500kV智能变电站继电保护配置设计方案分析

李文刚

国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古超特高压分公司 内蒙古 锡林浩特 026000

引言

电力系统是为当地经济社会提供安全、经济、洁净、可持续电力的主要组成部分。按照保证能量安全、优化能量结构、推进节能减排、发展低碳经济、改进服务等要求，结合区域电网的实际情况，落实“提高供电可靠率、做强电网保增长、科学发展上水平”的发展主题，建立合理的骨干电网，使各级电网协调发展，形成具有信息化、自动化特征的坚强智能化电网，本文提出了500kV智能变电站的建设模式。

1 智能化变电站的概念

智能化的变电设备是指在系统运行时能够做到信息的数字化管理和操作，其侧重点是以光电技能为基础，通过计算机技术和信息手段以及互联网技术实施的完美结合。此外，智能变电设备还具有随时都能起到监控的作用，当变电设备在工作过程中出现其他问题时，通过该功能可以迅速地找到问题产生的原因，从而可以迅速有效地解决问题，从而可以有效地提升变电设备工作的有效性和可靠性[1]。一般情况下，很多现代技术都被应用到了功能性变电设备中，对变电设备中的所有数据进行了全面的采集，并通过智能的方式对所有的数据进行了总结和分析，从而提高了数据和信息的正确性。

2 500kV智能变电站继电保护作用

500kV智能变电站的保护设备是在变电站发生故障时，保证其不会造成事故蔓延的基础，是变电站正常工作和电网稳定运行的关键，也是电力系统在实际工作中十分关键的一个环节和基本构造。在继电器设备中，测量部分、逻辑部分和执行部分分别具有不同的作用和联系；在测量部分，是对变电站出现问题进行判断的重要依据，是分析问题的大小和严重性，确定是否启动继电保护，也是保证变电站稳定运行的基础。在逻辑部分，主要根据测量部分所发出的各种信号特点，对其进行分析和排列，并根据其问题的严重性和大小，进而输出各种信号；而在执行环节，根据对逻辑环节的判定，对其所发出的诸如跳闸、报警等信号进行及时的处理，从而实现传输的目的，同时确保被保护的装置不会受到干扰。

3 智能化变电站的特点

3.1 信息的交互式传递

智能变电站装备的一个突出特征就是可以进行信息的交互式传递。这主要是由于变电站各功能装置对数据资料的需求较高，因此，各装置之间的数据资料不仅要在各系统之间传递，也要在各装置之间传递。

3.2 数据收集的精确性

在变电站中，数据参数的精确存储是一个很重要的指标。在变电站的装置中，一般都使用光电互感器，以实现高精度的数据存储。如果这些参数不符合要求，将对智能变电站设备的正常工作产生很大的影响。

3.3 处理方式的科学性

智能变电站的装置在进行参数存贮时，一般不进行选型。造成这种现象的原因在于，所收集到的资料所包含的信息量很大，并且其表现方式也各不相同。所以，如果继续使用以前的方法，将极大地影响变电站设备的运行效率。在目前的变电站中，要想达到对数据进行有效的处理，就必须利用节拍管理来进行处理。由于每个装置的结构形式都不一样，所以对其进行处理与分析时，要采取不同的方法，就是要对其进行分类管理。

4 500kV智能变电站继电保护配置的设计方法

4.1 设计原则

智能变电站相对于常规变电站，其智能化程度更高，能够保证变电站的运行平稳、节约运行时间。智能型变电站与常规变电站相比具有很大的区别。这两种变电站的网架、布线方式都有很大的不同，其保护接口、通信协议等方面也有很大的不同。智能化变电站的继电保护构型设计，其实质是为了提高变电站运行的可靠性，提高变电站的工作效率，从而提高变电站的工作灵敏度。在设计过程中，设计者应遵循这两个原则，即二次设计原则。所以，智能变电站的有关装置也应该按照这个原理来设计。

4.2 设计路径

在500kV智能型变电站中，需要考虑的问题较多。首先要考虑到继电保护装置和电网之间的关系，其次要考虑到继电保护装置和变流器之间的关系。在进行设计时，设计者还应注重对各种方案的选取，不能一概而论，应根据实际情况进行合理的选择。通常情况下，可以通过两种方式来实现整个继电保护的配置。两种方式都有各自的优势和不足[2]。采用常规的保护布线方式，能够使继电保护的动作更加合理。这种方式适合于常规的变电站，但是这种方式在智能设备上会显露出它的缺陷，通常情况下，采用集中保护配置的方式，能够满足用户的需求，从而实现智能化，但是这种方式也有一定的缺陷，那就是需要更高的保护装置。

5 500kV智能变电站继电保护配置方案

5.1 500kV线路保护

国家电网500kV线路布线原则是指500kV线路布线要有一定的自主性，能够较好地反映出设备在运行中所面临的种种问题。具备选相功能的全线保护装置可以为每个回路设置对应的跳闸保护，在交流电流流过线路的时候，可以迅速地对其进行识别，并将注意力集中到线路保护装置上，可以利用综合保护装置对主保护和后备保护进行快速地识别，可以在设备上操作的主保护使用单独的通道来进行信息的传输。在500kV智能变电站中，每一组主控设备均具有完备的备用保护功能，并可以采取多路保护以及接地距离保护、零序电流方向保护等措施。当交流电流流经电网时，可以被直接辨识出来，并将其集中到设备保护上。

