220 kV智能变电站继电保护及自动化分析

2021-03-16赵文龙

通信电源技术 2021年19期

赵文龙

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海 519000）

1 工程案例

本文以某市市政规划建设智能变电站项目为例，目前已有220 kV变电站原有主变设备两台，每台主变设备的基础容量参数为180 MVA，220 kV出线4回、66 kV出线10回，为了进一步满足市政智能变电站建设要求，变电站需要增设两台主变，以保证每台主变能达到240 MVA，且220 kV出线8回、66 kV出线26回。为此，对智能变电站继电保护项目展开了全面升级改造。

2 220 kV智能变电站继电保护具体方案

2.1 设计要求

在安全性与可靠性设计方面，220 kV智能变电站继电保护工作中，要确保变电站在正常运行过程中不会出现继电保护动作，并且能在一定程度上规避误动产生的不良影响。建立可靠性继电保护体系是指能在元件保护范围内及时对故障问题作出反应，发送相应的提示信号，建立完整、精准的变电站运行监管平台[1]。在实时性方面，要求能够灵敏地了解继电保护范围内发生的相关故障，并配合短路点位置、类型以及过度电阻等相关信息建立合理有序的管控平台，最大程度上预防220 kV智能变电站继电保护不合理问题。在常规化检测方面，要求能在准确判定系统故障后有效缩小故障的范围，并且切除故障，真正意义上提升线路与变电站设备安全管理的水平。

2.2 具体方案

在明确220 kV智能变电站继电保护要求的基础上，结合实际应用要求落实对应的工作，从而提升保护水平，维持智能变电站常规化管理的实效性。

2.2.1 保护变压器

在220 kV智能变电站继电保护工作中，要对变压器接线、接地灯、电流参数以及电压参数等予以实时性检测，从而保证相应的保护工作顺利开展，维持变压器运行的规范性与安全性。另外，实现变压器的非电量保护，借助就地直接电缆跳闸的处理方式，利用本体智能终端传输到过程层GOOSE网络的方式实现信息的传递，配合测控装置将信息汇总在站控层多媒体信息服务（Multimedia Message Service，MMS）网络中，完整终端配置的具体要求[2]。220 kV智能变电站主变保护单套技术实施方案如图1所示。

图1 220 kV智能变电站主变保护单套技术实施方案

2.2.2 保护电容器

在电容器应用过程中，要借助继电保护完成电压检测，从而了解电容器的实时性应用状态，以维持综合应用效果，及时发现安全隐患，提升220 kV智能变电站综合管理的水平。

2.2.3 高压电动机开关启动保护

在220 kV智能变电站常规化运行过程中，有源电压数值不足及电源工作负荷参数较大的问题比较常见。此时，同步稳压电动机在电源同步继电保护工作中会发挥重要作用，要借助非线性同步波冲击与大电流等手段有效建立同步发动机同步继电保护匹配方案，从而更好地提升220 kV智能变电站继电保护的综合运行效率[3]。

2.2.4 保护线路

220 kV智能变电站继电保护能依据电压等级等基础信息评估接地方式的合理性与安全性，最大程度上确保接地线路相关故障维护工作的规范效果，提升线路保护的基本质量，减少安全隐患。并且，220 kV智能变电站继电保护要遵循双重化配置原则，以确保每套保护系统都具备可靠、安全且完备的功能。其双重化配置如图2所示。

图2 双重化配置

2.2.5 继电保护装置

继电保护本身就存在区别化功能，需要结合电力系统元器件的情况落实判定机制，若变电站间隔较多，则要利用分布式母线保护处理机制，如图3所示。将网络接口均匀分布到主单元与子单元中，建立面向间隔的保护体系，配合若干单元装置，提升功能的时效性，并且保证电力系统能按照标准化流程有序开展相应工作。

