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摘要：智能变电站实现了二次设备网络化和信息共享，不仅简化了二次设备间的物理连接，还可实现基于站域信息的更多应用功能。本文从变电站站域保护构成、原理和功能等方面进行简要论述。
关键词：站域保护；智能变电站；应用
引言
变电站传统保护仅能获取本地单间隔或局部信息，这种先天性的不足导致保护已无法同时兼顾选择性、快速性和灵敏性，且愈加不能满足复杂电网对保护提出的更高要求。同时，随着以太网逐渐延伸至变电站过程层，数据以统一格式在公共网络上进行传输，获取成本大大降低，传输速度和共享程度显著提高，实现站域保护已成为可能。
一、变电站站域保护构成
现有超高压电网中的电力设备广泛采用双重化的主保护加后备保护配置方式。主保护利用被保护设备两端信息即可准确判断内、外部故障，动作速度在 10～25 ms 之间，依然可以沿用。而传统的后备保护一般采用阶段式距离保护或零序过电流保护，通过定值和时间的配合来保证选择性，动作速度慢。当运行方式变化时为保证远后备保护的选择性，保护人员的定值计算工作量巨大，不得已采用近后备加断路器失灵保护方式。采用近后备保护存在当下级变电站的直流消失后，无法起到远后备作用。另外每个元件上配备多种后备保护，使得保护构成复杂化，在广域信息具备的情况下，从整个电网安全出发，有必要采用新的保护配置原则和构成原理。
为了能保证智能化配置的前提下保证变电站的可靠性，同时考虑到现有技术水平的因素，将变电站组建成传统+集成式保护的方式，具体方案如下：
（1）传统保护，仅配置一套传统主保护，取消后备保护以及断路器失灵保护。主保护包括母线保护、线路保护和变压器保护，采用电流差动原理按间隔配置，基本沿用现有的成熟技术。
（2）集成保护，通过同步收集系统内各断路器的电流、电压以及开关状态量信息，由决策中心利用差动保护原理及相关逻辑进行判别、决策，并依次向故障点相关就地保护单元发出跳闸命令。集成保护包括单元件差动保护以及作为后备的扩展差动保护。而双重配置集成保护，是为了检修集成保护1 时，集成保护 2 与传统主保护依然可以构成变电站的双重保护。（同理，检修主保护时，集成保护1 和 2 构成双重保护）因此传统主保护共享如下图 1 所示。
二、站域保护的原理及功能
智能变电站站域保护的动作原理大体可以概括为：立足站内标准化信息的交互共享机制，利用过程层通信实时地获取各元件的电压电流同步采样信息（SV 报文）以及开关量信息（GOOSE 报文），在划分冗余信息范围的基础上，采取多信息融合算法来识别故障元件，并通过设计的优化逻辑策略来执行断路器跳闸，实现故障的快速可靠切除，达成保护站内各电气元件的功能站域保护在获取多源冗余信息的基础上，可以从站内全局角度上实现综合故障处理，有助于补充改善传统继电保护的性能，具体表现在：①与传统的继电保护系统相比，站域保护的关键价值在于对后备保护的完善，它可以获得更多的故障特征信息，有助于改进和提高其保护性能；②站域保护可实现全站控制功能的协调和集成，可实时获取变电站电气信息，综合判断变电站运行状态，优化控制功能；③站域保护能够简化变电站继电保护和控制系统的结构，改善其性能，同时也可以作为子站接入广域保护系统，与广域保护配合，实现区域电网的安全控制。与广域保护相比，站域保护的对象主要是集中在变电站内的变压器母线等电气元件，因此所需的信息有限。
三、变电站站域保护的通信需求
（一）、智能变电站通信结构及组网方案
从物理层面上看，变电站分为一次设备和二次设备，从逻辑上来看，智能变电站内部各层次之间采用高速网络通信达到信息共享，完成自动化功能。IEC 61850 从功能上将智能变电站分为三层式结构，如图 1 所示，即过程层、间隔层和站控层。分层的智能变电站通信系统存在下面几种方式的数据传输流：①远方控制中心和站控层之间的通信；②站控层内部通信，不同设备之间交换数据；③间隔层内部的信息交换；④间隔层之间直接通信；⑤站控层与间隔层之间的保护和控制数据交换；⑥间隔层和过程层之间的通信。
