李磊

【摘 要】廣域保護(hù)是從整體或區(qū)域電網(wǎng)的角度加強(qiáng)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制。廣域保護(hù)為解決復(fù)雜電網(wǎng)的保護(hù)配置問(wèn)題提供了一種解決思路。文章從興賓網(wǎng)區(qū)的電網(wǎng)特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)研究廣域保護(hù)的配置方案和系統(tǒng)功能，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

【關(guān)鍵詞】區(qū)域電網(wǎng);廣域保護(hù);穩(wěn)控

【中圖分類號(hào)】TM761 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）11-0125-02

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)生擾動(dòng)和故障的影響越來(lái)越大。大電網(wǎng)的運(yùn)行模式對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)與控制提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的廠站端的監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、穩(wěn)定控制等裝置，受早期技術(shù)水平及現(xiàn)有專業(yè)分工的限制，幾乎都是功能單一的獨(dú)立裝置，各個(gè)裝置缺乏整體協(xié)調(diào)和功能的優(yōu)化，且功能交叉。隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信、智能化設(shè)備等技術(shù)的發(fā)展及電網(wǎng)控制理論的進(jìn)步，所涉及的二次專業(yè)趨向于相互融合，從二次系統(tǒng)的整體考慮配置各種應(yīng)用已成為必然趨勢(shì)。結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)站內(nèi)二次系統(tǒng)配置方案進(jìn)行研究，對(duì)目前監(jiān)視、控制、安穩(wěn)、保護(hù)等功能進(jìn)行優(yōu)化組合，以形成高度集成的二次系統(tǒng)，在高度集成的二次一體化系統(tǒng)中，在保護(hù)功能集成的基礎(chǔ)上，將廣域信息引入到保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中，解決常規(guī)保護(hù)利用本地信息難以解決的問(wèn)題。基于以上理念，有必要研究并開(kāi)發(fā)基于廣域一體化理念的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)系統(tǒng)裝置，并投入系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。

2 廣域保護(hù)介紹

廣域保護(hù)系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)繼電保護(hù)通過(guò)一個(gè)站點(diǎn)的信息量實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，指通過(guò)采集一個(gè)區(qū)域內(nèi)多個(gè)站點(diǎn)的信息，對(duì)整個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)采集電網(wǎng)多個(gè)斷面的信號(hào)量，綜合分析，實(shí)現(xiàn)快速、可靠、精確地切除故障，同時(shí)通過(guò)采取相應(yīng)的控制措施，降低故障切除后對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)輸電線可用容量及系統(tǒng)可靠性的提高。

從廣域保護(hù)系統(tǒng)的功能來(lái)劃分，目前的廣域保護(hù)系統(tǒng)可以分為兩類：一類是利用廣域信息實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視、控制、穩(wěn)定邊界計(jì)算及狀態(tài)估計(jì)等功能，其側(cè)重點(diǎn)在廣域信息的利用和安全功能的實(shí)現(xiàn);另一類則是利用廣域信息完成繼電保護(hù)功能。

3 廣域保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方案

廣西來(lái)賓市興賓區(qū)電網(wǎng)主要通過(guò)220 kV來(lái)莆I線、220 kV來(lái)莆Ⅱ線供220 kV莆田站負(fù)荷。220 kV莆田站110 kV出線包括110 kV莆紅武線、110 kV莆紅佳線、110 kV莆維線、110 kV莆工線、110 kV莆立華線等線路，其中110 kV莆紅武線為莆田站至110 kV紅河站和武宣站形成“T”接線路，110 kV莆紅佳線為莆田站至220 kV佳城站和110 kV紅河站形成“T”接線路，110 kV莆立華線為莆田站至110 kV來(lái)華站，110 kV莆工線為莆田站至110 kV工業(yè)園站。以保證系統(tǒng)供電的可靠性為原則，結(jié)合區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，同時(shí)考慮目前各站點(diǎn)的保護(hù)和備自投裝置配置，反復(fù)論證了安裝廣域保護(hù)的范圍和必要性，最終選取220 kV莆田站、220 kV佳城站、110 kV武宣站、110 kV紅河站為廣域保護(hù)試點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)方案。目前，220 kV莆田站、220 kV佳城站、110 kV紅河站、110 kV武宣站以環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。其中，220 kV莆田站、220 kV佳城站的110 kV母線為雙母線接線;110 kV紅河站包括1臺(tái)變壓器和2回進(jìn)線;110 kV武宣站包括2臺(tái)變壓器和2回進(jìn)線。目前，存在的主要問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面：{1}該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各站點(diǎn)間“T”接線路多，線路長(zhǎng)度非常短，整定時(shí)各保護(hù)無(wú)法配合，整體保護(hù)存在一定的缺陷。{2}紅河站、武宣站現(xiàn)有的備自投裝置是獨(dú)立運(yùn)行，不具備遠(yuǎn)方備自投功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方恢復(fù)供電的功能。{3}紅河站需考慮小水電的接入。目前的運(yùn)行方式是，如果紅河站發(fā)生線路故障，先解列小水電，等故障排除恢復(fù)線路供電后，再將小水電并網(wǎng)，這種方式不能有效地利用小水電出力。通過(guò)配置廣域保護(hù)系統(tǒng)解決目前存在的問(wèn)題。試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖如圖1所示。

項(xiàng)目廣域保護(hù)主站設(shè)在220 kV莆田站，220 kV莆田站、220 kV佳城站、110 kV紅河站和110 kV武宣站部署廣域子站實(shí)現(xiàn)站域保護(hù)控制功能。廣域主站與各廣域子站之間都采用復(fù)用2M專線的方式鏈接，為避免長(zhǎng)距離鋪設(shè)2M電纜或網(wǎng)線，從主控室至通信機(jī)房的通信主要采用光纖連接，注意光纜的兩端需安裝以太網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。

