賈 婷

（山西焦煤西山煤電馬蘭礦， 山西 太原 030205）

引言

作為供電系統(tǒng)的重要組成部分，變電站主要是將供電電路中的電流轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌妷旱燃壍难b置，用于滿足不同的供電需求，早期變電站僅僅具備變電功能，并不具備電力系統(tǒng)綜合保護(hù)的功能，導(dǎo)致了整個系統(tǒng)在應(yīng)用過程中存在著易跳閘、短路，特別是發(fā)生短路故障后由于沒有相應(yīng)的綜合保護(hù)功能，進(jìn)而造成供電系統(tǒng)大范圍故障，給供電安全造成了極大的影響。隨著近年來科技的發(fā)展和用電設(shè)備精密性要求的不斷提高，現(xiàn)有變電站的保護(hù)模式已經(jīng)無法滿足供電安全的需求，因此本文提出了一種新的6 kV 變電站綜合自動化防護(hù)設(shè)備，該設(shè)備系統(tǒng)將供電穩(wěn)定性監(jiān)控、遠(yuǎn)程通訊控制、供電安全保護(hù)等功能集于一體，同時采用了開放式的接口模式，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠及時對電路進(jìn)行保護(hù)，確保變電站的運行安全性，根據(jù)實際應(yīng)用表明該綜合防護(hù)設(shè)備具有靈敏度高、可靠性好、自動化程度高的優(yōu)點，極大地提升了系統(tǒng)的供電安全。

1 6 kV 變電站綜合自動化防護(hù)設(shè)備要求

根據(jù)6 kV 變電站工作需求，以確保變電站工作時的穩(wěn)定性和可靠性，自動化防護(hù)設(shè)備的需求統(tǒng)計如下[1]：

1）能夠?qū)ψ冸娬具\行過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，自動對監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行判斷、報警，出現(xiàn)異常后自動進(jìn)行調(diào)整和隔離；

2）能夠遠(yuǎn)程對變電站的運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動對設(shè)備運行的穩(wěn)定性進(jìn)行分析；

3）各支路的高壓保護(hù)開關(guān)具有自動跳閘、自動合閘的功能，實現(xiàn)快速屏蔽故障電路，防止異常的進(jìn)一步擴(kuò)大，同時在異常處理完成后快速恢復(fù)供電，確保供電可靠性。

2 自動化防護(hù)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)6 kV 變電站自動防護(hù)需求，本文所提出的自動化防護(hù)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該自動化防護(hù)設(shè)備以THM-200 通信管理機為核心，采用了扁平式的分層控制結(jié)構(gòu)，包括了控制層和監(jiān)測層，控制層主要包括監(jiān)控主機、THM-200 通信管理機和五防機，監(jiān)測層主要是處在變電站上的各類的監(jiān)控設(shè)備和通訊線路。監(jiān)測層是該變電站綜合自動化防護(hù)機的核心，主要用于完成各類監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)分析和交換，將監(jiān)測層的所有監(jiān)測信息進(jìn)行統(tǒng)一匯總和分析，然后將分析結(jié)果傳遞到監(jiān)控屏幕或者總的集控中心，滿足人員對變電站遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制的需求。監(jiān)測層則主要是對變電站運行過程中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集和回轉(zhuǎn)，然后將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂茖觾?nèi)。

由于在高壓電網(wǎng)中存在著大量的電磁干擾，因此為了確保該自動化防護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和精確性，在該系統(tǒng)中采用了具有防電磁干擾的雙屏蔽CAN 數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，同時該數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)還具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、傳輸精度高、可靠性好的優(yōu)點。

