劉興勇 呂昕昕 盧卓群 李闊 宋丹 王琢 劉丹 賈悅

摘 要：針對傳統(tǒng)66kV變電站低壓配線無母差保護(hù)、失靈保護(hù)，供電可靠性低的問題，文章研究了區(qū)域化保護(hù)網(wǎng)絡(luò)共享平臺，及支持該平臺的新型網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，有效遏制了潛在的大規(guī)模電力系統(tǒng)連鎖故障的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)功角、電壓穩(wěn)定性及供電可靠性。并將區(qū)域化保護(hù)應(yīng)用于馬山220kV智能變電站，實(shí)踐證明了區(qū)域化保護(hù)模式具有較高的實(shí)用性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：智能變電站；區(qū)域化；網(wǎng)絡(luò)共享

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0155-03

Abstract： In view of the problems of low voltage distribution line protection without bus difference， failure protection and low reliability of power supply in traditional 66kV substation， this paper studies the regionalization protection network sharing platform and the new network switching technology that supports this platform. It effectively restrains the risk of potential large-scale power system cascading faults， and improves the power angle， voltage stability and power supply reliability of the system. The regionalization protection is applied to the 220kV intelligent substation in Mashan. The practice shows that the regionalization protection mode has higher practicability and superiority.

Keywords： intelligent substation； regionalization； network sharing

1 概述

目前，大多變電站66kV系統(tǒng)無快速主保護(hù)，后備保護(hù)定值整定和配合困難，線路末端故障時，只能依靠距離II段延時切除故障。運(yùn)行方式變化容易引起誤動作；66kV系統(tǒng)無失靈保護(hù)，斷路器失靈時只能依賴后備保護(hù)切除故障，故障切除時間長，故障可能被發(fā)展、擴(kuò)大；66kV主變保護(hù)單重化，保護(hù)拒動風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于220kV及以上系統(tǒng)，從而導(dǎo)致后備保護(hù)越級跳閘風(fēng)險(xiǎn)加大。

針對上述問題，本文研究了覆蓋區(qū)域電網(wǎng)、具有同步性、實(shí)時性、可靠性及共享能力的區(qū)域化保護(hù)網(wǎng)絡(luò)共享平臺，及支持該平臺的新型網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)。并將區(qū)域化保護(hù)應(yīng)用于馬山220kV智能變電站66kV系統(tǒng)，提高了區(qū)域電網(wǎng)的供電可靠性。

2 廣域保護(hù)系統(tǒng)

廣域保護(hù)系統(tǒng)是指在變電站中廣域測量系統(tǒng)和常規(guī)保護(hù)系統(tǒng)相互配合，對區(qū)域電網(wǎng)故障進(jìn)行快速、可靠、精確的切除，并且對故障切除后或經(jīng)受大擾動后進(jìn)行安全分析。必要時采取相應(yīng)措施，防止系統(tǒng)發(fā)生大范圍或區(qū)域電網(wǎng)停電。

區(qū)域保護(hù)系統(tǒng)的核心思想是簡化調(diào)度自動化系統(tǒng)縱向結(jié)構(gòu)，變電站層面僅負(fù)責(zé)采集和執(zhí)行，在區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度層面基于實(shí)時全景信息，集中實(shí)現(xiàn)智能化保護(hù)、控制、測量、監(jiān)視、計(jì)量等功能。

區(qū)域化保護(hù)近年來展開了廣泛的研究，220kV及以上的智能變電站由于具有完備的母差、失靈保護(hù)，保護(hù)裝置均為雙重化配置。因此，在220kV及以上變電站沒有實(shí)施區(qū)域化保護(hù)的必要性。66kV及以下的智能變電站， 低壓配出線（10kV）沒有母差和斷路器失靈保護(hù)，供電可靠性差，有實(shí)施區(qū)域化保護(hù)的必要。在66kV及以下智能變電站都實(shí)現(xiàn)站域保護(hù)的基礎(chǔ)上，將每個變電站的站域保護(hù)通過通訊設(shè)備聯(lián)系起來，就能夠?qū)崿F(xiàn)線路全線速動保護(hù)（多端縱差保護(hù)），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)后備的功能。這樣就解決了66kV線路帶多個不同容量變電站保護(hù)配置無法選擇等問題，保證了區(qū)域電網(wǎng)供電的可靠性。

