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        探究智能變電站條件下的繼電保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)

        2016-12-28 15:16:01張驪豐
        中國科技縱橫 2016年20期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)控系統(tǒng)智能變電站繼電保護(hù)

        張驪豐

        【摘 要】 繼電保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)是目前智能變電站的重要組成部分,它們不但實(shí)現(xiàn)了對站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控保護(hù),也一定程度上減輕甚至避免了設(shè)備損壞對相鄰地區(qū)供電的影響。本文分別探究了在智能化變電站條件下監(jiān)控系統(tǒng)與繼電保護(hù)的技術(shù)構(gòu)成及相關(guān)功能應(yīng)用,證明二者對于智能變電站常態(tài)化安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性。

        【關(guān)鍵詞】 智能變電站 繼電保護(hù) 監(jiān)控系統(tǒng) 功能實(shí)現(xiàn)

        一般來說,智能化變電站主要由監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)、智能IED設(shè)備、交換機(jī)、時鐘系統(tǒng)、繼電保護(hù)以及智能單元所共同組成。整個變電站采用以太網(wǎng)與光纖通訊,特別是監(jiān)控系統(tǒng)作為整個變電站的上層監(jiān)測設(shè)備,為變電站的實(shí)時信息采集與傳送起到了巨大作用。

        1 智能變電站條件下的監(jiān)控系統(tǒng)分析

        1.1 對監(jiān)控系統(tǒng)的配置分析

        智能變電站條件下的監(jiān)控系統(tǒng)屬于總系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)的上層監(jiān)測設(shè)備,與常規(guī)變電站的二次電纜實(shí)現(xiàn)設(shè)備間聯(lián)系不同,智能變電站利用光纖通信與站控層、過程層的智能化一次設(shè)備與間隔層實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備間聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)了對變電站實(shí)時信息的采集與上送功能,如圖1。

        如圖1,智能變電站條件下監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠過程層的信息交換機(jī)構(gòu)來構(gòu)建局域網(wǎng),并實(shí)現(xiàn)與站內(nèi)層IED設(shè)備的相互通訊連接,確保監(jiān)控系統(tǒng)功能的安全穩(wěn)定性。所以可將其視為是雙網(wǎng)配置體系。在這里,智能變電站所采用的一般為IEC-61850規(guī)約通訊結(jié)構(gòu),又被稱為是MMS網(wǎng)絡(luò),它是智能變電站技術(shù)的基礎(chǔ),也是智能變電站建設(shè)的指導(dǎo)性文件。當(dāng)IED實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的直接連通通訊功能時,就可以通過IP地址的固定性來構(gòu)建新的物理連接,并將IEDname作為通訊標(biāo)簽使用。

        在檢修時,監(jiān)控系統(tǒng)可以通過裝置上送報文來引入品質(zhì)屬性,借助品質(zhì)審查來判斷信號質(zhì)量。一般智能變電站的裝置檢修報文都要上送至監(jiān)控系統(tǒng),然后再配合后臺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對報文屬性的全面解析,最后在告警窗口顯示報告內(nèi)容并將其標(biāo)注為檢修狀態(tài)。如此一來變電站檢修人員就能明確在檢修狀態(tài)下對設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控工作內(nèi)容,從而達(dá)到維護(hù)設(shè)備安全運(yùn)行的目的。

        目前智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)都會配置多臺服務(wù)器來操作多功能同步實(shí)現(xiàn),它的具體設(shè)計思路就是在變電站設(shè)備系統(tǒng)中設(shè)置兩臺或兩臺以上的監(jiān)控器作為當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主備來運(yùn)行,同時它們也兼職遠(yuǎn)程瀏覽與告警直傳功能。除此之外為監(jiān)控系統(tǒng)配備工程師站與故障信息服務(wù)器,專門針對實(shí)時故障進(jìn)行分析檢測,第一時間檢出并加以維修。另外在某些地區(qū)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)中也加設(shè)了智能開票與順序控制這些高級應(yīng)用功能,確保了監(jiān)控系統(tǒng)功能的多方向延伸,更好服務(wù)于智能變電站日常生產(chǎn)。

