摘要：传统变电站因诸多弊端已难以满足现代电力系统要求。智能变电站有效的解决了数据“孤岛”现象，实现系统各单元数据交互，提高数据共享性。智能变电站继电保护装置能够对变电站内的电力设备故障和运行不正常等状况做出迅速地、有选择地反应，从而将故障设备从系统中切除，以达到不影响无故障设备的正常运行，使得故障影响的范围缩减到最小，提高了电网系统及设备运行的安全性、可靠性。
关键词：智能变电站；继电保护；IEC61850；110kV
由于智能化变电站可以对电能的传输进行转移和分配，因此，继电保护能够对变电站的设备故障进行快速切除以避免故障范围的进一步扩大，已经成为变电站的重要设备之一。继电保护装置能够对变电站内的电力设备故障和运行不正常等状况作出迅速地、有选择地反应，从而将故障设备从系统中切除以达到不影响无故障设备的正常运行，使得故障影响的范围缩减到最小，提高了电网系统的设备运行的安全性、可靠性。在智能化变电站建设中，继电保护也是衡量变电站优劣的一项重要指标。数字化逐渐成为智能变电站的特色，在传统的继电原理的基础上建立变电站数字化系统，实现变电站的智能化。本文主要是对110kV智能变电站继电保护研究，对其继电保护配置加以分析研究。
1智能变电站继电保护的研究现状
继电保护主要作用是当电网系统中存在不正常或者故障时，通过及时控制切除故障设备与非故障设备之间的联系，从而使故障造成的影响降低到最低。
在与传统变电站继电保护进行比较中可以看出智能化变电站继电保护在技术、配置以及继电保护方面存在着较大的优势，有效地提高了整个电力系统的稳定性。首先两者在通讯准则上的存在差异。智能化变电站采用的是IEC61850通信规范，而传统变电站则采用 IEC60870-5-103 标准，采用 IEC61850 标准，可以极大地增强设备之间的互联及互操作性，实现不同厂家之间的无缝对接。其次在继电保护方式上的差异。在传统变电站中，开关量信息量的采集、跳合闸信息量的传递等是通过二次电缆实现的。而智能化变电站中，采用的是SV、GOOSE 网络，实现了二次回路的虚拟化，通过SV、GOOSE网络连接系统，可以对回路故障或问题进行及时地监视，保证其正常的工作状态。相比较传统变电站通过运维人员加强二次回路的巡检工作，从实时性及效率性上都有较大的改善。并且通过光纤、网络代替电缆，极大地改善变电站的信号传输质量在提高智能化变电站的工作效率的同时，更降低了成本。
智能变电站继电保护打破了传统变电站孤立的、单一的装置模式，有效地避免了设备配置的重复，智能化变电站与传统综合自动化变电站继电保护的相比实现了信息的共享，并极大地降低了成本。另外，整个监测系统变得重量轻、体积小、结构紧凑，系统的维护、配置以及工程的实施更加精简，实现了设备的优化配置。同时，相关设备的检修更具科学性和可行性，智能化变电站可以及时、有效地获取电网运行状态的相关数据、动作信息、智能电子装置的故障以及信号回路的状态等。利用这些智能化的装置，可以实现对所有功能单元的有效监视，避免了信息采集盲区的存在。但在智能变电站建设初期，因为新技术、新设备制造的不成熟和设计理念的不成熟，还是在智能变电站继电保护的应用上出现了一定的分歧。
2 110kV智能变电站继电保护装置配置方案
2.1 110KV 及以下电压等级线路保护配置方案
110kV 电压等级的变电站采用主保护和后备保护两种形式对线路进行保护，在配置主保护时采用的是双套配置方法，所以线路中的MU的配置也要与线路保护相匹配，也采用双套配置。在智能终端处仍然可以采用单套配置，但是与两主变保护之间的连接需要采用单独网络。
线路保护的需求考虑，系统要对电压采样，采样信号可以为本间隔MU整合母线电压MU，通过间隔保护时对电压、电流间隔进行组合，从而有效的避免网络间隔的延时情况，在间隔单元中即完成了网络对时。然而若出现线路保护有多个间隔情况，则就会对母线MU的I/O产生较大的限制。此外，通过SV网络采集电压信号，从而有效的降低了网络的延时时间，对网络内部资源有了很大的节约，符合保护装置的要求。本方案中采用点对点的方式进行线路保护配置，通过第一套 MU 采集配置在线路和母线上的ECT、EVT 获得电流和电压。