5.2 二次设备的典型布置方式

在二次设备的布局上，500kV智能变电站与500kV普通变电站的不同之处在于，500kV智能变电站不但对二次设备的具体功能进行了修改，将A/D转换组件与交流的进出组件组合成了一个新的整体单元，还将原来的开入开出两组组件分别设置为一个智能化的新终端。在常规的变电站中，将交流和A/D部件与开入开出部件进行一体化设置，电流和电压信号必须从现场端子箱中获取，经过交流输入部件，然后经过A/D部件将模拟信号转化为数字信号，才能为继电保护设备提供支持。而且，输入和输出都需要通过一条长长的电缆来连接。在上述的合并单元完成后，500kV智能变电站需要利用该合并单元将TA，TV上获得的电压值和电流值通过短缆传送后获得。

5.3 500kV断路器保护

要全面优化和完善500kV智能变电站继电保护装置设计方案，首先要对500kV断路器进行保护，在500kV线路保护上，直接采样并跳断路器，采用GOOSE网络，针对断路器失灵和重合闸启动，分别采用两种不同的路由通道，以通信专业的通道安排为主要依据。其次，也是采用了直接取样跳闸的方法，当断路器发生故障时，GOOSE网络将会将附近的断路器重新拉起，最后，500kV的母线保护也是如此，通过GOOSE网络实现了故障启动。最后是故障测距装置，让线路故障实现准确定位。

5.4 500kV母线保护

500kV智能变电站的继电保护配置中，母线保护设备在各区段的二次配置级别上应设置。所使用的总线直接取样，发生故障时使用对应的网络线路进行传送。在智能变电站500kV变电站的继电保护装置的构造中，所使用的母线相互独立，使其功能得到了最大程度的发挥。

5.5 故障录波器

在500kV智能变电站中所采用的继电保护装置中，应按不同的电压水平来选择相应的故障记录装置。并联装置中的故障记录装置，其配置方式应与装置中的电流极性相适应，并能达到一半开关所需的间隔。在500kV智能变电站的继电保护装置中，在建设过程中，需要设置两个故障记录装置。该网络从对应的网络中接收隔离，并且向移动管理系统网络传送信息。

5.6 线路保护

在500kV智能变电站的继电保护配置中，线路应该按照双重配置来实现，这样才能独立地反映出各个环节的故障，并结合实际情况来配置相应的后备保护。在两组保护中，不要使用两组重合闸，而是使用一起一控。线路保护采用直接采集、直接跳闸等方式。

5.7 500kV主变保护

由于在500kV侧使用3/2断路器接线，在220kV侧使用双母线，在35kV侧使用单母线接线，所以在500kV侧安装了两套纵联差动保护，一套备用保护，一套共用线圈过载保护[3]。两组组智能操作单元由变压器保护进行保护，从500kV断路器ECT1及ECT2合并单元，从高压侧EVT1合并单元收集高压侧电流量，从高压侧电流量及高压侧电压量，从中压侧ECVT1合并单元收集低压侧电流量及电压量，从低压侧ECVT2合并单元采集低压绕组ECT3及公共绕组ECT4；非电量智能单元承担着变压器非电量保护的职责，它使用了单套结构，并且使用了GOOSE网络传输来处理跳母联、启动失灵等故障，并且还需要GOOSE网络的支持来接收失灵保护跳闸命令。

6 500kV智能变电站继电保护的硬件配置

6.1 模拟量输入接口部件

电网故障的产生既有外部原因，也有内部原因。该方法不依靠真实基线，而是依靠模拟线来判断故障。这一点的意义就是，基电势肯定是有差别的，而且固定的数值很难确定。继电保护的模数输入接口主要是把电力传感器输出的模数变换为分立的数位量，并把这些数位量传送到数位核心元件中，以供数位核心元件处理。

6.2 开关量输入接口部件

在电网中，开关装置是电网运行的基础，也是电网运行的关键环节。开关量是指断续信号的收集与输出，包含了信号收集与远程控制两个部分。在数字电路中，开关仅为1、0两种状态，而在电力系统中，开关与普通的开关不一样，它是指接触时的断开与断开[4]。在500kV智能变电站继电保护中，开关量输入元件的使用主要是在没有开关的情况下，并根据分析的结果，采取相应的措施来保护内部和外部的电气隔离，以确保安全。

7 高级应用功能

智慧变电站的建设，将“信息化、自动化、互动化”的特点和要求表现得淋漓尽致，大量的变电站信息必将为数据的分析提供有力的支持。在调整一体化的基础上，在二次安全保护的要求下，需要建立一个可以采集、传输、分析、处理全部信息的数字化的、统一的、数字化的、集成的应用平台，以便在变电站中完成智能告警和分析决策的高等应用功能，并对其进行管理和维护。

8 结束语

为保证地区电网安全、稳定和可靠运行，对这种新型变电所的继电保护和安全自动设备的设置，必须满足可靠性、灵敏度和速动性的需求。根据智能变电站二次体系架构，采取了三层两网，三层即：进程层、间隔层、站控层，两网即：进程层网络、站控层网络。全部的保护、测量、控制、失效记录、测量、仪表、仪表、仪表等。PMU都是以模拟方式采集，即普通的变压器+普通的电缆。通过GOOSE的网络传送，采集保护的起动、跳闸、位置开入、起动母差的故障信息。