图3 分布式母线保护

一般而言，接线难度与线路损耗正相关，接线越是便捷，对应的线损及耗能就越少，因此采取保护单相的方式。220 kV电流速断线路保护单相原理如图4所示。

图4 220 kV电流速断线路保护单相原理

由图4可知，电流继电器KA接在电流互感器TA的二次侧，动作后中间继电器KM启动，触点闭合后QF跳闸，保证电路安全[4]。另外，在220 kV智能变电站继电保护接线处理工序中，要确保接线过程的设计单元能满足整个系统中总线路与子线路的运行要求，从根本上避免交叉问题造成的安全隐患，并且规避继电保护运行质量受限等问题。

2.2.6 保护发电机

在220 kV智能变电站继电保护工作中，发电机保护配置工作非常关键。在发电机较为常见的故障中，定子绕组产生的相应连锁反应会对系统常规化运行状态产生影响，出现定子绕组过电流、对称过负荷以及定子绕组过电压等异常状态。针对发电机保护的配置，要从主保护以及后备保护两个方面入手。

一方面是主保护，主要是纵差动保护，借助霍夫电流定理（见图5）比较发电机中性端与机端两侧电流参数，在正常运行状态下，差动继电器的电流为零，而在出现内部故障后，差动继电器会动作。借助差动保护就能及时了解相关问题，有效明确电机内部绕组的相间故障或者是引出线的相关故障[5]。

图5 霍夫电流定理

另一方面是后备保护，主要是单相接地保护。在发电机定子绕组任一点出现单相接地问题后，单相接地保护就能结合要求时限完成跳闸或信号处理。

除此之外，3次谐波电压保护和零序过流定子接地保护等方式也都利用对应的设施与技术处理方案，在维护智能变电站继电保护规范要求的同时，完成发电机保护处理工作。

3 220 kV智能变电站继电保护自动化升级方案

3.1 技术升级要点

3.1.1 监测技术

应用220 kV智能变电站继电保护监测技术就是对可能存在的故障问题予以实时性监控，从而有效获取相关装置及元件的信息，确保监控流程的规范性，能为继电保护系统的运行与工作起到辅助作用[6]。首先，利用相匹配的监测模块，凭借传感器等相关设置实现数据的实时性汇总处理。其次，搭配对应的监测技术应用方案，保证监控技术体系及时向数据处理中心提供变电站系统的相关信息。最后，整个变电站集中调度中心能按照具体操作更好地维持相关结构的应用质量[7]。

3.1.2 回路技术

回路技术主要是在220 kV智能变电站继电保护回路体系中，对220 kV智能变电站继电保护回路设计予以及时性的改进和完善。继电保护操作回路是二次回路的基本回路，配合装置的跳合闸指令能利用回路实现断路器分合闸行为，充分落实现场调试的对应内容。二次绕组并列回路分析如图6所示。

图6 二次绕组并列回路分析

在220 kV智能变电站继电保护体系中，一次回路与二次回路绕组的设计内容非常关键。回路的设计要严格按照继电保护处理方案落实，保证I母线和I母PT线的规范性，维持PT检修的效果，从而确保智能变电站实际功能得以优化。在回路技术方案中，要充分发挥传感器和检测装置的合理配置优势，从而保证操作指导的规范性，进一步强化智能变电站智能保护调试能力，也为220 kV智能变电站继电保护自动化技术的实时性监控提供保障，真正意义上打造更加便捷的自动化控制平台[8]。

3.2 系统融合

3.2.1 组网升级

要对智能变电站组网方式予以集中的升级与优化处理，因为传统的变电站运行模式、网络架构体系不能完全适应于智能变电站，所以在建设工作中要对其进行针对性的整改处理，并且结合220 kV智能变电站继电保护的网络组成模式予以优化，才能匹配实际运营要求，发挥继电保护装置的应用效能[9]。在网络组成模式优化升级的基础上，差异化处理变电站各个层级结构的网络架构模型，维持系统融合的规范性与科学性。

3.2.2 整合处理

将继电保护、检测仪器设备作为整合要素，在已有变电站系统相关结构基础上，确保信息收集与传递更加便捷规范。首先，要整合变电站内部的设备配置，以便于继电保护信息汇总及信息告警工作能第一时间汇总到数据处理中心[10]。其次，要对电量计算器系统予以综合处理，在提升系统运行效率的基础上，确保变电站管理水平更加规范。