3 區(qū)域化保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

為檢驗(yàn)區(qū)域化保護(hù)在智能變電站中的性能，遼寧省朝陽供電公司構(gòu)建了以馬山智能變電站為中心站的66kV區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)。區(qū)域化保護(hù)電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，如圖1所示。

區(qū)域化保護(hù)的范圍為圖1中紅色互感器所包含的部分，包含兩個220kV站（馬山站、柏山站）和六個66kV站（聯(lián)合變、木頭城子變、東大道變、棗山變、長在變、北四家子變）。

3.1 區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)架

區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)包含三層結(jié)構(gòu)，分別為就地層、網(wǎng)絡(luò)層和控保層。通過現(xiàn)有專用光纖和SDH網(wǎng)絡(luò)，將就地層的信息上傳到控保層，將區(qū)域范圍內(nèi)的保護(hù)功能集中實(shí)現(xiàn)。區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示：

（1）控保層配置：配置2套區(qū)域化保護(hù)裝置，一臺裝置運(yùn)行，一臺裝置熱備用。采用IEEE-1588對時的方式實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)綜合智能單元的同步。

（2）網(wǎng)絡(luò)層配置：配置1臺交換機(jī)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，來實(shí)現(xiàn)控保層設(shè)備和綜合智能單元數(shù)據(jù)的接入和SDH到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

（3）就地層配置：配置綜合智能單元，完成區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和上送，并負(fù)責(zé)接收和執(zhí)行控保層下發(fā)的控制命令。

（4）網(wǎng)絡(luò)同步方案：采用現(xiàn)有的SDH網(wǎng)絡(luò)同步，配置一套數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)綜合智能單元的數(shù)據(jù)同步和轉(zhuǎn)發(fā)功能，同步方案沿用保護(hù)裝置的乒乓算法，以馬山站綜合智能單元為主時鐘同步對側(cè)數(shù)據(jù)。

3.2 區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)66kV線路差動、距離和過流保護(hù)，及區(qū)域差動保護(hù)、母線保護(hù)、主變保護(hù)、自適應(yīng)后備保護(hù)和安全控制等功能。具體功能如下：

（1）元件差動保護(hù)：包括66kV線路差動（含多端差

動）、母線差動和主變差動。

（2）區(qū)域差動保護(hù)：計(jì)算本間隔已連接元件的電流，完成差動保護(hù)功能，動作后第一時間跳中心開關(guān)，第二時間跳該開關(guān)當(dāng)前狀況下所連接的元件的開關(guān)。自適應(yīng)差動保護(hù)替代了傳統(tǒng)保護(hù)體系中的階段式保護(hù)及斷路器失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)。

a.階段式保護(hù)：在相鄰間隔發(fā)生故障并且主保護(hù)未動作情況下，由自適應(yīng)差動保護(hù)的第二實(shí)現(xiàn)切除故障，作為相鄰間隔的主保護(hù)。

b.失靈保護(hù)：當(dāng)線路本間隔發(fā)生故障斷路器失靈，裝置檢測到第一時間跳開開關(guān)后故障電流仍存在，則判定斷路器失靈，由自適應(yīng)母差保護(hù)第二時限跳開本間隔相關(guān)的斷路器，切除故障。

c.死區(qū)保護(hù)：對于斷路器與互感器之間的死區(qū)，及各種設(shè)備檢修情況下出現(xiàn)的保護(hù)死區(qū)，都可以通過自適應(yīng)差動保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障切除。

