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新一代110kV智能變電站站域保護技術研究
1970年01月01日 08:00 工控產業網

  為了能夠更好地分析新一代智能變電站站域保護與常規繼電保護之間的區別,本文在對站域保護研究現狀、功能配置和功能原理方面進行介紹的基礎上,經過現場實驗對某110kV線路冗余保護和變低冗余后備保護的性能進行分析。結果表明,新一代智能變電站站域保護能夠更好地對二次系統進行保護。

  近年來,隨著我國以特高壓為骨干網架的各級電網迅速協調發展,逐步形成了以信息化、自動化和互動化為主要特征的智能電網。繼電保護作為電網安全穩定運行的道防線,必須適應甚至超前電網的發展需求。

  與傳統智能變電站相比,新一代智能變電站采用了層次化保護控制系統,主要由就地級保護控制、站域級保護控制和廣域級保護控制3個層次構成。其中站域級保護控制面向單個被保護對象,利用站內多個對象的電氣量、開關量和就地級保護設備狀態等信息,集中決策,實現保護的冗余和優化,完成并提升變電站層面的安全自動控制功能,同時也可作為廣域保護控制的子站。

  站域保護控制系統作為層次化保護系統的關鍵環節,綜合利用了站內多間隔線路、元件的電氣量和開關量信息,不僅能夠實現故障點的快速、準確和可靠隔離,而且實現了站內冗余后備保護、優化后備保護及安全自動控制。

  站域保護控制可以獲取多個間隔或全站信息,比間隔保護得到的信息更多,可對現有保護系統進行補充和優化。對110kV及以下電壓等級沒有配置雙重化保護裝置的系統,可進行集中冗余保護,同時可實現全站備投、低頻低壓減載裝置、斷路器失靈保護等功能。

  本文在對站域保護研究現狀和系統原理進行分析的基礎上,對運城市某110kV線路進行現場冗余保護和變低冗余后備保護實驗分析,對比分析了站域保護同常規微機型繼電保護的特性差異。結果表明,新一代智能變電站站域保護系統能夠有效地對故障進行檢測并控制,提高了保護的可靠性。

  1 站域保護的研究現狀

  目前站域保護方式主要分為集中(集成)式保護和分布化(網絡化)保護兩種。

  文獻提出了一種在邏輯上采用兩層配置方案的集中式保護,即以差動保護為主的單元保護模塊作為間隔級保護,以基于拓撲理論的網絡保護模塊作為全站系統級保護。文獻提出了一種采用統一軟硬件平臺,并配置保護、測量和控制等功能的數字化集中式保護裝置。

  文獻提出了一種以多功能保護控制器MPCU為核心的數字化集成保護與控制系統DIPC。文獻設計了應用于110kV數字化變電站的集成保護樣機,研究了集成保護對傳統線路保護、變壓器保護等功能的改進,并就過程層網絡通信系統的實時采樣、數據同步及可靠傳輸做了相關分析。文獻對智能變電站中分布式網絡化保護進行定義并指出了其應用范圍,即在保護上實現分布式母線保護,在控制上實現網絡化備自投及低頻低壓減載。

  文獻提出了一種無主站式的分布式母線保護方案,各母線間隔保護單元通過可靠性較高的環形網絡交互數據,發生故障時只需將相應回路斷開,而不會引起整條母線的停電。

  2 新一代站域保護功能配置

  站域保護與控制裝置基于智能變電站過程層網絡數據共享,通過網絡接收電氣量采樣數據(網采),發出跳合閘等控制命令(網跳)。站域保護與控制裝置在智能變電站中的位置及對外信息交互如圖1所示,其采集全站過程層與站控層網絡的信息數據,完成就地級保護的冗余后備、優化后備及安全自動控制,同時具備獨立的通信接口,支持廣域通信,完成廣域保護控制系統的子站功能。

  圖1 站域保護與控制裝置

  新一代智能變電站中站域保護與控制裝置的功能配置主要包括冗余保護、優化后備保護、安全自動控制和廣域保護控制的子站功能,見表1。從表1的功能配置表可以發現,站域保護中冗余保護只包含對單套配置保護的冗余,若主變保護已經雙重化配置,則站域保護控制裝置中不宜再配置冗余。

  站域保護與控制裝置中冗余保護功能不含線路縱聯保護,主要原因是:①通道和對側設備不支持,若要支持,則需增加大量設備和工程量;②若含線路縱聯保護,則站域保護會通過線路關聯多個站,復雜程度大大增加,影響范圍較大。

  站域保護與控制裝置中不需要包含10kV間隔保護的冗余,主要原因是10kV間隔采用傳統互感器和“六合一”裝置,無獨立的合并單元和智能終端,若站域保護裝置實現10kV間隔保護,則其采樣和出口同樣要經過“多合一”裝置,“多合一”裝置因故退出運行時,站域保護起不到冗余作用。

  表1 站域保護的功能配置表

  3 站域保護功能原理

  3.1 采樣與跳閘方式

  無論在智能變電站還是常規變電站,就地級保護裝置均采用直采直跳的方式進行工作,而站域保護率先采用網采網跳的方式進行工作。因本文著重強調智能變電站中的保護方式,故對智能變電站中直采直跳和網采網跳進行比較。

  1)直采直跳是指智能電子設備間不通過交換機而以點對點連接方式直接進行采樣值傳輸和跳合閘信號的傳輸,其工作原理如圖2所示。

  該方法的優點是,保護裝置不依賴于外部對時系統實現其保護功能,避免了組網方式下交換機引起的采樣和跳閘信息不確定性延遲。缺點是保護裝置光口數量多,使二次回路光纖連接復雜。

  圖2 直采直跳工作原理圖

  2)網采網跳是指智能電子設備間經過交換機的方式進行采樣值傳輸共享和跳合閘信號的傳輸,通過劃分VLAN的方式避免信息流過大,其工作原理圖如圖3所示。

  該方法的優點是,保護裝置通過網絡實現信號輸入輸出,有效地減少了母線保護、主變壓器保護等跨間隔保護裝置的光口數量,簡化了二次回路光纖連接。缺點是多間隔數據同步依賴于對時系統及網絡,網絡化信息交互存在延時。

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