（1.国网嘉兴供电公司 浙江嘉兴 314000，
2..国网浙江省电力有限公司 浙江杭州 310007；
3.华北电力大学 北京北京 102206）
摘要：目前，我国智能变电站建设推广应用的关键阶段，智能变电站二次系统与常规站有着极大不同，由于过程层网络和智能设备的增加，保护装置可靠性和速动性不可避免的有所下降。随着研究的深入，为了提高保护系统的速动性和可靠性，越来越多的智能变电站实现了“就地化”保护装置。但是各种研究中二次系统构成模式并非完全一致。本文在研究分析了现有智能变电站保护配置和解决方案的基础上，提出了智能变电站保护功能配置的基本原则，从功能配置可用性出发，提出了智能变电站变压器、母线的就地化保护装置，该保护装置具有较高的可靠性机制具有更为合理的体系架构，较传统保护方案可靠性高。
关键词：智能变电站；就地保护；可靠性；变压器保护；母线保护
1引言
近年来，我国新一代智能变电站建设过程中，使用了更为先进的信息通信技术、传感器技术、智能化小型设备以及 等开放式协议，为站域保护和广域保护的发展提供了必要的技术支撑[1-8]。与此同时，我国大力支持智能变电站的研究，密集出台了一系列政策和规范。截止2014年底，我国已有6个首批新一代智能变电站示范工程投入运行。现有的智能变电站保护中，随着我国变电站网络通信技术的发展和电子式互感器的应用，基于 IEC61850 标准的数字化变电站在我国逐步发展起来[9]。
智能变电站典型的保护系统结构有，“直采直跳”、“直采网跳”、“网采直跳”、“网采网跳”，使得变电站的信息采集、传递、应用模式发生了根本性的变化，信息的集成应用使信息利用的有效性得到了极大的提高，变电站内的保护配置从装置冗余向信息冗余转变。但是，经可靠性分析表明[10]，电子式互感器与传统的电磁式互感器在实现原理上有很大的不同，电子式互感器采用很多新的电子元件，导致无论何种保护结构可靠性均有下降，而且在电气量信息和动作命令经光纤网络传输时，经存在固有延时，约5~10ms，若经SV、GOOSE两层网络传送的话，将增加保护固有动作时间最长达20ms。为了提高智能化变电站保护的可靠性和快速性，智能变电站二次系统集中就地化配置已成为重要研究方向[11-12]，本文提出了一种智能变电站就地化“三合一”保护装置。
2智能变电站保护配置原则
智能变电站的优势主要有：
（1） 简化二次接线：少量光纤代替大量电缆。
（2） 提升测量精度：数字信号传输和处理无附加误差。
（3） 提高信息传输的可靠性：CRC 校验、通信自检、光纤通信无电磁兼容 问题。
（4） 可采用电子式互感器：无 TA 饱和、TA 开路、TV 短路铁磁谐振等问 题；绝缘结构简单、干式绝缘、免维护。
（5） 一次、二次设备间无电联系：无传输过电压和两点接地等问题；一次 设备电磁干扰不会传输到集控室。
（6） 各种功能共享统一的信息平台：监控、远动、保护信息子站、电压无 功控制 VQC 和五防等一体化。
（7） 减小变电站集控室面积，二次设备小型化、标准化、集成化。
但智能变电站现存不足有：
（1） 快速性不足：合并单元和智能终端的设置导致信号传输及转化环节增 加，主保护动作时间延长。
（2） 可靠性有待提升：合并单元成熟度不高；合并单元等单一元件故障可 能造成多套保护动作或闭锁；合并单元智能终端安装在户外柜中，工作环境恶劣，故障率偏高。
（3） 运维难度大：二次设备种类繁多，现场工作量大，现有安调及运维检修承载力不足；二次虚回路无法直观可见，配置文件管控困难。
智能变电站的就地化保护装置为一种新的构成模式，应综合考虑智能化设备的优势同时避免其带来的问题，在研究保护配置方式时应充分考虑以下几点。
（1）继电保护的“可靠性、速动性、选择性、灵敏性”是保护配置的基本原则，基于智能变电站的新型保护功能体系同样应该严守这个原则。此外，变电站一体化保护功能配置模式利用信息冗余和广域通信的优势，在故障时实时跟踪网络拓扑并快速定位跳闸，加速保护动作时间，大大缓解了选择性和灵敏性、选择性和速动性之间的矛盾。
（2）现有的设备主保护是电力系统第一道防线的坚强支撑，在绝大多数情况下性能优良，安全可靠，且积累多年的运行经验，具有很高的工程价值。新的配保护功能配置模式是对现有继电保护系统的升级改造，不覆盖主保护功能、不干扰主保护动作、不影响性能。
