500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)方案分析

作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，近年來(lái)智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備升級(jí)改造的重要性日漸突出，智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)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(hù)設(shè)備效用，正是本文圍繞500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)方案開(kāi)展具體研究的原因所在。

1  500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)路徑

1.1  設(shè)計(jì)原則

智能變電站與傳統(tǒng)變電站在結(jié)構(gòu)、二次設(shè)備布置方式、保護(hù)接口、通信規(guī)約、對(duì)時(shí)方式等層面存在顯著差異，智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)也因此具備較高獨(dú)特性，這種獨(dú)特性在繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)原則層面便有著較好體現(xiàn)。在500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)中，為真正實(shí)現(xiàn)“可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性”要求，設(shè)計(jì)人員必須遵循“雙重化設(shè)計(jì)”原則，因此220kV及以上電壓等級(jí)繼電保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)、相關(guān)設(shè)備必須遵循雙重化設(shè)計(jì)原則，如使用主后一體化的保護(hù)裝置、配備沒(méi)有任何電氣聯(lián)系的兩套保護(hù)裝置等。此外，保護(hù)采樣及跳閘還需要采用直接電纜跳閘的開(kāi)出量、SMV網(wǎng)絡(luò)方式的采樣開(kāi)入量、GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式傳輸?shù)拈_(kāi)入與開(kāi)出量，500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)方案質(zhì)量將由此得到保障。

1.2  設(shè)計(jì)路徑

在500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需關(guān)注GOOSE網(wǎng)與繼電保護(hù)的配置、非常規(guī)互感器與繼電保護(hù)的配置，常規(guī)保護(hù)配置方案、集中式保護(hù)配置方案的選擇也應(yīng)得到設(shè)計(jì)人員的重視。作為兩種常見(jiàn)的繼電保護(hù)總體配置方案，常規(guī)保護(hù)配置方案具備容易實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)過(guò)渡優(yōu)勢(shì)，但無(wú)法較好適應(yīng)智能化一次設(shè)備變革影響屬于該方案的不足，而集中式保護(hù)配置方案則能夠較好適應(yīng)數(shù)字化繼電保護(hù)配置、智能化一次設(shè)備變革，但該方案對(duì)保護(hù)設(shè)備的要求較高，電力企業(yè)必須結(jié)合500kV變電站實(shí)際合理選擇繼電保護(hù)總體配置方案。

2  500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1  工程概況

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文選擇了某地500kV智能變電站的繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，考慮到集中式配置方案數(shù)字化保護(hù)尚不完善，該智能變電站采用了常規(guī)保護(hù)配置方案，并配備了各自獨(dú)立的兩套保護(hù)，本文將對(duì)該智能變電站的一套保護(hù)進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.2  線(xiàn)路保護(hù)

2.2.1  500kV線(xiàn)路保護(hù)

500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)的線(xiàn)路保護(hù)需圍繞500kV線(xiàn)路保護(hù)、200kV線(xiàn)路保護(hù)依次展開(kāi)，按照近后備原則，500kV線(xiàn)路保護(hù)需配備雙套獨(dú)立、完整的保護(hù)裝置，因此設(shè)計(jì)人員選擇了能夠反映各種類(lèi)型故障的全線(xiàn)速動(dòng)主保護(hù)裝置，其選相功能可與每套保護(hù)裝置配備的完整后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量配合，這里的后備保護(hù)包括各自獨(dú)立組屏的兩段零序電流保護(hù)、三段接地距離保護(hù)、三段相間距離保護(hù)。根據(jù)系統(tǒng)工頻過(guò)電壓要求，500kV線(xiàn)路可能受到過(guò)電壓的威脅，因此配置了雙套過(guò)電壓保護(hù)、遠(yuǎn)跳保護(hù)。由于500kV智能變電站對(duì)端是一個(gè)半斷路器接線(xiàn)，因此裝設(shè)了遠(yuǎn)方跳閘就地判別裝置于線(xiàn)路本側(cè)，該裝置的跳閘以“一取一”加就地判別方式控制。為更好開(kāi)展500kV線(xiàn)路保護(hù)，保護(hù)裝置還按斷路器分電流接入了MU，且采用了線(xiàn)路電壓MU單獨(dú)接入線(xiàn)路保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，智能終端設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了一個(gè)合閘線(xiàn)圈、兩個(gè)跳閘線(xiàn)圈 。

2.2.2  220kV線(xiàn)路保護(hù)

220kV線(xiàn)路保護(hù)同樣屬于500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)的重要組成部分，因此設(shè)計(jì)人員圍繞獨(dú)立反映各種類(lèi)型故障、各自獨(dú)立組屏、具有選相功能全線(xiàn)速動(dòng)保護(hù)要求開(kāi)展了220kV線(xiàn)路保護(hù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)同樣采用了雙套獨(dú)立、完整的保護(hù)裝置，每套保護(hù)的后備保護(hù)組成也與500kV線(xiàn)路相同，但考慮到200kV線(xiàn)路的特殊性，線(xiàn)路保護(hù)采用了可實(shí)現(xiàn)單相、三相、綜合及特殊重合閘方式的線(xiàn)路重合閘功能配置。此外，組合ECVT負(fù)責(zé)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式，母差保護(hù)動(dòng)作遠(yuǎn)跳功能、母差失靈功能的啟動(dòng)則需要得到GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式的支持。

2.3  500kV主變保護(hù)

