智能化變電站繼電保護方案研究

劉泊辰

(山東淄博供電公司變電檢修工區，山東 淄博 255000)

隨著智能電網建設步伐的加快，國網公司在全國各地已陸續開展了智能變電站的試點建設及運行工作[1]，按照“統一標準、規劃及建設”的原則，在對完成建設及已投入運行的智能變電站進行經驗總結后相關的規范逐步出臺，本文結合已投運的智能變電站運行經驗及已頒布的技術規范，探討了智能變電站繼電保護配置方案。

1 智能變電站繼電保護與傳統保護對比

1.1 保護裝置的設計

智能變電站的保護裝置是采用統一的IEC61850通信規范的，具有以下 3個核心功能，即 SMV、MMS和GOOSE。其中SMV的主要功能是為采樣值傳輸服務，屬于過程層部分；GOOSE的主要功能是完成各個裝置間的數據交換，屬于間隔層部分，其徹底改變了傳統變電站的二次設計，而MMS的主要功能是用于后臺和裝置之間的數據交互，屬于站控層部分。

在傳統的變電站中，其繼電保護裝置是通過背板端子引入至屏柜的端子排中的，是否加載保護壓板要根據實際需要而定，利用端子排間的二次電纜完成了各保護屏柜之間的連接。而智能變電站則是采用了 GOOSE功能，將二次回路連接轉換為GOOSE網絡的通信連接，根據實際需要各二次設備廠家可提供裝置的 GOOSE端子定義，設計院根據相關的定義完成 GOOSE網絡的設計工作，設備廠家經過設計文件和 GOOSE組態文件來形成變電站的SCD文件[2]，這樣各設備廠家就會使用全站統一的SCD文件，對GOOSE網絡收發信息進行提取并發送至裝置側。

從上述數據傳輸過程可以看出采用了 GOOSE網絡將大為減少二次電纜的使用量，不但簡化了設計，而且節約了建設運行成本，同時也減小了屏柜間的接線量，現場施工調試的工作量等，對于縮短變電站的建設周期是十分有利的。

1.2 保護裝置的程序化操作

在傳統的變電站中，對于繼電保護設備進行壓板投運時需要兩名運行人員同時進行的，由1名運行人員核對壓板名稱，另一名運行人員根據操作票讀取“操作內容”并進行操作，操作完成后由監護人員檢查壓板投運是否正確，一般操作一塊壓板需要1～2min，而多塊壓板的投運則需要進行多次重復操作，不但效率低下而且特別容易引發誤操作。

由于智能變電站是采用 IEC61850通信協議為標準的，因此只是在其保護屏上保留了一塊“投檢修狀態”的硬壓板，而沒有必要保留其他硬壓板，由軟壓板就可以實現傳統變電站繼電保護的全部功能，實現了二次設備的程序化管理和操作，同時保護裝置還具有切換保護定值區的功能[3]。在后臺可以同時一次性地操作多塊軟壓板，不斷縮短了操作時間，而且能夠有效地防止誤操作，對提高整個變電站的安全運行水平具有積極的意義。

2 站內各設備的保護配置方案

2.1 線路保護

對于智能變電站的線路保護而言，站內的測控及保護功能宜進行一體化的集成并按照間隔單套來配置[4]。線路保護可完成直接采樣和直接跳斷路器的功能，經過 GOOSE網絡啟動斷路器后能夠完成斷路器失靈保護及重合閘等功能。線路的保護的具體實施方案如圖1所示，保護間隔內除了與GOOSE網進行信息交換外，都是采用點對點的信息傳輸方式，合并單元和智能終端都是直接連接的，保護測控裝置與合并單元集合后實現了直接采樣和數據傳輸功能，與智能終端配合后實現了跳閘功能。

其中在線路和母線上所安裝的電子式互感器在通過電流和電壓信號后，在接入合并單元，相關數據經過打包匯總后在經過光纖送至測控裝置及 SV網絡內。當有跨間隔的信息進入測控裝置時應采用GOOSE網絡的傳輸方式對數據進行傳輸。

圖1 事故信號回路圖

2.2 變壓器保護

按照相關的規程要求，智能變電站的變壓器保護應采用雙套保護進行配置，即進行主、后備保護一體化的配置方式，且后備保護可采取與測控裝置一體化的配置方式進行配置。當智能變電站的保護裝置采用上述保護進行配置時，其各側的合并單元（MU）和智能終端也應采用雙套的配置法方式，中性點的電流及間隙電流應并入相應側的MU。

變壓器保護采用直接采樣的模式，將各側斷路器進行連接，通過 GOOSE網絡可將分段斷路器及閉鎖備自投進行連接，通過 GOOSE網絡接受失靈保護的跳閘命令，實現失靈保護各側斷路器的跳閘功能。智能變電站內變壓器的高、中、低壓側合并單元得到的電流電壓信號都是直接送至 SV網絡內的，且數據是單向傳遞的，SV網絡內的數據從不送至保護裝置側，這就實現了信號的直接采樣功能；高、中、低壓側的智能終端除了直接連接 GOOSE網絡外還與變壓器的保護裝置相連，保護裝置直接通過智能終端進行跳閘。

3 智能變電站GOOSE組網方案

根據智能變電站的設計規范及試點工程的實際運行經驗，綜合考慮GOOSE網絡的安全性和經濟性，以220kV智能變電站為例所設計的GOOSE組網方案如圖2所示。國內大多數220kV智能變電站多采用母線的接線方式[5]，其繼電保護也按雙重化的配置標準進行配置，同時為了確保保護裝置的安全性、交換及母線等間隔都應按照分散的原則進行分配，且雙重化的交換機應分別安裝在主保護屏及雙套路線路上，以星型單網方式完成間隔交換機及母線交換機的連接。

圖2 某10kV配電網簡化接線圖

該智能變電站220kV雙母線間隔結構中一個線路保護的信號聯系表如表1所示。

表1 配電線路故障診斷結果

從表1可以看出，主變間隔與出線間隔之間的信號是不構成聯系的，只有每個間隔與母線保護才構成信號聯系，開關刀閘內的信號與間隔內的線路保護在間隔交換機內構成了數據傳輸通路，只經過兩級交換機即可完成母線保護與智能一次設備的信號聯系，按照間隔來劃分母線交換機的 VLAN，進而對各間隔的 GOOSE報文進行隔離，減小了報文幀排隊的延時時間，且只要斷開母線交換機與間隔交換機即可斷開連接，檢修措施安全可靠。

4 結論

隨著智能變電站試點工程的逐步開展，智能變電站建設和運行規范陸續頒布，在繼電保護方面智能變電站采取了“網網分離”和“直采直跳”的標準，進一步提高了變電站運行的可靠性和安全性。

[1]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].北京:電力工業出版社, 1999.

[2]王松,黃曉明.GOOSE報文過濾方法研究[J].電力系統自動化,2008,32(19):54-57.

[3]Q/GDW 161—2007線路保護及輔助裝置標準化設計規范.2007.

[4]操豐梅,宋小舟,秦應力.基于數字化變電站過程層的分布式母線保護的研制[J].電力系統自動化,2008,32(4):69-72.

[5]殷志良,劉萬順,楊奇遜,等.基于IEC61850標準的過程總線通信研究與實現[J].中國電機工程學報,2005,25(8):84-89.