路雯越
国网巴林左旗供电公司 内蒙古 025450
摘要：为了从数据中心整体的角度提高继电保护的可靠性，将电力调度控制中心的继电保护系统性统筹设计，提出一种一体化继电保护设想。从电力调度控制中心全配电架构出发，整体统筹继电保护设计，用一体化机构整体控制全配电设施。
关键词：电力调度控制中心；一体化继电保护；可靠性
1目前电力调度控制中心继电保护缺陷
1.1 断路器保护原理与缺陷
继电保护和自动装置的功能是在合理的电网结构前提下，保证电力系统和电力设备的安全运行，在常规设计中，常用三段式电流保护装置。这种装置也是低压领域保护的主力军。保护通过传统的三段式反时限曲线来达到继电保护的选择性。
根据前文分析，目前在中低压线路上广泛采用反时限特性来进行保护的选择性。
在k点发生短路，断路器B处短路电流大于断路器A，而反时限特性则是电流越大动作时间越短，因此B处动作时间为t2，A处动作时间为t1，因t2小于t1，所以断路器B先动作，确保了选择的正确性。
实际应用中，更多采用功能更全的三段式反时限保护。这种断路器的三段保护分别为长延时保护、短延时保护、瞬时保护，三种保护均可调整整定电流大小，长延时与短延时保护还可以设置延时时间。长延时作为过负荷保护的主保护，也作为下游断路器的后备保护；短延时的作用主要是灵活设计，可以作为短路的主保护，也可以作为后备保护；瞬时保护为短路的主保护。
2.2 ATS原理与缺陷
ATS为双电源自动切换开关，常见于UPS前端与机房动力配电系统中，ATS原理为通过电磁机构进行两路电源的自动切换，而ATS作为末端切换开关与前端的多级电源选择机构在功能上的本质是一致的，仅所带负载范围不同。
在配电架构中除了中压电源有备自投外，低压柜体间也有备自投装置，这些备自投装置作用也都是双路电源选择，这样双电源的选择在前端与末端存在多级选择，一般备自投的切换时间为1500ms，快切在100ms左右［9］，而CB级ATS切换时间为1~3s，PC级ATS切换时间可以做到100ms以内，这样前端与末端ATS在切换时间上有很大重合。这样就导致当末端ATS动作时间小于前端备自投时，失电时末端ATS先切换，备自投后动作，如果ATS带自复功能时主电路复电，ATS将第二次动作，而不带自复功能的ATS此时将
切换到备用电路，需要运行人员根据现场情况重新复位。
这种设计缺点就是带自复功能的ATS将频繁动作从而减少ATS可靠性，而不带自复功能的ATS则增加运行人员的操作频率。
2.3 UPS配电架构缺陷
根据某电网公司电力调度控制中心的配电指南。在设备输入柜开关k1，k2，k3规格是完全相同的，这是因为UPS架构所决定的，这种2N架构正常运行时UPS负载仅为一半，当一路市电掉电，k1满载，k2，k3半载；当UPS2检修，则k1，k2满载。
而正是由于这三个开关完全一致，所以这种继电保护有两个缺陷：一是三个开关完全一致，电气距离也基本相同，末端短路时短路电流相同，很难进行保护的选择性；二是正常运行情况下UPS负载率不能超过一半，超过一半后2N系统另一台UPS无法转接负荷，但k2的大小是按满载UPS设计的，因此k2无法对UPS进行半负载状况下的过载保护。
此外UPS设置的外置检修旁路与UPS逆变器输出有短路风险，需要外置挂锁，这种挂锁断路器在数字化发展的今天，也有进一步优化空间。
2一体化继电保护架构
一体化继电保护除保护功能外，更多是协调整个调度控制中心的配电一体化架构，整合所有保护与自动化单元，从顶层设计优化保护配置，避免保护越级，避免自动化装置频繁动作，智能化识别运行场景，实时末端负载三相平衡，减少运维人员的工作量。通过一体化继电保护装置，机房的DCIM监控可以直接连接读取数据，大大减少原来架构的分散性。
