摘要：电力工业是国家能源产业的核心，它的发展对以上问题有着直接的影响，并且各行业对电力的依赖需求增强，对供电可靠性及电能质量的要求也日益提高，因而解决能源安全与环保问题，应对气候变化是世界各国发展智能电网的最主要动因。变电站作为智能电网的关键支撑点，实现电力传输的转移、分配，关键设备均集中在变电站内，电网运行的可靠性，很大程度上取决于变电站设备的可靠性，因此，在智能电网的体系下，采取一、二次设备结合的技术改变变电站建设、运行模式，建立变电站全寿命周期管理体系，将成为一种发展的必然。传统变电站一次设备和二次设备之间需使用大量的电缆进行连接，维护复杂，接线多，各制造厂商的保护设备缺乏统一的通信标准，建设成本高。随着智能变电站的不断发展，一次设备数字化、二次设备网络化必将对继电保护的发展产生较大的影响，采取一、二次设备结合将成为一种发展的必然，对推动智能化变电站的发展具有重大的现实意义。本文将对智能变电站继电保护的层次化进行研究和讨论。
关键词：智能变电站；继电保护；智能组件
高压电网主保护在相当长的一段时期不可能集中配置，这一点已经取得共识，主保护坚持按被保护对象配置不动摇。按被保护对像配置的后备保护，由于获取模拟量和开关量信息的先天性不足，导致后备保护无法完全适应由于负荷、电网操作或故障等变化引起的电力系统变化，现有保护通常通过保护定值整定，满足所需要考虑的系统情况。例如，对于距离三段保护必须涵盖相邻最长线路，此种定值整定方式存在两方面缺陷：一是不能预见所有紧急状况，二是对任何一种系统情况保护整定值非最佳方案。因此，有必要利用站域和区域保护，获取全站和区域电网信息，对后备保护进行优化，适应电网运行方式的变化。降继电保护系统分为广域电网保护层、站域保护层和就地保护层，三层保护之间密切配合，共同实现完整的继电保护。
一、跨间隔保护功能
母线保护为跨同一电压等级多间隔保护设备，就地化有其特殊性。首先，母线保护为适应间隔功能就地化布置，必须采用分布式母线方案。布式母线保护采用主从方式，由主机和从机组成。推荐两种分布方案，从可靠性考虑，建议采用方案一：分布式母线保护由主单元CU，间隔单元BU以及数据汇集单元MU共同组成。主单元（CU）通过数据汇集单元读取各保护各间隔采集的模拟量（电流、电压）和开关量数据信息，完成保护原理判别。间隔单元为独立装置，能够就地化安装。间隔单元完成本间隔电流量的采集和预处理。并把经过A/D装换后的数据上送到主单元。间隔单元应完成本间隔刀闸位置的识别以及开关的监视。并把位置信息上送到主单元接受主单元发来的动作指令，保护开出跳闸操作箱。
第二种方案：分布式母线保护可以基于智能变电站保护开发，主要方案是智能变电站母线保护作为主机，完成母线保护数据汇集和保护原理，智能变电站的智能组件（智能终端+合并单元）作为从机完成数据量采集和跳闸执行。要求智能组件可以就地安装和调试，能满足最少2-4个单元的交流量和隔离刀闸采集。12路模拟量数据的采集；8路刀闸位置开入，16路失灵启动开入；16路跳闸出口（4*4）。
二、站域保护功能
站区域保护基于全站信息的基础上，可以解决传统后备保护仅能获取开关量与单间隔电气量，后备保护选择性、灵敏性不能兼顾，保护动作时间长等问题，且可以实现断路器失灵、低周电压减载、全站备自投等效能。
三、就地间隔保护方案
继电保护靠近被保护设备安装，缩短与被保护设备的距离，实现保护装置的就地布置，是一种必然趋势。多年的实践经验表明，主后一体化的微机线路和变压器保护，按被保护对象配置，为保障电力系统的稳定运行和设备安全，发挥了举足轻重的作用。就地化间隔保护采用“电缆采样、电缆跳闸”，结合GOOSE网络实现连闭锁功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆保护装置采用电缆采样，不依赖外部时钟实现其保护功能，保证了就地间隔层保护的可靠性；采用电缆跳闸保证了保护的速功性；采用GOOSE 网络实现连闭锁功能，充分发挥了IEC 61850的信息共享优势；无论过程层网络、站控层网络以及区域通信系统故障后，均不影响就地间隔层主保护性能，充分体现了“间隔功能自治”思想。