能变电站将站域保护控制系统经过程层中心交换机接入，可以保护控制全站每个间隔，既能实现站域保护功能，也能精简交换机数量。

ICE61850规定的针对原始的采样数据的光纤以太网通讯帧格式，按各间隔合并单元传送的报文包含两个电压电流值，可算出一个合并单元SV报文每秒的数据流量为5.472Mbit；而传送开关量信息的GOOSE报文与对时系统的El588报文每秒所需的带宽很小，所以一个合并单元每秒传输的数据流量不超过10M。如果智能变电站间隔数量过多也有可能配置十多台交换机，所以站域保护装置若要实现全站间隔的控制，每秒的数据流量有可能超过100M，应选择1000M光口接入中心交换机。

3 站域保护面临的问题

3.1 后备保护完善配置问题

站域通讯失效或站域后备保护不够灵敏都将使站域保护误动或拒动，应此需采取有效的应对措施。为了准确切除故障，以就地信息为基础的远后备保护应保留配置，可以采取固定整定值、长延时保护等末及后备保护措施[5]。

3.2 可靠性与风险评估问题

智能变电站间的广域保护对站域信息的依赖程度较高，因此站域保护的可靠性面临多重考验。使用站域保护应谨慎评估其安全风险，以利于实际应用。

4 结束语

当前，我国电网输电等级日益提高，继电保护的发展日新月异。在新一代智能变电站中配置站域保护，可以提高全站保护系统的可靠性、灵敏性和选择性，使电网更加安全稳定运行。

参考文献

[1]夏勇军.110kV智能变电站继电保护若干问题研究[D].湖北工业大学，2011.

[2]陈正邦.110kV智能化变电站继电保护配置方案的研究[D].华南理工大学，2010.

[3]杨春生，周步祥.广域保护研究现状及展望[J].电力系统保护与控制，2010，38（9）：148.

[4]孔凡东.智能变电站站域后备保护开发与测试[D].山东大学，2014.