IEC 61850 引入两类总线将三个功能层相互连接：变电站总线和过程总线。其中变电站总线用于处理站控层与间隔层之间的通信以及间隔层内部装置之间的数据交换。过程总线用于过程层设备和间隔层装置之间的通信，是智能一次设备和二次设备的接口面，主要用于两种高速信息服务：①过程层断路器和间隔层保护装置之间的跳闸命令；②过程层非常规互感器实时采样值上传至间隔层。由于引入了变电站总线和过程总线，层间和层内数据的采集和传输不再是点对点方式，而是以网络通信的方式集中采集和处理。
其中，根据现场情况以及信息传输可靠性要求可以采用的过程总线组网原则有四种，即面向间隔原则、面向位置原则、面向功能原则以及单一总线原则。单一总线原则，因为全站范围仅有一条通信总线，所有设备均连接在此总线上，系统的可靠性较差，所以往往不被采用。面向功能原则的组网方式，理论上可以从具体功能出发，根据不同功能的要求确定具体的信息间隔数，可以针对保护的功能需求分析信息的相关性。应用最为广泛的是面向间隔原则组网和面向位置原则组网。面向间隔组网的每个间隔有一条独立的总线再连接到全站范围的总线上，因此结构清晰明了，维护相对方便。而面向位置组网，因为每条总线覆盖了多个间隔，所以节约了设备，也降低了成本。
（二）、站域保护对过程层信息共享的通信需求
智能变电站站域保护旨在改进现有传统继电保护的性能，对其间存在的不足，进行相应补充，且主要面向于完善后备保护。为了提升系统运行的稳定性，缩短故障清除时间，实现保护动作尽可能快而且切除故障范围尽可能小。通信系统需要具有较高的实时性和可靠性，需要过程层的信息可以快速共享，主要包括 SV 报文以及 GOOSE 报文。
从继电保护角度，站域保护方案要能够改善后备保护整定动作延时长、整定配合复杂的弊端。例如，针对变电站的双回线保护，智能变电站站域保护可以通过引入两回线路的电流、电压量，并与就地线路的主保护相结合解决现有的各类问题。一次设备如电子式互感器的异常可能导致该间隔保护功能缺失，而站域保护可以获取相邻设备及全站的信息，可以快速识别故障并切除。
四、站域保护的关键研究环节
（一）、集成形式
对于智能变电站内不同电压等级的继电保护装置，其配置方案有所差别，就保护动作特性的要求，亦存在不同。故而，在使用多源冗余信息改善现有保护性能时，于不同电压等级下应具备相异的集成实现方式。本文以某 220 kV 智能变电站为例，简述按电压等级集成站域保护的初步方案。
在220 kV 电压等级下，站域信息仅用于实现后备保护功能；110 kV 等级的站域保护主要面向后备保护，可适当集成主保护功能；35 kV 等级的站域保护可基于共享信息构建主保护（增设中低压等级的母线保护），并集成后备保护。分区配置的示意图如图3 所示。
该分区布置智能变电站站域保护的优势在于：（1）根据后备保护配合原则，按电压等级分隔站域保护不会影响原有继电保护特性；（2）各子区站域保护间仅需通信极少的信息，站域保护系统的结构更明确；（3）在同一电压等级下构建站域保护有利于同变电站主保护的协作。
（二）、提高保护运行性能
变压器复合电压闭锁过流保护通常选取单侧电压作为动作判据，这种方式在某些特殊情况下，灵敏度受到一定限制。例如，在低压侧发生故障时，高压侧复压元件可能因变压器短路阻抗较大、且系统电源较强，致使电压跌落有限而造成保护装置拒动。站域保护能够利用网络共享实时获得多侧电压数据，基于不同侧电压信息以完成复压判据的综合决策，提升保护动作的灵敏度。当站域保护根据相关单元件保护的动作信息及断路器的开断情况鉴别出该保护动作不正确时，可对误动作的保护进行纠正，避免误动所带来的损失。
结束语
站域保护在获取多源冗余信息量的基础上，智能电网建设步伐的加快对保护装置提出了更高的要求，继电保护技术的升级是适应变革的必然举措，研究站域保护无疑将具备重要的积极效应。相信随着工作的深入与技术手段的更新，多信息的应用、深层次的融合在智能化继电保护中的实现将具有越加完备的工程化基础及实用化成果。
参考文献：
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[3] 王 军． 集成保护中数据同步采集的研究与实现［D］．北京：北京交通大学，2008．
论文作者:李娜
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/4/1
标签：变电站论文; 间隔论文; 信息论文; 总线论文; 电压论文; 智能论文; 功能论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;