3 自動防護(hù)設(shè)備差動保護(hù)原理

自動防護(hù)設(shè)備對確保變電站正常工作具有十分重要的作用，該自動防護(hù)設(shè)備中所采用的差動保護(hù)的基本原理為“在差動節(jié)點位置的總的電流相量之和為零”[3]，因此在對變壓器進(jìn)行差動保護(hù)的過程中就是將被保護(hù)的變壓器作為一個差動節(jié)點，當(dāng)在日常運行的過程中，從變壓器輸入側(cè)的電流值和從變壓器額輸出側(cè)輸出電流值是一致的，工作過程中各輸入電流值的差動電流的之和為零，當(dāng)變壓器在運行過程中出現(xiàn)異常后，其總的差動電流之和將發(fā)生變化，因此以零為臨界值，當(dāng)系統(tǒng)的差動電流超過系統(tǒng)設(shè)定的整定值后，控制中心就控制防護(hù)設(shè)備進(jìn)行動作，將變壓器的進(jìn)線端切斷，確保整個變電站處于安全狀態(tài)，該綜合自動化防護(hù)設(shè)備的差動保護(hù)線路如圖2 所示，其中：I˙1表示變壓器的高壓側(cè)的輸入電流，I˙2表示變壓器的低壓側(cè)的輸入電流，I˙1' 表示變壓器的高壓側(cè)的輸入電流，I˙2' 表示變壓器的低壓側(cè)的輸入電流，U˙1表示變壓器的高壓側(cè)的輸入電壓，U˙2表示變壓器的低壓側(cè)的輸入電壓。

4 防護(hù)設(shè)備單相制動原理

單純依靠差動防護(hù)不能完全保證變電站工作時的安全性，因在防護(hù)設(shè)備中又引入了一種單相制動[4]方案，該制動方案的核心在于每個相的二次諧波制動元件僅僅能夠?qū)Ρ鞠嗟漠惓＿M(jìn)行制動而無法對其他相的異常進(jìn)行制動，該單相制動的原理如圖3 所示。該邏控制中以“1”表示接通，以“0”表示斷開，在單相制動系統(tǒng)中由于能夠?qū)畲庞苛鞅灰种疲虼四軌蛑苯訖z驗處故障電路內(nèi)的微小的非諧波電流，實現(xiàn)對差動保護(hù)的補充，確保該自動防護(hù)設(shè)備的運行穩(wěn)定性和可靠性[5]。

圖3 單相制動原理示意圖

5 結(jié)論

本文針對6 kV 防護(hù)設(shè)備所存在的易跳閘、短路、特別是發(fā)生短路故障后由于沒有相應(yīng)的綜合保護(hù)功能，進(jìn)而造成供電系統(tǒng)的大范圍的故障，給供電安全造成了極大的影響，提出了一種變電站綜合自動化防護(hù)設(shè)備，對該系統(tǒng)的工作原理和防護(hù)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)果表明：

1）該自動化防護(hù)設(shè)備以THM-200 通信管理設(shè)備為核心，采用了扁平式的分層控制結(jié)構(gòu)，包括了控制層和監(jiān)測層；

2）該系統(tǒng)中采用了具有防電磁干擾的雙屏蔽CAN 數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，同時該數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)還具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、傳輸精度高、可靠性好的優(yōu)點；

3）該自動防護(hù)設(shè)備中所采用的差動保護(hù)的基本原理為“在差動節(jié)點位置的總的電流相量之和為零”，因此在對變壓器進(jìn)行差動保護(hù)的過程中就是將被保護(hù)的變壓器作為一個差動節(jié)點，以零為臨界值，當(dāng)系統(tǒng)的差動電流超過系統(tǒng)設(shè)定的整定值后，控制中心就控制防護(hù)設(shè)備進(jìn)行動作，將變壓器的進(jìn)線端切斷，確保整個變電站處于安全狀態(tài)；

4）單相制動方案的核心在于每個相的二次諧波制動元件僅僅能夠?qū)Ρ鞠嗟漠惓＿M(jìn)行制動而無法對其他相的的異常進(jìn)行制動，能夠直接檢驗處故障電路內(nèi)的微小的非諧波電流，實現(xiàn)對差動保護(hù)的補充，確保該自動防護(hù)設(shè)備的運行穩(wěn)定性和可靠性。