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智能变电站继电保护跳闸实现方式研究张景明

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：胡世金徐永强张景明

[导读] 摘要：继电保护装置作为智能变电站电力系统设备与线路运行的重要装置，对提升智能变电站电力系统继电保护性能，促进智能电网发展具有重要意义，不仅能在规定的范围内，准确地检测智能变电站电力系统的设备与线路是否出现异常运行与故障问题，还能自动向监控中心发送跳闸指令与报警信息，为有关人员决策提供依据。因此在智能变电站管理中实现继电保护跳闸，具有重要意义。

        （国网山东省电力公司东营供电公司山东东营 257000）
        摘要：继电保护装置作为智能变电站电力系统设备与线路运行的重要装置，对提升智能变电站电力系统继电保护性能，促进智能电网发展具有重要意义，不仅能在规定的范围内，准确地检测智能变电站电力系统的设备与线路是否出现异常运行与故障问题，还能自动向监控中心发送跳闸指令与报警信息，为有关人员决策提供依据。因此在智能变电站管理中实现继电保护跳闸，具有重要意义。
        关键词：智能变电站；继电保护；跳闸实现方式
        一、智能变电站继电保护跳闸方式的概述
        在变电站电力系统运行的过程中，传统的跳闸保护方式主要通过“微机型保护装置+操作箱”的跳闸方式来实现跳闸保护。即主变电量保护依据双主双后备配置，运用微机型主后备一体化设备保护，然后在主变非电量保护配置上单独安装保护装置，利用电缆连接母线保护与主变保护，从而实现采用与跳闸的目标。而智能变电站继电保护跳闸模式的运用，主要包括2种类型：保护点对点直跳与保护网络跳闸。其中保护点对点直跳即智能变电站继电保护装置跳闸装置到智能终端这段的设备接线，都有单独的光纤，这样保护装置跳闸的信号可经直达光纤与过程层交换机上传到监控中心中，对线路实施监控。而保护网络跳闸则是将保护装置与智能终端的线路连接到过程层交换机中，通过网络传输的方式监控保护跳闸以及GOOSE信号。
        从我国当前智能变电站继电保护跳闸的具体情况来看，在电力系统母线保护的运行方面，往往采用直接采样和保护点对点直跳的方式来运行。即依据双主双后备配置的方式，采用微机型主后备一体化设备来保护主变电量，通过直接采样的方式直接跳各侧断路器，经网络传输监控跳母联、分段断路器、启动失灵与接收失灵保护跳闸命令等GOOSE信号，从而达到失灵联跳变压器各侧断路器的目的。而主变非电量保护功能则通过就地直接电缆跳闸的方式连接主变本体智能终端，经过程层GOOSE网络对非电量进行保护，确保系统运行快速执行命令。
        二、关于智能变电站继电保护跳闸实现方式
        2.1有限广域继电保护跳闸
        由于智能变电站中的主接线不同，所采用的继电保护跳闸方法也不同。如果在系统运行中有效运用有限广域继电保护直接跳闸模式，需要将信息传输到中心站有限广域集中决策模块对故障进行检测、判断，根据故障显示的数据在变化中的位置对故障模式进行判断，选择相应的子站，以实现对后备保护的目的，这样子站便可在系统运行的过程中将指令实时传输到后备保护中，依据运行方式和接线方式制定相应的后动作策略，一旦监控元件与断路器出现故障问题，符合动作要求，后备保护便会自行跳闸，待到故障问题接触后，后备保护自行解除保护指令，并将故障信息反馈到监控中心。我国当前较为常见的有限广域继电保护跳闸策略，主要包括3种：（1）模式1+近后备指令。即搜索故障元件的断路器，作为该线路的一级断路器元件，这样智能变电站继电保护跳闸时，便可开启智能失灵保护。（2）模2+远后备指令。即在智能变电站断路器上将故障元件与线路连接起来，作为远后备的动作元件。（3）模式3+双母线指令，作为220kV和以上等级电压变电站的重要接线模式，运行模式十分复杂，必须保证实行命令和接线模式保持一致，才能启动双母线保护跳闸指令。例如在某220kV智能变电站电力系统的接线模式中，由于该模式属于模式1+近后备指令，断路器为一级后备动作元件，因此在智能变电站继电保护跳闸时，需要开启智能失灵保护，并将同一母线上与继电保护装置连接的全部断路器聚集起来，通过半短路接线的方式连接，作为二级近后备跳闸集，一旦出现联络断路器失灵的情况，两端连接的母线的断路器便会自动断开。
        2.2继电保护跳闸的可靠性分析
        在智能变电站电力系统运行的过程中，继电保护跳闸的运行均以交换机传输保护信号来实现，考虑到交换机一旦受网络波动与电磁波干扰等影响，都可能影响到继电保护跳闸的可靠性。