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采用保护测控一体化装置来实现对35kV 及以下电压等级的线路进行间隔保护，若一次设备采用开关柜安装方式，则该装置安置于柜内。常用的保护测控一体化装置由常规互感器、
2.2 主变保护配置方案
主变保护配置方案随着电压等级的不同配置方案也存在差异，主变保护的方案有单套和双套配置。变压器保护通常是直采直接方式使断路器动作；可以采用 GOOSE网络传输变压器保护跳母联、启动失灵、分段断路器及闭锁备自投等。变压器能够对失灵的保护跳闸指令通过 GOOSE 网络接收，可采用两种方案：
（1）单套主变保护配置
由于变压器保护具有较高的可靠性和较快的响应速度，所以将主保护和后备保护分开单套配置的方案，差动保护作为主保护，并采用光纤与变压器各电压等级侧智能终端、合并单元连接；后备保护的保护装置为各电压等级侧后备保护合一装置，并采用光纤与各电压等级侧的智能终端、MU 连接。
由于主变压器所采用的继电保护需要具有采样同步、响应速度快等特点，所以都是采用光纤构成的组网方式实现对设备采样和设备跳闸，采用直接采样、直接跳闸方式。在电压等级为110kV侧时可以配置独立的MU，而在35kV以下电压等级侧则是采用 MU 与智能终端一体化配置。
主变保护的后备保护主要是在母联及分段开关上进行动作，所以变电站低压侧的主变后备保护也作为变电站母线保护的后备保护而存在，因此可知多套保护装置需要安置于母联及分段开关上以达到后备保护的目的，采用直接采样直接跳闸的方式能够拥有较小的硬件冗余，而对于低压侧采用 GOOSE 网实现对设备保护状态信息进行传输，使得网络冗余较大所以可以采用网络跳闸的方式实现主变后备保护动作于母联及分段开关上。
主变保护采用光纤直接连接动作于中压侧、低压侧分段母联，其动作命令的传输采用 GOOSE。
（2）双重化主变保护配置
双重化主变保护配置方式通常应用于双母线接线形式，此时各电压等级侧的智能终端、合并单元均需要采用双配套装置。采用直接电缆跳闸的方式就地实现非电量保护，非电量时延也是采用非电量保护。
采用双重化标准配置变压器，使得每套装置都具有主保护和后备保护；各等级侧的配置也采用双重化标准。
利用断路器采用直采直跳的方式实现主变保护；利用 GOOSE 网络对智能变电站网络化，实现故障跳闸指令的快速传输，在主变各电压等级侧断路器中接入非电量回路实现故障的跳闸动作；采用 GOOSE 网络实现对变压器主变保护跳闸指令进行接收，利用智能终端对跳闸指令进行采集，利用 GOOSE 网络将跳闸指令传输至过程层。主变保护方式主要对主单元和子单元进行分布式保护，这种配置方案下采用分布式保护实现对主变压器的保护配置。
通常情况下，智能终端、非电量保护体积主变本体测控单元按照一定规则整合后安放于户外变电柜中，采用硬接线直跳的方式进行非电量保护，光纤连接方式实现测控信息在过程层和间隔层间的信息传输。
2.3 母线保护配置方案
对于母线保护配置需要采用光纤作为连接线缆直接采样、直接跳闸方式的保护配置方式，配置方案为单套配置。采用光纤实现对母线保护上的采集回的电流信号、开关量信息信号等进行接收，再经过相应的逻辑判别，在 GOOSE 网络中的信息量利用光纤方式将信息传送至各个间隔，实现间隔的正常动作。根据母线保护的配置可以得出相应保护装置的工作方式：（1）为了能够确定每个智能开关当前的工作状态，母线保护具有下发GOOSE报文的任务。（2）MU 利用GOOSE网络将报文发送至间隔层，达到母线保护的目的。（3）母线保护需要对各间隔的采样信息SV 进行接收；（4）当母线区内发生故障时，母线保护发送 GOOSE 报文到相应的故障母线间隔及母联开关的智能单元。
3 结束语
本文仅从智能变电站继电保护的现状、线路保护、主变保护、母线保护层面上研究继电保护配置方案，还需要从电容器保护、接地变保护、安全自动装置保护等方面进一步研究继电保护，使继电保护方案更加完善。
论文作者:罗云芳,李晓阳,解涑转,杨玥昕
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：变电站论文; 母线论文; 智能论文; 继电保护论文; 电压论文; 故障论文; 方式论文; 《电力设备》2018年第21期论文;