500kV智能變電站繼電保護配置設計方案分析

作為智能電網的重要組成部分，近年來智能變電站繼電保護設備升級改造的重要性日漸突出，智能電網運行過程中的安全性和可靠性也直接受其影響，而為了最大化發(fā)揮繼電保護設備效用，正是本文圍繞500kV智能變電站繼電保護配置設計方案開展具體研究的原因所在。

1  500kV智能變電站繼電保護配置設計路徑

1.1  設計原則

智能變電站與傳統變電站在結構、二次設備布置方式、保護接口、通信規(guī)約、對時方式等層面存在顯著差異，智能變電站繼電保護配置設計也因此具備較高獨特性，這種獨特性在繼電保護配置設計原則層面便有著較好體現。在500kV智能變電站繼電保護配置設計中，為真正實現“可靠性、選擇性、速動性、靈敏性”要求，設計人員必須遵循“雙重化設計”原則，因此220kV及以上電壓等級繼電保護、網絡、相關設備必須遵循雙重化設計原則，如使用主后一體化的保護裝置、配備沒有任何電氣聯系的兩套保護裝置等。此外，保護采樣及跳閘還需要采用直接電纜跳閘的開出量、SMV網絡方式的采樣開入量、GOOSE網絡方式傳輸的開入與開出量，500kV智能變電站繼電保護配置設計方案質量將由此得到保障。

1.2  設計路徑

在500kV智能變電站繼電保護配置設計中，設計人員需關注GOOSE網與繼電保護的配置、非常規(guī)互感器與繼電保護的配置，常規(guī)保護配置方案、集中式保護配置方案的選擇也應得到設計人員的重視。作為兩種常見的繼電保護總體配置方案，常規(guī)保護配置方案具備容易實現繼電保護過渡優(yōu)勢，但無法較好適應智能化一次設備變革影響屬于該方案的不足，而集中式保護配置方案則能夠較好適應數字化繼電保護配置、智能化一次設備變革，但該方案對保護設備的要求較高，電力企業(yè)必須結合500kV變電站實際合理選擇繼電保護總體配置方案。

2  500kV智能變電站繼電保護配置設計實例

2.1  工程概況

為提升研究的實踐價值，本文選擇了某地500kV智能變電站的繼電保護配置設計作為研究對象，考慮到集中式配置方案數字化保護尚不完善，該智能變電站采用了常規(guī)保護配置方案，并配備了各自獨立的兩套保護，本文將對該智能變電站的一套保護進行詳細論述。

2.2  線路保護

2.2.1  500kV線路保護

500kV智能變電站繼電保護配置設計的線路保護需圍繞500kV線路保護、200kV線路保護依次展開，按照近后備原則，500kV線路保護需配備雙套獨立、完整的保護裝置，因此設計人員選擇了能夠反映各種類型故障的全線速動主保護裝置，其選相功能可與每套保護裝置配備的完整后備保護實現高質量配合，這里的后備保護包括各自獨立組屏的兩段零序電流保護、三段接地距離保護、三段相間距離保護。根據系統工頻過電壓要求，500kV線路可能受到過電壓的威脅，因此配置了雙套過電壓保護、遠跳保護。由于500kV智能變電站對端是一個半斷路器接線，因此裝設了遠方跳閘就地判別裝置于線路本側，該裝置的跳閘以“一取一”加就地判別方式控制。為更好開展500kV線路保護，保護裝置還按斷路器分電流接入了MU，且采用了線路電壓MU單獨接入線路保護裝置的設計，智能終端設計重點考慮了一個合閘線圈、兩個跳閘線圈 。

2.2.2  220kV線路保護

220kV線路保護同樣屬于500kV智能變電站繼電保護配置設計的重要組成部分，因此設計人員圍繞獨立反映各種類型故障、各自獨立組屏、具有選相功能全線速動保護要求開展了220kV線路保護設計，設計同樣采用了雙套獨立、完整的保護裝置，每套保護的后備保護組成也與500kV線路相同，但考慮到200kV線路的特殊性，線路保護采用了可實現單相、三相、綜合及特殊重合閘方式的線路重合閘功能配置。此外，組合ECVT負責提供電流電壓，雙套配置的合并單元與智能單元的采樣值采用點對點傳輸方式，母差保護動作遠跳功能、母差失靈功能的啟動則需要得到GOOSE網絡傳輸方式的支持。