（3）66kV低周減載功能：取馬山變66kV母線電壓，完成一段66kV母線的低周減載功能。低周減載實(shí)施方案：取馬山變66kV母線電壓，設(shè)有六個基本輪，完成電網(wǎng)在不同頻率定值時經(jīng)不同延時來切除相應(yīng)負(fù)荷；同時設(shè)有三個特殊輪，來防止基本輪動作后，頻率長期低于正常水平；兩個加速輪，用于頻率快速下降時，加速切除負(fù)荷，防止系統(tǒng)崩潰。

（4）區(qū)域備自投：區(qū)域保護(hù)范圍中僅

66kV木頭城子變具備多個電源，有備自投條件，其他站不具備備自投條件?？稍O(shè)置木頭城子站失壓備自投。馬山站區(qū)域保護(hù)中木頭城子站作為聯(lián)絡(luò)變電站，可配置區(qū)域備自投裝置。備投根據(jù)馬山站、木頭城子站和柏山站三個變電站的電氣連接機(jī)拓?fù)潢P(guān)系，識別區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行方式，自適應(yīng)的選擇對應(yīng)的備自投方式。

（5）后備保護(hù)定值自適應(yīng)：Ⅲ段保護(hù)自動縮短延時。

3.3 區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的效果

（1）采用區(qū)域保護(hù)控制方案，簡化了變電站保護(hù)設(shè)備，使變電站建筑面積和變電站占地面積都大幅度減少。

（2）區(qū)域保護(hù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能與安全穩(wěn)定控制功能協(xié)調(diào)配合，改善現(xiàn)有繼電保護(hù)性能和安全穩(wěn)定控制水平，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

（3）區(qū)域主保護(hù)全部采用原理簡單、性能可靠的差動保護(hù)，解決了常規(guī)保護(hù)整定困難、配合困難的問題，提高了保護(hù)的選擇性和靈敏性。

（4）區(qū)域后備保護(hù)采用動態(tài)自適應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍的動態(tài)自適應(yīng)和定值免整定，適應(yīng)電網(wǎng)分布式能源的接入、環(huán)網(wǎng)運(yùn)行等各種電網(wǎng)網(wǎng)運(yùn)行方式，提高電網(wǎng)的智能化程度。

（5）區(qū)域電網(wǎng)智能自愈、安全穩(wěn)定控制的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在區(qū)域內(nèi)對負(fù)荷轉(zhuǎn)供、低頻減載、聯(lián)機(jī)切負(fù)荷、備自投等功能的自由組合。

4 結(jié)束語

本文介紹了智能變電站區(qū)域化保護(hù)的應(yīng)用。采用區(qū)域保護(hù)控制方案，變電站只需配置就地采集和執(zhí)行單元，站內(nèi)設(shè)備數(shù)量大幅度減少，顯著減少變電站建筑面積。簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了變電站自動化系統(tǒng)的可靠性。區(qū)域化保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施將改善現(xiàn)有繼電保護(hù)性能和安全穩(wěn)定控制水平，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李俊剛，張愛民，彭華廈，等.區(qū)域?qū)哟位Ｗo(hù)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（11）：34-40.

[2]陳宇.區(qū)域備自投發(fā)展及在云南電網(wǎng)推廣應(yīng)用前景[J].云南電力技術(shù)，2017，45（5）：40-42.

[3]金震，董凱達(dá)，張軍，等.基于實(shí)時信息的區(qū)域備自投研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國電力，2016，49（12）：76-80.

[4]周伊琳，孫建偉，陳炯聰，等.區(qū)域網(wǎng)絡(luò)備自投及其測試關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，36（23）：109-113.

[5]宋保泉，張延鵬，張武樣，等.智能變電站區(qū)域差動保護(hù)技術(shù)研究[J].東北電力技術(shù)，2013，11：12-14.

[6]于靜，信鵬飛.淺談智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)的優(yōu)化[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（11）：212.

[7]韓海山，王莉.關(guān)于智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)優(yōu)化措施探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（03）：198.