一体化继电保护装置是配电架构的主控单元，必须保证可靠性，因此必须设计冗余装置，为此提出两种设计构想，一种是主从继电保护一体化装置，主控柜与备份柜同时工作，放置于不同物理路径，当互为备份。另一种架构为分散控制架构，每一级控制单位均有主控功能，默认某个为主控单元，当此单元停止工作后，根据设计顺序，其他单元继续接管，无论采用何种架构，都将具有手动接管能力，以备不时之需。
控制单元可采用PLC编程，根据具体设计架构预先编制好保护控制策略，从整体的角度设置继电保护，控制各级保护动作时间，断路器投切顺序，并联动柴油发电机，应急发电车等自动化装置，并可以设置运行场景模式，应对峰谷差别。
末端执行单元在过渡阶段可在断路器外增加机械装置，主控单元控制信号至末端操作结构执行，最终的末端控制单元将与断路器整合，形成一体化装置。
3一体化继电保护功能与优点
针对上文分析目前调控中心配电控制的薄弱点，逐个优化。
1）开关完全选择性
首先采集所有检测点的电压电流，形成控制输入量，根据配电架构，从高压进线单元逐级到末端机柜PDU，三段式保护逻辑全部由主控单元PLC一体化设计，从原来的保护主要靠各个断路器调整，改变为在主控单元统一设置，大大减少了运维人员调整整定值的工作量，同时可以避免因建设割裂造成的整定值调整的不统一性。一体化设计可以保证各级开关的完全选择性，上下级开关动作曲线完全不重合，也简化了传统整定值设定的繁琐性。
2）动态配电架构调整
调控中心的配电可靠性要求极高，现有设计架构也有多种投切模式，实际班组在运行中更有复杂的负荷保电策略与应急方案，因此新一代一体化继电保护应该具有场景模式功能，可以根据实际情况实时改变配电架构。
当一路中压失电时，中压备供优先投切，低压侧所有自动单元接受主控单元闭锁信号不动作。当变压器或低压母线故障时，低压母联断路器优先动作，中压与末端自动化装置闭锁。当所有市电失电时，发电机启动并网，其余自动化装置不动作。当末端UPS电缆进线失电时，仅末端ATS动作。所有有可能造成合闸短路的断路器设定闭锁装置，仅在特定逻辑下解除闭锁。
一体化继电保护装置还可以在主控单元设置负荷优先级应用场景，当发生极端灾害时，如三路电源失电，柴油发电机无法保障油量供给时，可自动转为极端保电模式，切除大屏幕与非核心调度职能设备，延长调控中心的供电时间。
3）动态整定值设定
主控单元可以根据配电的运行模式动态调整断路器的整定值，当2N架构运行时，每台UPS平均带载，k与k整定值自动调整为50%，防止整系统超载，当一台UPS退运时，提前将整定值调整为100%，以保证可以转供电。
调控中心的负荷根据业务系统的调整逐步增加，因此很多调控中心的建设是分批建设的，主控单元可以根据设定的场景模式控制开关整定值，本期设备较少时整定值调整较低，当终期建设后，自动调整断路器至最大值。
4）三相平衡调节
调控中心的机柜设备基本为单相设备，根据实际运行经验，很多供电局专门立项进行在线三相平衡调整，为此浪费了巨大的人力物力，而一体化主控单位可以根据提前编程，利用智能化监控仪表反馈给主控单元的三相电流数据判断三相平衡状况，控制末端非重要负荷断路器投切，实现部分单电源负荷的在线调相，因为是预先设计投切顺序，相比传统的人为调相，可靠性极大提升。
结论
如何将复杂的调控中心配电网络的控制一体化、简约化、自动化、数字化是本文的研究方向，本文从传统调控中心的配电架构进行分析，找出传统架构的薄弱环节，通过整体的角度去设计调控中心的继电保护与控制策略，最后提出一种前瞻性的配电一体化继电保护设想，希望这种设想可以为后续的产品提供一个发展的思路与方向。
参考文献：
［1］ 丛宝丰，李光泰.基于负荷层级设计的电力调控中心供电可靠性研究［J］.南方能源建设，2015，2（3）：57-61.
［2］ 周鹏，李光泰.电网调度专业用房基于负荷分级的配电系统设计［J］.供用电，2012，29（5）：35-41.
［3］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.数据中心设计规范：GB
50174—2017［S］.北京：中国计划出版社，2017.