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因此为了确保交换机运行的稳定性，提升交换机处理数据的能力，从而保证智能变电站安全、稳定运行，需做好以下工作：（1）为了避免交换机受电磁波的干扰，需要经KEMA认证，做好电磁干扰和静态振动等测试工作，确保交换机质量符合规定要求。（2）对于网络波动的处理，需改善交换机的处理模式，适当调节交换机端口的速率，以维持交换机稳定运行。
        三、智能变电站继电保护跳闸实现方式——以母线保护实现方式为例
        3.1继电保护跳闸优化方案
        某智能变电站的220kV电压等级从电缆通过主变高压侧进入到发电厂侧升压站的主变220kV保护装置中，而110kV和35kV电压等级处在智能变电站内部。针对这一接线方式，为实现继电保护跳闸的目的，应结合变电站和费电厂之间保护功能的具体情况，依据常规变电站设计方式来设计主变三侧进线，并在变电站旁安装常规主变保护装置、中压侧操作箱和低压侧操作箱，发电厂中安装高压侧操作箱，通过硬接点跳三侧断路器保护主变量，接收指令。对于110kV线路和母联间隔的设计，依据智能变电站的设计要求进行设计，主变110kV侧和35kV侧进线不考虑设计合并单元、智能终端设备，然后对主变三侧进线断路器实施主变保护，通过电缆跳闸的方式保护220kV母联断路器，110kV母联智能终端采用接入硬接点跳闸。这一方案的制定不仅可满足国网变电站智能化建设的规定，还能在主变保护动作时，电缆直接跳闸，保护发电厂侧进线断路器和母联断路器，发电厂分界点定位明确，方便工作人员维护。
        3.2保护跳闸实现的方式
        （1）在智能变电站中安装主变110kV进线间隔母线保护专用合并单元，在接收电流的同时，通过硬接点接收将开关位置接点的数字信号隔离开，以便跳闸开口的同时，兼顾GOOSE开出与硬接点开出。（2）分布式母线保护的应用。对于智能变电站分布式母线保护的应用，主要包括两部分：主机与子机。其中主机负责接收各个子机采集的数据信息，将其转变为差动电流与控制电联，形成一个分相复式比率差动元件为主的电流差动保护方案，实现对母线差动保护、TA断线与TV断线判别、断路器失灵保护、母联死区保护以及母联失灵保护。而子机则负责间隔模拟量、开关量和压板状态的采集，并对采集数据加工处理后，上传到主机中，待到主机进行保护逻辑处理后，利用数据通信网将跳闸指令发送到各子机中，这时子机便会通过自身跳闸空结点实现断路器跳闸。从这两种方案设计的情况可知：（1）方案安装有母线专用合并单元，一旦110kV母线保护接收数字信号时，会实现GOOSE跳闸与硬接点跳闸，实现原理简单、明确。而（2）方案的设计，安装有子机装置，利用不同的子机原理接收110kV母线保护的数据信号与模拟信号，将其转换成电流，实现对母线保护。
        四、结束语
        综上所述，在智能变电站电力系统运行的过程中，继电保护跳闸的实现，对变电站电力系统的稳定、安全运行具有重要意义，能够提高整体的电力保护性能。但要想充分发挥智能变电站继电保护跳闸的作用，必须了解有限广域继电保护跳闸和全并联AT供电模式跳闸保护等保护跳闸的实现模式，且在实际设计时，还需优化继电保护跳闸方案，结合实际需要选择相应的继电保护跳闸运行模式，这样才能实现保护跳闸的目的，减少停电事故给人们生活、工作带来的不便，从而促进智能电网稳步发展。
        参考文献：
        [1]王丹.浅谈智能变电站继电保护跳闸实现方式[J].中国高新技术企业，2015（36）：118-119.
        [2]林明楷.浅析新型智能变电站继电保护跳闸实现方式[J].河南建材，2016（2）：132-133.
        [3]王倩，韩本帅，孙中尉，等.特殊情况下智能变电站保护跳闸实现方式研究[J].电工技术，2014（8）：19-20.
        作者简介：
        胡世金（1981.12.04），性别：男；籍贯：山东诸城；民族：汉；学历：本科、；职称：工程师；研究方向：变电站运行与维护。