随着智能变电站技术发展，就地化间隔保护，可适当集成，但不能“为了集成而集成”，不能牺牲保护装置的可靠性，集成后装置的性能只能提高，不能降低，具体方案如下：第一，“面向运维”原则，3/2接线短引线保护，在线路或主变间隔停役后，才投入运行，而此时断路器必须运行，因此可将短引线保护集成于断路器保护中；第二，“面向对象”原则，将相同被保护对象的保护集成，由于同一被保护对象的不同保护，开关量输入及输出、模拟量几乎完全相同，因此宜集成到同一装置内。譬如过电压保护可集成于线路保护中，母联充电保护可集成于站域保护中，接地变保护可集成与主变保护中。
四、广域电网保护功能
区域电网保护主要解决电网运行中的以下几个方面的那题：第一，继电保护系统以切除故障元件为目标，其与安全自动装置之间相对独立，缺乏相互协调能力，未考虑故障切除对电网稳定运行的影响；利用网络通信与区域信息实现安全自动装置与区域保护的协调配合，避免可能引发电网稳定事故的连锁跳闸现象。第二，后备保护整定采用逐级配合原则，动作时间可能较长，对于运行方式复杂的电网存在灵敏性、选择性不能兼顾的现象，利用区域电网信息可简化后备保护配合，缩短后备保护的动作时间的作用。第三，继电保护动作判据多基于本地测量数据，保护定值事先离线整定，难以适应不断变化的电网运行方式；利用区域电网信息识别电网的拓扑结构和运行状态，优化后备保护的定值。
五、各层保护协作关系
电网的继电保护由各间隔“继电保护装置”，转变成由就地间隔层、站域层和区域电网层构成的“继电保护系统”后，必须将原来由各间隔集中实现的保护功能，合理分散到三层保护系统中，就地化间隔保护层实现各间隔主保护和最末段保护，站域保护层利用站域信息优化变电站内部后备保护，区域电网利用站间信息优化变压器和线路后务二段和三段后备保护。就地化间隔保护层不依赖站域、区域电网信息，实现其保护功能，重点强调独立性、可靠性，实现“间隔功能自治”，在现有保护基础上进行优化配置，仅保留主保护和反时限过流保护，保障电网安全稳定运行的主保护和电网最后末段“保命”的反时限过流保护分散就地布置在各间隔，可显著提高主保护和最末段保护的可靠性，同时为实现就地化间隔保护的定值免整定创造了有利条件。由于就地化间隔基于单端电气量保护，无法获取与其配合的网络结构信息，存在先天性不足，可通过站域保护和区域电网保护进行弥补。
站域保护获取全站信息，主要解决原间隔保护获取信息能力不足，而单间隔不能解决的问题。如变压器主保护和反时限过流保护由就地化布置间隔保护实现后(主保护与非电量保护同组一面柜，布置在变压器本体附近；各侧后备保护与智能终端分别组一面柜，布置在断路器附近)，变压器复压过流保护由站域保护实现，能很好地解决高压侧过流对低压侧灵敏度不足问题，同时站域保护可包含全站备自投、断路器失灵、低周电压减载等功能。
总结
区域电网保护获取电网全局信息，完成需要多变电站信息的保护和控制功能，主要用于线优化变压器和线路二段和三段保护，同时还可实现区域电网的稳定控制和备自投等功能。区域电网保护具备与调度端EMS，WAMS等交互信息的能力，可获取电网拓扑结构、保护定值等信息，优化区域电网保护性能。如通过获取一次设备在线监测信息，当变压器内部监测信息告警后，可适当降低差动保护定值。就地化间隔保护层、站域保护层和区域电网保护层，三者有机结合，构成完整的继电保护系统，既保证了间隔保护功能的独立性和可靠性，又提高了站域保护和区域电网保护的安全性，可显著改善现有继电保护性能。
参考文献
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[2]陈文升，顾立新.电子式互感器的应用研究[J].华东电力，2009.
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论文作者:赵虎,蔡智慧
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/26
标签：电网论文; 间隔论文; 变电站论文; 区域论文; 智能论文; 信息论文; 保护层论文; 《电力设备》2017年第16期论文;