（2）數(shù)據(jù)流簡(jiǎn)述。各子站合智一體裝置（即合并單元與智能終端一體化）采集站域模擬量及開(kāi)關(guān)量。CSD133B站域裝置以SV、GOOSE方式從合智一體裝置獲得電氣量和開(kāi)關(guān)量，同時(shí)接入104規(guī)約從遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)獲得低壓側(cè)線路功率，發(fā)送給主站，并作為執(zhí)行端接收并執(zhí)行主站控制信號(hào)。

區(qū)域主站主保護(hù)裝置，以SV、GOOSE方式經(jīng)SDH網(wǎng)絡(luò)接收電氣量和開(kāi)關(guān)量，經(jīng)邏輯及算法判別后下發(fā)控制信號(hào)給站域裝置。穩(wěn)控?cái)嗝鏀?shù)據(jù)流圖如圖2所示。

（3）保護(hù)配置。主站功能配置主要包括以下幾個(gè)方面：①莆紅武線三端分相電流差動(dòng)保護(hù)。②莆紅佳線三端分相電流差動(dòng)保護(hù)。③佳武線雙端分相電流差動(dòng)保護(hù)。④各線路的縱聯(lián)方向保護(hù)。⑤開(kāi)關(guān)失靈遠(yuǎn)跳。⑥區(qū)域穩(wěn)控及備自投功能。

子站保護(hù)配置主要包括以下幾個(gè)方面：①線路后備保護(hù)。②母差保護(hù)。③高壓母聯(lián)保護(hù)。④失靈保護(hù)。⑤開(kāi)關(guān)充電保護(hù)。⑥主變后備保護(hù)。⑦站內(nèi)低周減載。⑧站內(nèi)低壓減載。⑨站域備自投。

4 廣域保護(hù)主站功能介紹

廣域保護(hù)主站是廣域保護(hù)的中心和大腦，主要的控制功能包括多端電流差動(dòng)保護(hù)、開(kāi)關(guān)失靈遠(yuǎn)跳保護(hù)、區(qū)域穩(wěn)控與備自投功能。

（1）多端差動(dòng)保護(hù)功能。多端差動(dòng)保護(hù)與兩端差動(dòng)保護(hù)相同，根據(jù)基爾霍夫電流定律，網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)流入和流出的電流相等。因此，通過(guò)對(duì)每條線路端點(diǎn)的電流進(jìn)行求和計(jì)算，根據(jù)和電流是否為零，即可確定本線路范圍內(nèi)是否發(fā)生了故障，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作靈敏度高，可對(duì)110 kV線路提供快速保護(hù)。同時(shí)，通過(guò)軟件優(yōu)化，保護(hù)裝置可以識(shí)別不同步的信息，在采樣失去同步時(shí)可靠退出差動(dòng)保護(hù)，防止保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)的情況。廣域保護(hù)中，通過(guò)子站的采集裝置采集各子站的電流電壓及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作后，跳閘信號(hào)通過(guò)通道發(fā)送至子站執(zhí)行。分相差動(dòng)的動(dòng)作曲線如圖3所示。

（2）開(kāi)關(guān)失靈遠(yuǎn)跳功能。系統(tǒng)檢測(cè)到線路發(fā)生故障，且開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，則應(yīng)通過(guò)廣域后備保護(hù)發(fā)跳閘令，快速可靠跳開(kāi)故障線路相鄰斷路器。子站失靈保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘，向?qū)?cè)線路傳送信號(hào)。對(duì)側(cè)線路收到“遠(yuǎn)方跳閘”信號(hào)后，經(jīng)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)永跳。

（3）區(qū)域綜合控制功能。區(qū)域綜合控制系統(tǒng)主要通過(guò)將穩(wěn)控策略、備自投、線路重合閘結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的自動(dòng)控制。當(dāng)任一線路發(fā)生故障導(dǎo)致區(qū)域失電時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)通過(guò)斷面功率和潮流的計(jì)算，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)定控制方案，迅速啟動(dòng)相應(yīng)的重合閘裝置動(dòng)作，恢復(fù)區(qū)域的供電。如果重合閘失敗，系統(tǒng)可以繼續(xù)通過(guò)備自投裝置斷開(kāi)故障電源，投入備用電源，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)可以分辨出分布式電源的影響，提高恢復(fù)供電的成功率的同時(shí)保證整個(gè)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。

（4）穩(wěn)控功能。穩(wěn)控功能是廣域保護(hù)系統(tǒng)的重要功能之一，主要保護(hù)區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)穩(wěn)控。通過(guò)采集區(qū)域內(nèi)各變電站聯(lián)絡(luò)線的電流、電壓、功率數(shù)據(jù)，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)控策略，系統(tǒng)判斷是否需要選切一部分負(fù)荷來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定。

這一功能主要通過(guò)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分級(jí)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)預(yù)先設(shè)定的策略，系統(tǒng)可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選切負(fù)荷，從而保證整個(gè)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

5 結(jié)論

廣域保護(hù)適用于復(fù)雜的電網(wǎng)系統(tǒng)，是對(duì)常規(guī)繼電保護(hù)的有益補(bǔ)充，對(duì)于提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)興賓網(wǎng)區(qū)的電網(wǎng)情況進(jìn)行分析，研究了廣域保護(hù)的解決方案，并對(duì)保護(hù)的主要功能進(jìn)行了介紹，為專業(yè)人員今后開(kāi)展相關(guān)工作提供了思路。

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