智能变电站就地化保护配置方案研究

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摘 要：当前智能变电站过程层网络中大量使用合并单元及智能终端，增加中间传输环节降低了保护动作速度；同时合并单元及智能终端一般安装于户外就地汇控柜，抗电磁干扰能力差，故障率较高，也不利于电网的安全稳定运行。文章结合就地化二次设备的技术特点，提出一种智能变电站就地化保护配置方案，并重点介绍了多间隔保护的实现方法，提高了智能变电站保护的动作速度及可靠性，为今后智能变电站就地化保护设计提供参考。

关键词：智能变电站；就地化保护；多间隔保护

智能变电站采用智能化一次设备替代常规一次设备，数据传输形式由模拟量转变为光数字量，减少了变电站的二次电缆，提高了信息的共享水平，获得了良好的应用价值。但是相比于常规变电站，增加了智能终端及合并单元等中间环节，而且采用组网的通讯模式，保护的动作时间较常规保护延长[1]，合并单元及智能终端一般安装于户外就地汇控柜，运行环境恶劣，抗电磁干扰能力差，故障率居高不下[2]。基于无防护就地化的保护装置技术的发展，为智能变电站的发展提供了新的思路，文献[3]提出了就地化保护、站域保护及广域保护的立体防御体系，但未对具体就地化保护的配置细节做深入介绍；文献[4]提出了一种就地化保护分层配置策略，但对跨间隔的保护装置介绍较少；文献[5]提出了具体的分布式母线保护就地化实现方案；文章提出了220kV智能变电站主要保护装置就地化配置方案，详细介绍了多间隔保护如主变保护、母差保护的实现方案，取消合并单元与智能终端等中间环节，采用电缆直接采样、直接跳闸的方式，提高保护装置的整组动作时间及保护可靠性。

1 就地化保护配置基本原则

（1）单间隔接入保护：单装置完成所有功能。例如：线路保护、母联（分段）保护。

（2）跨间隔保护采用分布式布置，每种保护配置独立的子机。例如：主变保护子机、母差保护子机。

（3）本间隔信息联系：电缆直接采样、直接跳闸。例如：电流、电压采用电缆直接采样，保护跳闸、重合闸用电缆直接跳闸。

（4）跨间隔保护联系：采用GOOOSE网。例如：启动失灵、远跳、解复压等跨间隔信号。

2 就地化保护配置方案

文章以一个典型220kV采用常规互感器采样的智能变电站为例，重点介绍220kV线路保护、220kV主变保护及220kV母差保护的配置方案。

2.1 220kV线路保护配置

（1）220kV每回线路间隔按双重化配置；

（2）采用电缆直接采样、直接跳闸方式及接入必要的开关量信息；

（3）通过GOOSE网络本保护的失灵信号等信号，同时通过GOOSE网订阅母差保护的远跳等信息；

（4）保留线路保护纵联通道；

（5）通过双网接入MMS网络。

典型的220kV线路保护配置方案如图1所示。

该方案实现简单，线路保护就地化安装，相比原智能变电站取消了合并单元及智能终端，加快了保护动作速度，节省了中间环节（合并单元及智能终端）的光缆，提高了保护的可靠性。

2.2 220kV主变保护配置

作为多间隔保护，涉及到高压侧、中压侧、低压侧等多处位置，无单一的间隔属性，集中式的保护配置方案将难以实现就地化，而分布式的主变保护配置方案为就地化提供了实现方案。

当前分布式的保护配置方案有以下两种：

（1）无主环网式；

（2）有主环网式。

2.2.1 无主环网式主变保护配置

（1）依据断路器配置变压器保护子机，主变高中低三侧分别配置独立的分布式子机；

（2）分布式子机就地采集本侧的模拟量和开关量数据，并通过环网与其它侧子机共享数据；

（3）每个子机配置相同的主后一体保护功能，保护动作时仅跳本侧开关，跳母联、分段、启动失灵等采用GOOSE方式。

其具体的配置方案如图2所示。

图2 220kV无主环网式主变保护配置方案

2.2.2有主环网式主变保护配置

（1）变压器保护主机集成于低压侧子机中，差动保护及各侧后备保护均在主机中完成，子机仅采集各侧模拟量及跳闸；

（2）按照变压器各侧断路器分别设置变压器保护子机；

（3）变压器保护主机、各侧子机之间采用HSR环网连接；

（4）各侧子机电缆直接采样，电缆直接跳闸；

（5）跳母联、分段、启动失灵等采用GOOSE方式。

其具体的配置方案如图3所示。

2.2.3两种分布式主变保护方案比较（见表1）

2.3 220kV母差保护保护配置

相对于主变保护来说，母差保护涉及到的跨间隔设备更多，采用环形无主式的母差保护还不成熟，当前采用分布式的母差保护的配置方式也分为以下两种：

（1）有主星网式；

（2）有主环网式。

2.3.1有主星网式母差保护配置

（1）依据断路器配置母差保护子机，并配置独立的母差保护主机；

（2）分布式子机就地采集本间隔的模拟量和开关量数据；

（3）各间隔子机通过点对点直联的光纤将采集的间隔数据上送至保护主机，并接收主机的跳闸命令；

（4）主机完成保护功能，并向子机发送出口信息。

其具体的配置方案如图4所示。

2.3.2有主环网式母差保护配置

（1）依据断路器配置母差保护子机，并配置独立的母差保护主机；

（2）分布式子机就地采集本间隔的模拟量和开关量数据；

（3）主机利用环形网络将这些信息处理完成母线保护功能。

其具体的配置方案如图5所示。

2.3.3 两种分布式母差保护方案比较

3 结束语

文章针对当前智能变电站存在保护装置动作速度下降及设备故障率高等问题，提出一种智能变电站就地化保护配置方案，并详细介绍了多间隔保护配置策略，保护装置就地化安装，采用电缆直接采样、电缆跳闸，跨间隔信息保留原GOOSE传输方式，由于在保护动作回路中取消了合并单元及智能终端等中间环节，提高了智能变电站继电保护的动作速度及可靠性。

参考文献

[1]黄灿，肖驰夫，方毅，等.智能变电站中采样值传输延时的处理[J].电网技术，2011，35（1）：5-10.

[2]乐尚利.智能变电站合并单元现状及发展方向的研究[J].研究与探讨，2014，12（下）：157.

[3]王悦.基于智能变电站的层次化保护系统研究[J].华北电力技术，2013，9：26-30.

[4]刘宏君，裘愉涛，徐成斌，等.一种新的智能变电站继电保护架构[J].电网与清洁能源，2015，31（3）：49-51.

[5]周小波，汪思满，吴正学，等.环网分布式母线保护装置就地化实现探讨[J].电力系统保护与控制，2015，43（6）：104-108.

作者简介：冯学敏（1985-），男，福建省福州市人，硕士研究生，工程师，研究方向为智能变电站继电保护。