        雖然說目前智能變電站在監(jiān)控系統(tǒng)方面作出了大膽革新,但是它的設(shè)計思路依然還延續(xù)了一些傳統(tǒng)常規(guī)化變電站設(shè)計思路,例如依然保留了基于功能變更與配置的常規(guī)開入測控裝置等等。當(dāng)然,目前的變電站站內(nèi)IED設(shè)備已經(jīng)開始使用閉鎖信號,主要通過高壓開關(guān)柜來實(shí)現(xiàn)電纜互聯(lián)以及相互監(jiān)控功能,這種基于傳統(tǒng)配合新技術(shù)的設(shè)計方案也是目前智能變電站在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程中最為流行的方案[1]。

        1.2 站控層通訊網(wǎng)絡(luò)

        智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)與智能IED同理都是依靠網(wǎng)線接入交換機(jī)來形成站控層通訊網(wǎng)絡(luò)的,它也被稱之為MMS網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)智能IED設(shè)備具備唯一IP地址以及IEDname時,它就可以與監(jiān)控系統(tǒng)建立連接,并同時初始化裝置模型。連接建立以后,先按照監(jiān)控數(shù)據(jù)報告上送形式來進(jìn)行系統(tǒng)功能操作,直到裝置成功返回報文以后才算完成通訊初始化過程。

        除此之外,過程層也能實(shí)現(xiàn)通訊功能,與監(jiān)控系統(tǒng)形成聯(lián)動,并設(shè)計壓力異常監(jiān)視回路。這一回路功能有別于常規(guī)系統(tǒng)操作箱,這是因?yàn)樗€增加了邏輯判據(jù)功、壓力異常閉鎖功能和重合閘放電功能等等,這些功能都配備了CPU判斷出口,并且在一定程度上簡化了操作回路,安全可靠性非常高。當(dāng)智能IED設(shè)備過程層實(shí)施通訊功能時,每5s會發(fā)送一次鏈路報文,而接收方面則要判斷該信息內(nèi)容然后執(zhí)行相應(yīng)操作。智能變電站在調(diào)試、監(jiān)控、維護(hù)過程中都需要根據(jù)光線鏈路狀態(tài)、接收側(cè)信息來判斷報文數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)對通訊狀態(tài)的實(shí)施監(jiān)控目的,確保設(shè)備安全運(yùn)行[2]。

        2 智能變電站條件下的繼電保護(hù)分析

        繼電保護(hù)是智能變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要屏障之一,它能夠明確區(qū)分出被保護(hù)元件的實(shí)時狀態(tài),指出它可能存在的故障問題。而如果當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障或異常時,繼電保護(hù)都能在最短時間和最小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行自動排障,或發(fā)出信號交由值班人員來解除異常工況根源問題,最大限度降低設(shè)備損壞程度以及對周邊地區(qū)的供電影響,以實(shí)現(xiàn)智能變電站可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的特點(diǎn)。

        2.1 智能變電站條件下繼電保護(hù)的功能實(shí)現(xiàn)原理

        智能變電站為了規(guī)范設(shè)計繼電保護(hù)功能,提高安全可靠性,一般都會采用雙套配置,即智能終端與合并單元。它們在功能實(shí)現(xiàn)方面主要針對一次設(shè)備保護(hù)來控制功能應(yīng)用,并圍繞數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計運(yùn)算來控制命令,提出優(yōu)先界別控制操作,最終匯總間隔過程層實(shí)時數(shù)據(jù)信息來為過程層提供閉鎖功能,與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動[3]。

        2.2 基于主變的繼電保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)

