智能变电站继电保护的优化配置

2018-05-16张钧奎

电子测试 2018年7期

张钧奎

（广东电网有限责任公司河源供电局，广东河源，517000）

0 引言

变电设备在电力系统中具有十分重要的地位，是电力企业和电力系统稳定运行的关键。在变电设备使用过程中往往存在一些质量问题，定期做好检修管理可以在一定程度上解决变电设备的质量问题，提高电力系统运行的稳定性与安全性。同时，由于智能化技术的不断应用，变电站的继电保护装置也不断升级换代，通过新型继电保护结构可以对智能变电站进行科学控制，提高变电运行的安全性和稳定性。

1 智能变电站继电保护装置

1.1 智能变电站概述

随着信息化技术的不断发展和应用，我国电力行业的发展也越来越迅速，智能变电站是信息化技术和智能化技术在电力行业中应用的产物，是依据互联网技术建成的现代化变电站。智能变电站主要包括智能化一次设备和网络化二次设备，通过这些设备的分层搭建，形成新型的智能控制网络，对整个变电站进行自动化控制，实现变电站智能化电气设备之间的信息共享和相互操作。智能变电站的基本特点是数字化和信息化。

在智能变电站中，模拟信号会通过电子互感器转换，形成数字采样信号，数字采样信号再通过合并单元，经过光纤通讯直接传递给变电站的二次系统，此时变电站的二次系统不需要再引入交流二次电缆，变电站中的开关量信号也经由GOOSE光纤网以GOOSE报文传送。

1.2 智能变电站继电保护的装置分析

继电保护。继电保护是对电力系统进行保护的主要部分，根据当前我国电力系统的运行情况，对继电保护装置提出四个基本要求，即具有选择性、速动性、可靠性、选择性。其中选择性以及灵敏性是最关键的内容，速动性以及电力的可靠性与GOOSE有关。在条件相同的一次设备和二次设备之下，智能变电站的继电保护与传统的直接采用跳闸进行保护的方式相比而言，采用了GOOSE报文，这一报文需要经过网络将信息发送给智能操作系统，在传输的时候也增加了中间环节，使得继电保护的总动作时间变长，对保护时间进行延长也是一个十分关键的环节，通过相应的设备可以将延长的时间稳定的控制在相应时间范围之内。智能变电站的继电保护系统采用了GOOSE之后，就可以通过网络来控制跳闸、启动、锁闭等操作，与传统的回路跳闸方式相比，其可靠性有了很大程度的提升。

分布式的保护。在变电站中，继电保护的主保护主要是通过保护装置实现的，这一保护装置是多功能的，保护装置的功能以及用户所选择的保护逻辑程序确定了元件的保护逻辑。后备保护则主要取决于系统的元件或者一些设备的重要性，可以选择近后备或者远后备的基本原则进行保护。在高压输电网络中一般采用两套主保护方案，唯一需要集中保护的设备是母差保护。分布式保护方案主要依靠GOOSE信息传输的中机制对等通信方式进行通信保护。

2 智能变电站继电保护优化措施

为了提高智能变电站的运行水平，必须要对智能变电站的继电保护措施进行优化，经过优化之后，变电站可以分为过程层和变电站层两个不同的层次，过程层主要针对一次设备的独立配置主保护，一般就地安装于设备附近，按照分布式安装方式。变电站层则配置集中式后备保护，整个变电站所有的电压等级都集中配置，集中式后备保护则采用自适应和在线实时整定技术，具有广域保护接口，可以实现广域保护功能。

2.1 过程层保护

经过优化之后的智能变电站继电保护系统中，过程层是一个十分重要的部分，主要的保护配置是快速跳闸主保护措施，比如线路差动、纵联保护、变压器差动、母线差动保护等过程。继电保护中的后备保护将转移到变电站层中的集中保护设备之内。经过优化之后过程层的设计可以得到简化，主要考虑到过程层的主保护功能，对后备保护配置进行简化或者取消，简化硬件设计的目的。另外，主保护的定值也比较固定，不会因为电力系统的运行方式而变化。但是由于受到保护独立的影响，机电保护功能和一次设备集成之后，对于一个开关如果同时对应线路保护和母线保护，在硬件设计上必须要分开，保持独立。可以将其设计成为独立的功能模件。

图1 智能变电站继电保护优化方案

如上图所示，通过对智能变电站的继电保护方案进行优化，使得线路保护功能水平得到提升，线路就地保护仅仅设置纵联保护和距离I段，原来的就地保护线路的相邻设备的远后备，比如距离II段、距离III段、零序保护等都简化，利用广域保护获取其他变电站的数据信息和运行方式参数信息，然后再进行综合决策。

在这种保护方案中，变压器就地保护仅仅设置差动保护、间隙保护或者阻抗保护，各侧的后备保护中还设置下级设备，设备的后备功能，比如过流保护、零序保护等，都配置到站域保护中。按照这种新的继电保护方案，就地保护不需要和其他的保护配合使用，而且就地保护本身不存在横向连接，可以使得就地保护的配置更独立，功能更简化，提高设备的可靠性，减少设备维护频率。

2.2 分布式母差

分布式母差是智能变电站继电保护装置中的重要组成部分，按照分布式设计，每一个间隔内都存在独立母线保护功能，分布式母差保护按照结构划分，可以分为有主站和无主站分布式母差保护，这两者的共同点是被保护的母线所连接的每一个元件回路上都装设了母线保护单元，不同点在于有的主站的分布式母差保护有一个后台主机作为支撑，主机可以通过通信网汇总所有单元采样数据、开关状态等信息，给母差保护提供支持，并且向有关的回路发出跳闸指令。而无主站的分布式母差保护则没有可用的后台主机，每一个保护单元除了对本回路中的电流进行采样之外，还要通过通信网络与其他回路进行连接，获得其他回路的电流采样值。

2.3 变电站层继电保护

第一，站域保护。站域保护可以提高变电站继电保护的稳定性，为变电站内所有的一次设备提供集中近后备保护，即可以实现线路近后备、母联后备、母线后备、断路器失灵后备等功能。这些保护功能主要体现在一个个独立的模块中，模块之间可以通过站域保护的逻辑性相互配合，其配合关系与传统的继电保护比较类似。站域保护方式可以通过过程层网络收集变电站的所有信息，比如间隔电压、间隔电流、断路器的位置和刀闸位置信息等，为继电保护原理算法的改进提供支持。

第二，广域保护。广域保护可以同时利用全站和相邻变电站的信息，为变电站提供远后备保护，其保护范围很广，包括直接出线的对端母线及对端母线所连接的所有线路。广域保护可以改善现有的后备保护问题，减少故障切除范围，并且可以在主保护出现故障的时候替代主保护功能实现对变电系统的保护。