（3）高效的信息传输通道和数字处理能力为电力系统继电保护的发展开辟了广阔的空间，新型的继电保护原理多利用电网关联信息及相关数字算法进行拓扑识别、故障定位、跳闸配合，信息的准确传输与识别是各种原理正确运行的关键。新的配置模式应关注信息传输机制与数字可靠性，从信息模式，传输架构、协调机制等层面消除不良信道和不良信息的影响。
（4）电力系统继电保护系统是原理、设备、规程、人员等要素的集合，保护系统的实际投运，不仅需要保护的算法有效可靠，保护安装处的实地硬件、内部软件也应与保护原理相匹配；在运行过程中，保护方案应易于现场工程人员调试、操作、维护、检修；在远景建设中，保护方案应适应于运行工况、升级改造、系统扩容等情况的变化。
因此，变电站保护功能配置模式应遵循以下几点重要原则：
1）保护功能配置体系始终坚持继电保护的“四性”要求，并最大限度地提升和平衡“四性”；
2）保护功能配置体系不影响现有的设备主保护功能；
3）保护功能配置体系满足信息的传输机制及可靠性要求；
4）保护功能配置体系满足实际工程中的运行、维护以及系统的扩容、升级；
3. 智能变电站就地化保护配置
图1是智能变电站就地化“三合一”保护装置示意图，如图1所示，就地化保护装置的包括MU、就地保护单元、智能终端，其中MU与互感器和SV网相连，智能终端与GOOSE网相连。保护装置的主保护功能避免了中间网络的传输过程，可以有效提高保护的快速性和可靠性，同时智能终端和MU分别与SV和GOOSE网相连，智能终端可以将本间隔的采用信息上传到SV网，并下载保护装置所需的采样信息以实现保护功能。MU将本间隔的动作信息及需要其它间隔配合动作的动作命令上传到GOOSE网以实现保护功能，同时也可以从GOOSE网获得本间隔的动作命令。
所提出的就地化“三合一”保护装置为单个间隔的示意，下面以某110kV智能变电站为例，建立智能变电站就地化保护，主要分析变压器和母线保护。
（1）变压器保护
如图2所示，在变压器高、中、低三侧分别安装就地化保护装置，三侧CT、PT采集电气量信息后，上送给本单元的就地化保护装置，由MU进行模数转换，然后上送至SV网，并从SV网获得其余两侧的电气量信息。
可靠性，增设“保命”段保护功能，其整定原则与变压器复合电压启动的过电流保护，为保证可靠不误动，将可靠系数可取得较大，为后备保护的3倍，比纵差保护增加20ms延时。
智能终端的数据与保护单元在同一装置内，保护动作信号获取无需延时，向开关发出跳闸命令。同时与GOOSE网相连，可接受来自站控层具备集中式保护和控制功能的跳闸命令，节约了成本。
（2）母线保护
如图3所示，在母线的变压器和出现各侧分别安装就地化保护装置，各端CT、PT采集电气量信息后，上送给本单元的就地化保护装置，由MU进行模数转换，然后上送至SV网，并从SV网获得其余两侧的电气量信息。
考虑网络故障等因素，为提高保护可靠性，增加母线过电流后备保护，线路端后备保护应躲开变压器后备过电流保护，整定原理类似，可靠系数取1.6，变压器端应躲开线路II段过电流保护的保护范围，可靠系数取1.6。为进一步提高保护可靠性，增设“保命”段保护功能，其整定原则与过电流后备保护相同，为保证可靠不误动，将可靠系数可取得较大，为后备保护的3倍，比纵差保护增加20ms延时。
智能终端的数据与保护单元在同一装置内，保护动作信号获取无需延时，向开关发出跳闸命令。同时与GOOSE网相连，可接受来自站控层具备集中式保护和控制功能的跳闸命令，节约了成本。
4.结论
所提智能变电站就地化“三合一”保护装置，在实现变电站智能化信息共享的同时，提高了各保护间隔主保护的可靠性和速动性不降低，同时在就地化保护装置中还具备后备保护功能，避免了因网络通信问题带来的保护失效的风险。
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（1. 智能变电站二次功能优化和信息融合技术研究（项目编号5211jx150107）
论文作者:郭磊1,周富强1,吴佳毅2,林一峰3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/9
标签：变电站论文; 智能论文; 可靠性论文; 保护功能论文; 保护装置论文; 信息论文; 终端论文; 《电力设备》2017年第30期论文;