站域保護控制系統在智能變電站中的應用研究

劉興勇 王濤 李闊 王琢 宋丹 呂昕昕

摘 要： 為解決傳統變電站后備保護在配置和原理方面的問題，提高變電站的運行可靠性。本文研究了站域保護控制系統在220kV馬山智能變電站中的應用。介紹了站域保護控制系統的設計方案和功能，站域保護控制系統利用全站網絡上共享的信息，優化了后備保護和母線保護功能，提高了變電站的保護性能和運行可靠性。

關鍵詞： 智能變電站；可靠性；站域保護

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：B

1 引 言

近年來，隨著新一代智能變電站的普及，電網結構和運行方式更加復雜，給保護自動化裝置帶來了嚴峻的考驗。目前，智能變電站的保護配置方案采用快速跳閘的主保護和多段后背保護相配合的雙套保護方案。通過定值和動作時間相配合的方式來保證選擇性。保護裝置結構復雜，成本高。

針對上述問題，本文研究了站域保護控制系統在智能變電站中的應用。站域保護系統利用全站網絡上共享的信息，簡化了后備保護的配置，通過一套裝置實現了原來多套獨立保護裝置的功能，節約了建設投資成本，提高了變電站的保護性能和運行可靠性。為新一代智能變電站的發展開拓了一條新的思路。

2站域保護控制系統

站域保護控制系統是在智能變電站高速通信網絡的基礎上，利用全站共享的信息，根據網絡拓撲結構，對故障進行快速、可靠、精確的定位并切除，將后備保護和控制系統集成并整合與一體來簡化后備保護配置，改善保護及控制系統性能的系統。

站域保護的核心思想是利用過程層通信網絡實時地獲取各元件的SV、GOOSE實時信息，在劃分冗余信息應用范圍的基礎上，采取多信息融合算法來識別故障位置，并通過設計的優化邏輯策略來執行開關跳閘，對故障進行快速可靠的切除，改善了后備保護性能的同無需考慮復雜的整定配合規則，縮短了故障切除的時間，保證變電站運行的可靠性和穩定性。

站域保護控制系統主要分為兩類：集中式站域保護和分布式站域保護。

集中式站域保護是指以差動保護為主保護的單元件保護模塊為間隔級保護，以基于拓撲理論的網絡保護模塊為全站系統級保護的方案。該方案將保護及測控功能集中于一套保護測控裝置內。在智能變電站的建設初期，集中式保護的優點是通信基礎簡單，缺點是網絡傳輸共享上存在不足。

分布式站域保護由中央處理器和間隔單元構成。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等功能。分布式母線保護需解決的兩個問題：一是大量數據的可靠、實時傳輸；二是高精度的同步采樣。若分布接入點過多，傳輸設備及通信鏈路的可靠性將是影響保護性能的重要因素，可以通過引入“冗余”同步時鐘源解決。分布式站域保護各間隔功能獨立，可擴展性和開放性好。缺點是成本高，缺乏整體配合性。

3站域保護控制系統在智能變電站中的應用

為檢驗站域保護控制系統的性能，試驗地區選擇在遼寧省朝陽市220kV馬山智能變電站。全站采用三層兩網結構，二次系統建立在IEC-61850通信技術規范基礎上，實現站內智能電氣設備（IED）間的信息共享及互操作。220kV系統保護裝置、合并單元、智能終端均為雙套配置，66kV站用變保護、本體智能終端、合智一體裝置為單套配置。

3.1 站域保護控制系統的設計

站域保護控制系統主要由站域保護服務器、合并單元、智能終端、時鐘同步裝置、高速以太網交換機等組成。站域保護控制裝置是一個多輸入多輸出的控制處理器，通過網采網跳的方式實現了將多個間隔的保護控制功能集成在一起。站內電壓、電流信息通過SV同步采樣，開關量信息通過GOOSE 報文傳送給站域保護控制系統。在數據總線上按間隔接入不同的功能模塊，每個間隔的保護控制功能相互獨立。各個模塊都通過光纖以太網接入過程層網絡，各個模塊分別寫入其保護功能對應保護原理的程序。站域保護控制裝置對各間隔的保護控制相互獨立，避免了某間隔失去保護，影響其他間隔的保護。

3.2 站域保護控制系統實現的功能

（1） 冗余保護功能： 作為單套配置保護的冗余，包含帶重合閘功能的66kV 線路后備距離、零序方向過流保護、66kV 主變冗余保護和母聯分段過流保護。

（2） 優化后備保護： 包含斷路器跳閘失靈保護功能。實現變電站內部故障定位，加速主變低壓側過流保護?；贕OOSE 信息的簡易母線保護功能。

（3） 安全自動控制： 包含低周低壓減載功能，主變過負荷聯切、負荷均分功能，站域備自投功能。

（4） 廣域保護支撐： 實現站域信息的采集、處理及發送以及作為區域電網保護控制子站的功能。

3.3 站域保護控制系統在智能變電站中的應用效果

（1）優化部分保護功能

主要包括：后備保護配置的優化和母線保護裝置的優化兩部分。站域保護控制系統通過過程層網絡獲取站內信息，后備保護根據獲取的信息進行綜合分析，快速定位及切除故障，優化了后備保護的功能。當中低電壓等級設備的斷路器失靈時，傳統方法是依靠上級元件的后備保護延時跳閘切除故障。在站域保護中，由于各元件保護動作信息和支路電流信息均可實時獲取，能夠通過GOOSE網跳方式控制各路斷路器，進而完成全站斷路器失靈保護。對于66kV及以下電壓等級的母線，通常沒有裝設專用的母線保護裝置，母線故障主要依靠變壓器中低壓側的后備保護動作來切除。利用站域保護控制系統過程層網絡獲取的站內信息，可對站內母線提供快速近后備保護功能。對于只裝設一套主保護的設備，做到主保護的雙重化配置。對于沒有裝設母線保護的傳統低壓母線，可自動獲得母線保護功能。

（2）提高站內安全自動控制功能

站域保護控制裝置功能替代站內獨立分散的低周低壓減載、備自投等安全自動裝置，提升了變電站層面的安全自動控制功能。減少了保護設備及屏柜的數量，使保護室面積大幅度減小。站內數據采集采用光纖直連，跳閘采用網絡出口，節約了大量電纜及光纖。同時，站域保護控制方式靈活，變電站擴建時可通過軟件及時更改從而避免重復性投資。

（3）推動廣域保護的應用

智能變電站站域保護系統可看作是有限范圍的廣域保護系統。同時，也可考慮在其中預留廣域通訊接口，通過該接口將本站保護的動作信息經廣域通訊網絡上傳至廣域保護主站，借此完成區域電網的集中保護功能。

4 結 論

本文介紹了站域保護控制系統在智能變電站中的應用。并在220kV馬山智能變電站試點掛網運行，驗證了站域保護控制系統的實用性與有效性。站域保護系統利用全站網絡上共享的信息，優化了后備保護和母線保護功能。隨著智能變電站的大力推廣，站域保護控制系統在未來會有廣闊的應用前景?！?/p>

參考文獻

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