        在智能變電站中,主變差動保護(hù)是最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié),其原理是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的差,在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障,差動回路中的電流值大于整定值,差動保護(hù)瞬時動作,而在保護(hù)區(qū)外故障,主變差動保護(hù)則不應(yīng)動作。所以它需要同時獲得變壓器各側(cè)電流信息之后才能實(shí)施差動計算流程。以10kV變電站為例,如果它采用的是內(nèi)橋主接線方式,那么主變差動保護(hù)I測就應(yīng)該至少包含兩大分支,第一大分支以高壓側(cè)開關(guān)電流為主,而第二大分支則主要以路橋開關(guān)電流為主。在這里,橋路開關(guān)電流所采用的是正極性接入,而主變方則以反極性接入,極性取反也是為了避免差動誤動問題的出現(xiàn)。

        在變壓器的保護(hù)方面要按單重化進(jìn)行配置,這里差動保護(hù)與后備保護(hù)要集成到一套設(shè)備上,將其作為一體化雙套配置,但也可以采取多臺分層集成來實(shí)現(xiàn)目的。差動保護(hù)通過10kV進(jìn)線,而內(nèi)橋和主變各側(cè)則要構(gòu)成差動回路,實(shí)現(xiàn)主變高壓測多路電流(主要為3路),而主變本體中性點(diǎn)電流則采用后備保護(hù)模式,這也是繼電保護(hù)動作中最關(guān)鍵的一條,就是以直接光纖發(fā)送來操控設(shè)備各個智能終端從而完成對開關(guān)的切除動作。如果后備保護(hù)需要聯(lián)且10kV路橋開關(guān),則要首先聯(lián)且10kV分段開關(guān),其中聯(lián)且開關(guān)則主要通過GOOSE交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓收闲畔⒅噶畹靡詫?shí)現(xiàn)動作。

        如果在變壓器端實(shí)施電氣量保護(hù),則要考慮變壓器的內(nèi)部的壓力突變及壓力釋放問題,看其主變電氣繼電保護(hù)是否符合正常反饋條件,并以此為依據(jù)來進(jìn)行基于繼電保護(hù)的非電量保護(hù)裝置設(shè)計。當(dāng)主變電氣量保護(hù)應(yīng)用時應(yīng)該采用雙重化設(shè)計,利用雙重化采樣回路與獨(dú)立啟動保護(hù)DSP,確保裝置動作的安全可靠性。同時,它也可以通過實(shí)時監(jiān)視過程層來實(shí)現(xiàn)即時通訊,確保繼電保護(hù)動作的可靠性與正確性。最后在后備繼電保護(hù)中還存在接地零序保護(hù)與不接地保護(hù)兩種,這兩種繼電保護(hù)主要通過跳閘矩陣來實(shí)現(xiàn)對每段保護(hù)的切除與開關(guān),確保負(fù)荷電壓條件可以在同一側(cè)得以滿足。它的具體實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種:第一通過繼電保護(hù)配置硬節(jié)點(diǎn)輸出來完成電纜各側(cè)的后備保護(hù)配合;第二通過具有GOOSE輸出節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)。

        3 結(jié)語

        本文主要以智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)為例,探討了它們的技術(shù)理論設(shè)計與實(shí)踐應(yīng)用操作,從而引出了過程層、站控層等等在圍繞監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)電保護(hù)時的應(yīng)用過程。總體來說,目前像10kV這樣的高壓智能變電站在上述兩系統(tǒng)方面的設(shè)計思路都是以遠(yuǎn)程監(jiān)控來決定系統(tǒng)配置狀態(tài),而站控層網(wǎng)絡(luò)、過程層組網(wǎng)方式以及IED等接入方式則有效輔助了兩大系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn),為智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]周建新,周昊程.智能變電站條件下的繼電保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)[J].供用電,2014(4):55-59.

        [2]解曉東.智能變電站繼電保護(hù)配置分析[D].山東大學(xué),2013.13-24.

        [3]郭哲強(qiáng).66kV智能變電站保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施[D].華北電力大學(xué)(保定),2014.42-52.

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