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新一代110kV智能变电站站域保护技术研究

北极星智能电网在线  来源:电网技术    2018/6/21 9:34:22  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:为了能够更好地分析新一代智能变电站站域保护与常规继电保护之间的区别,本文在对站域保护研究现状、功能配置和功能原理方面进行介绍的基础上,经过现场实验对某110kV线路冗余保护和变低冗余后备保护的性能进行分析。结果表明,新一代智能变电站站域保护能够更好地对二次系统进行保护。

近年来,随着我国以特高压为骨干网架的各级电网迅速协调发展,逐步形成了以信息化、自动化和互动化为主要特征的智能电网[1]。继电保护作为电网安全稳定运行的第一道防线,必须适应甚至超前电网的发展需求[2]。

与传统智能变电站相比,新一代智能变电站采用了层次化保护控制系统,主要由就地级保护控制[3]、站域级保护控制和广域级保护控制3个层次构成[4]。其中站域级保护控制面向单个被保护对象,利用站内多个对象的电气量、开关量和就地级保护设备状态等信息,集中决策,实现保护的冗余和优化,完成并提升变电站层面的安全自动控制功能,同时也可作为广域保护控制的子站。

站域保护控制系统作为层次化保护系统的关键环节,综合利用了站内多间隔线路、元件的电气量和开关量信息,不仅能够实现故障点的快速、准确和可靠隔离,而且实现了站内冗余后备保护、优化后备保护及安全自动控制[5]。

站域保护控制可以获取多个间隔或全站信息,比间隔保护得到的信息更多,可对现有保护系统进行补充和优化。对110kV及以下电压等级没有配置双重化保护装置的系统,可进行集中冗余保护,同时可实现全站备投、低频低压减载装置、断路器失灵保护等功能。

本文在对站域保护研究现状和系统原理进行分析的基础上,对运城市某110kV线路进行现场冗余保护和变低冗余后备保护实验分析,对比分析了站域保护同常规微机型继电保护的特性差异。结果表明,新一代智能变电站站域保护系统能够有效地对故障进行检测并控制,提高了保护的可靠性。

1 站域保护的研究现状

目前站域保护方式主要分为集中(集成)式保护和分布化(网络化)保护两种。

文献[6]提出了一种在逻辑上采用两层配置方案的集中式保护,即以差动保护为主的单元保护模块作为间隔级保护,以基于拓扑理论的网络保护模块作为全站系统级保护。文献[7-8]提出了一种采用统一软硬件平台,并配置保护、测量和控制等功能的数字化集中式保护装置。

文献[9]提出了一种以多功能保护控制器MPCU为核心的数字化集成保护与控制系统DIPC。文献[10-12]设计了应用于110kV数字化变电站的集成保护样机,研究了集成保护对传统线路保护、变压器保护等功能的改进,并就过程层网络通信系统的实时采样、数据同步及可靠传输做了相关分析。文献[13]对智能变电站中分布式网络化保护进行定义并指出了其应用范围,即在保护上实现分布式母线保护,在控制上实现网络化备自投及低频低压减载。

文献[14]提出了一种无主站式的分布式母线保护方案,各母线间隔保护单元通过可靠性较高的环形网络交互数据,发生故障时只需将相应回路断开,而不会引起整条母线的停电。

2 新一代站域保护功能配置

站域保护与控制装置基于智能变电站过程层网络数据共享,通过网络接收电气量采样数据(网采),发出跳合闸等控制命令(网跳)。站域保护与控制装置在智能变电站中的位置及对外信息交互如图1所示,其采集全站过程层与站控层网络的信息数据,完成就地级保护的冗余后备、优化后备及安全自动控制,同时具备独立的通信接口,支持广域通信,完成广域保护控制系统的子站功能。

图1 站域保护与控制装置

新一代智能变电站中站域保护与控制装置的功能配置主要包括冗余保护、优化后备保护、安全自动控制和广域保护控制的子站功能,见表1。从表1的功能配置表可以发现,站域保护中冗余保护只包含对单套配置保护的冗余,若主变保护已经双重化配置,则站域保护控制装置中不宜再配置冗余。

站域保护与控制装置中冗余保护功能不含线路纵联保护,主要原因是:①通道和对侧设备不支持,若要支持,则需增加大量设备和工程量;②若含线路纵联保护,则站域保护会通过线路关联多个站,复杂程度大大增加,影响范围较大。

站域保护与控制装置中不需要包含10kV间隔保护的冗余,主要原因是10kV间隔采用传统互感器和“六合一”装置,无独立的合并单元和智能终端,若站域保护装置实现10kV间隔保护,则其采样和出口同样要经过“多合一”装置,“多合一”装置因故退出运行时,站域保护起不到冗余作用。

表1 站域保护的功能配置表

3 站域保护功能原理

3.1 采样与跳闸方式

无论在智能变电站还是常规变电站,就地级保护装置均采用直采直跳的方式进行工作,而站域保护率先采用网采网跳的方式进行工作。因本文着重强调智能变电站中的保护方式,故对智能变电站中直采直跳和网采网跳进行比较。

1)直采直跳是指智能电子设备间不通过交换机而以点对点连接方式直接进行采样值传输和跳合闸信号的传输,其工作原理如图2所示。

该方法的优点是,保护装置不依赖于外部对时系统实现其保护功能,避免了组网方式下交换机引起的采样和跳闸信息不确定性延迟。缺点是保护装置光口数量多,使二次回路光纤连接复杂。

图2 直采直跳工作原理图

2)网采网跳是指智能电子设备间经过交换机的方式进行采样值传输共享和跳合闸信号的传输,通过划分VLAN的方式避免信息流过大,其工作原理图如图3所示。

该方法的优点是,保护装置通过网络实现信号输入输出,有效地减少了母线保护、主变压器保护等跨间隔保护装置的光口数量,简化了二次回路光纤连接。缺点是多间隔数据同步依赖于对时系统及网络,网络化信息交互存在延时。

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