采用單相自耦變壓器，500kV側(cè)、220kV側(cè)、35kV側(cè)分別為3/2斷路器接線(xiàn)、雙母線(xiàn)雙分段接線(xiàn)、單母線(xiàn)接線(xiàn)，因此配置了雙套縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)，以及一套公共繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)、一套非電氣量保護(hù)，其中的后備保護(hù)包括低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)勵(lì)磁保護(hù)、零序電流保護(hù)、斷線(xiàn)閉鎖保護(hù)、阻抗保護(hù)。2套智能操作單元的保護(hù)由變壓器保護(hù)負(fù)責(zé)，高壓側(cè)電流量、高壓側(cè)電壓量分別從500kV斷路器ECT1與ECT2合并單元、高壓側(cè)EVT1合并單元采集，中壓側(cè)ECVT1合并單元、低壓側(cè)ECVT2合并單元、低壓繞組ECT3合并單元、公共繞組ECT4合并單元?jiǎng)t分別負(fù)責(zé)中壓側(cè)電流量和電壓量、低壓側(cè)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(fù)責(zé)變壓器非電量保護(hù)，該單元采用單套配置，并采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行跳母聯(lián)、啟動(dòng)失靈等故障的應(yīng)對(duì)失靈保護(hù)跳閘命令的接收也需要得到GOOSE網(wǎng)絡(luò)的支持 。

2.4  500KV斷路器保護(hù)

在半斷路器接線(xiàn)方式下，采用了斷路器單元配置的500kV斷路器保護(hù)，充電保護(hù)、重合閘、斷路器失靈保護(hù)構(gòu)成了每臺(tái)斷路器保護(hù)柜，而通過(guò)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(hù)的雙重化配置實(shí)現(xiàn)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(kāi)關(guān)斷路器保護(hù)中得到體現(xiàn)，因此確定了500kV斷路器保護(hù)實(shí)施方案，母線(xiàn)電壓經(jīng)電壓MU分別接入線(xiàn)路PT的MU為500KV斷路器保護(hù)提供了有力保障。

2.5  母線(xiàn)保護(hù)

2.5.1  500kV母線(xiàn)保護(hù)

在500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)中，每條母線(xiàn)需配置2套微機(jī)型母線(xiàn)保護(hù)，為實(shí)現(xiàn)二者的相互獨(dú)立，每套保護(hù)需單獨(dú)組屏。由于研究對(duì)象工程采用了一個(gè)半斷路器接線(xiàn)方式，500kV母線(xiàn)保護(hù)無(wú)需設(shè)電壓閉鎖元件，但由于接入的元件數(shù)較多，最終選擇了分布式的母線(xiàn)保護(hù)形式、直接采樣與直接跳閘方式。如出現(xiàn)斷路器失靈故障，母差失靈功能的啟動(dòng)需得到GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹С帧?/span>

2.5.2  220kV母線(xiàn)保護(hù)

采用雙重化配置進(jìn)行220kV母線(xiàn)保護(hù)，其中雙套母差保護(hù)選擇了帶有失靈保護(hù)功能、復(fù)合電壓閉鎖功能的母差保護(hù)，且每套母差保護(hù)動(dòng)作于一組跳閘線(xiàn)圈，分段斷路器、母聯(lián)斷路器未采用復(fù)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(hù)獨(dú)立組屏。母線(xiàn)保護(hù)的失靈保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)需結(jié)合采集的母線(xiàn)保護(hù)、線(xiàn)路保護(hù)、變壓器電氣量保護(hù)等分相，失靈保護(hù)功能可由此實(shí)現(xiàn)，軟件在其中發(fā)揮的分相、三相失靈電流判別需得到重點(diǎn)關(guān)注。此外，220kV母線(xiàn)保護(hù)還采用了GOOSE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行失靈啟動(dòng)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)失靈等開(kāi)入量傳輸。

2.6  其他保護(hù)

2.6.1  220kV母聯(lián)保護(hù)

為實(shí)現(xiàn)遙信、遙控、保護(hù)功能，采用了測(cè)控、保護(hù)一體化裝載作為220kV母聯(lián)/分段保護(hù)裝置，雙重化配置、直采直跳方式實(shí)現(xiàn)了三相不一致保護(hù)、零序保護(hù)、過(guò)流保護(hù)，2套智能操作單元也由此得到了更好保護(hù)。

2.6.2  故障錄波器設(shè)置

在500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)中，故障錄波器發(fā)揮的重要作用不容忽視，其負(fù)責(zé)接入智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，采樣值報(bào)文收取與模擬量通道數(shù)據(jù)提取、GOOSE報(bào)文收取與開(kāi)關(guān)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(wù)于繼電保護(hù)，采用了單獨(dú)組網(wǎng)的故障錄波器設(shè)計(jì)，且故障錄波器不接入MMS網(wǎng)絡(luò)（500kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)站控層），同時(shí)按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模。

2.6.3  保護(hù)及故障信息子站設(shè)置

保護(hù)及故障信息子站設(shè)置同樣在500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)方案中占據(jù)重要地位，其主要負(fù)責(zé)保護(hù)和故障錄波、故障測(cè)距信息的采集與處理，而為了完成這一系列工作，保護(hù)及故障信息子站需要與站控層網(wǎng)絡(luò)相連，并通過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò)信息共享方式進(jìn)行工作，其中網(wǎng)絡(luò)相連需經(jīng)過(guò)防火墻。此外，向各級(jí)調(diào)度部門(mén)傳遞信息同樣屬于保護(hù)及故障信息子站功能范疇，因此采用了通訊接口統(tǒng)一接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的設(shè)置。

3  結(jié)語(yǔ)

綜上所述，500kV智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)具備較高現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的500kV線(xiàn)路保護(hù)、200kV線(xiàn)路保護(hù)、500KV斷路器保護(hù)、500kV母線(xiàn)保護(hù)等內(nèi)容，則提供了可行性較高的智能變電站繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)路徑，而為了進(jìn)一步提高該設(shè)計(jì)質(zhì)量，二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化也需要得到業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。

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