2.3  500kV主變保護

采用單相自耦變壓器，500kV側、220kV側、35kV側分別為3/2斷路器接線、雙母線雙分段接線、單母線接線，因此配置了雙套縱聯差動保護和后備保護，以及一套公共繞組過負荷保護、一套非電氣量保護，其中的后備保護包括低壓側過流保護、過負荷保護、過勵磁保護、零序電流保護、斷線閉鎖保護、阻抗保護。2套智能操作單元的保護由變壓器保護負責，高壓側電流量、高壓側電壓量分別從500kV斷路器ECT1與ECT2合并單元、高壓側EVT1合并單元采集，中壓側ECVT1合并單元、低壓側ECVT2合并單元、低壓繞組ECT3合并單元、公共繞組ECT4合并單元則分別負責中壓側電流量和電壓量、低壓側電流量和電壓量、低壓繞組電流量、公共繞組電流量的采集；非電量智能單元負責變壓器非電量保護，該單元采用單套配置，并采用GOOSE網絡傳輸進行跳母聯、啟動失靈等故障的應對失靈保護跳閘命令的接收也需要得到GOOSE網絡的支持 。

2.4  500KV斷路器保護

在半斷路器接線方式下，采用了斷路器單元配置的500kV斷路器保護，充電保護、重合閘、斷路器失靈保護構成了每臺斷路器保護柜，而通過確定“先重合斷路器”、“后重合斷路器”，綜合重合閘與斷路器失靈保護的雙重化配置實現將獲得有力支持，雙重化配置需組一面屏。值得注意的是，由于同期重合閘功能需要在邊開關斷路器保護中得到體現，因此確定了500kV斷路器保護實施方案，母線電壓經電壓MU分別接入線路PT的MU為500KV斷路器保護提供了有力保障。

2.5  母線保護

2.5.1  500kV母線保護

在500kV智能變電站繼電保護配置設計中，每條母線需配置2套微機型母線保護，為實現二者的相互獨立，每套保護需單獨組屏。由于研究對象工程采用了一個半斷路器接線方式，500kV母線保護無需設電壓閉鎖元件，但由于接入的元件數較多，最終選擇了分布式的母線保護形式、直接采樣與直接跳閘方式。如出現斷路器失靈故障，母差失靈功能的啟動需得到GOOSE網絡傳輸的支持。

2.5.2  220kV母線保護

采用雙重化配置進行220kV母線保護，其中雙套母差保護選擇了帶有失靈保護功能、復合電壓閉鎖功能的母差保護，且每套母差保護動作于一組跳閘線圈，分段斷路器、母聯斷路器未采用復合電壓閉鎖，各間隔智能終端、合并單元采用雙套配置，且每套保護獨立組屏。母線保護的失靈保護功能實現需結合采集的母線保護、線路保護、變壓器電氣量保護等分相，失靈保護功能可由此實現，軟件在其中發(fā)揮的分相、三相失靈電流判別需得到重點關注。此外，220kV母線保護還采用了GOOSE網絡進行失靈啟動、母聯開關過流保護啟動失靈等開入量傳輸。

2.6  其他保護

2.6.1  220kV母聯保護

為實現遙信、遙控、保護功能，采用了測控、保護一體化裝載作為220kV母聯/分段保護裝置，雙重化配置、直采直跳方式實現了三相不一致保護、零序保護、過流保護，2套智能操作單元也由此得到了更好保護。

2.6.2  故障錄波器設置

在500kV智能變電站繼電保護配置設計中，故障錄波器發(fā)揮的重要作用不容忽視，其負責接入智能變電站過程層網絡，采樣值報文收取與模擬量通道數據提取、GOOSE報文收取與開關量狀態(tài)信息提取均屬于故障錄波器職能范疇。為保證故障錄波器較好服務于繼電保護，采用了單獨組網的故障錄波器設計，且故障錄波器不接入MMS網絡（500kV變電站自動化系統站控層），同時按照IEC61850標準進行建模。

2.6.3  保護及故障信息子站設置

保護及故障信息子站設置同樣在500kV智能變電站繼電保護配置設計方案中占據重要地位，其主要負責保護和故障錄波、故障測距信息的采集與處理，而為了完成這一系列工作，保護及故障信息子站需要與站控層網絡相連，并通過站控層網絡信息共享方式進行工作，其中網絡相連需經過防火墻。此外，向各級調度部門傳遞信息同樣屬于保護及故障信息子站功能范疇，因此采用了通訊接口統一接入調度數據網的設置。

3  結語

綜上所述，500kV智能變電站繼電保護配置設計具備較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的500kV線路保護、200kV線路保護、500KV斷路器保護、500kV母線保護等內容，則提供了可行性較高的智能變電站繼電保護配置設計路徑，而為了進一步提高該設計質量，二次設備的網絡化、數據平臺的標準化也需要得到業(yè)內人士關注。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.00559.cn/w/qk/21223.html