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        智能變電站采樣方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究

        2020-08-10 09:08:13郭駿
        卷宗 2020年13期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)共享智能變電站優(yōu)化設(shè)計(jì)

        郭駿

        摘 要:本文對(duì)當(dāng)前智能變電站的采樣方式現(xiàn)狀和工作原理進(jìn)行了分析,研究了目前采樣方式存在的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。利用對(duì)智能變電站采樣方式在繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間當(dāng)中的影響進(jìn)行研究以及調(diào)研,得到合并單元數(shù)字化的采樣能夠?qū)€路的保護(hù)速動(dòng)性帶來負(fù)面影響。按照對(duì)采樣方式的現(xiàn)狀分析和調(diào)研,提出不同的三種優(yōu)化設(shè)計(jì)措施,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了機(jī)電保護(hù)速動(dòng)性和智能變電站采樣數(shù)據(jù)共享的效果。

        關(guān)鍵詞:智能變電站;采樣方式;優(yōu)化設(shè)計(jì);數(shù)據(jù)共享

        在智能變電站當(dāng)中,應(yīng)用電子式的互感器和合并單元能夠更好完成了采樣數(shù)字化,另外在整體上推動(dòng)了變電站二次回路的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。智能變電站的二次回路四化不但能夠預(yù)防常規(guī)的變電站電纜進(jìn)行二次回路接線的復(fù)雜,并且存在著較差的抗干擾力等問題[1]。除此之外,還需要利用網(wǎng)絡(luò)通信的手段來更好的實(shí)現(xiàn)硬件資源和數(shù)據(jù)方面的共享,給實(shí)現(xiàn)二次的回路狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來?xiàng)l件。智能變電站采樣方式不僅需要充分滿足繼電保護(hù)的安全性和可靠性基本要求,還需要更好的體現(xiàn)變電站智能化[2]。本文按照對(duì)采樣方式的現(xiàn)狀分析和調(diào)研,提出不同的三種優(yōu)化設(shè)計(jì)措施,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了機(jī)電保護(hù)速動(dòng)性和智能變電站采樣數(shù)據(jù)共享的效果。

        1 智能變電站采樣方式的現(xiàn)狀

        在智能變電站中,數(shù)字化保護(hù)裝置要能正常工作,一個(gè)先決條件式采樣值傳輸延時(shí)可知,或者采樣數(shù)據(jù)本身已同步。當(dāng)前智能變電站中大部分交換機(jī)本身采樣延時(shí)不穩(wěn)定,無法測(cè)量。若保護(hù)采用網(wǎng)絡(luò)采樣的方式,同時(shí)又不依賴外部對(duì)時(shí),目前有3個(gè)方法:

        1)交換機(jī)本身的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)做到穩(wěn)定。

        2)交換機(jī)自己測(cè)量報(bào)文在自己內(nèi)部的延時(shí),然后放在報(bào)文幀中發(fā)送給保護(hù)裝置,這樣保護(hù)裝置有可能實(shí)時(shí)計(jì)算出每一幀采樣值報(bào)文的延時(shí),從而做到采樣值同步。

        3)采用其他通信方式,采樣值傳輸延時(shí)是可知的。

        綜合考慮保護(hù)動(dòng)作快速性與系統(tǒng)可靠性,保護(hù)裝置直接采樣比網(wǎng)絡(luò)采樣更有優(yōu)勢(shì)。而對(duì)于測(cè)控裝置、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)分析、電能表等間隔層設(shè)備,無需作差動(dòng)計(jì)算,對(duì)于可靠性的要求較繼電保護(hù)設(shè)備較低,可以依賴外部時(shí)鐘,因此,測(cè)控裝置、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)分析、電能表等設(shè)備可以通過網(wǎng)絡(luò)采樣,實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的共享,節(jié)約電纜,減少電纜傳輸過程中的干擾。

        2 采樣方式對(duì)繼電保護(hù)的影響分析

        第一,常規(guī)變電站。以220kV及以上線路保護(hù)裝置整組動(dòng)作時(shí)間為例進(jìn)行理論分析,因不同廠家裝置處理方式不同,分析數(shù)據(jù)可能不同。

        第二,智能變電站。智能變電站線路保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間構(gòu)成內(nèi),其中合并單元前置延時(shí)與插值時(shí)間2ms,數(shù)字低通0.5ms,數(shù)據(jù)窗11ms,算法計(jì)算及邏輯執(zhí)行時(shí)間等3ms,智能終端時(shí)間5ms。此外,當(dāng)遠(yuǎn)端故障電流較小時(shí),不同廠家數(shù)據(jù)窗采用短延時(shí)或其他措施,以提高可靠性。其他繼電保護(hù)理論動(dòng)作時(shí)間分析對(duì)于母線保護(hù)和變壓器保護(hù),常規(guī)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)至斷路器跳閘線圈的時(shí)間由于需要TJR繼電器重動(dòng),因此智能變電站要比常規(guī)變電站保護(hù)快5~10ms。

        3 優(yōu)化方案的研究

        3.1 調(diào)整二次回路

        對(duì)于采用常規(guī)電磁式互感器的智能變電站,如電壓電流量不經(jīng)合并單元直接接入保護(hù)裝置,電流量串接于合并單元后,電壓量并接于合并單元??晒?jié)省一個(gè)環(huán)節(jié),在保證了智能變電站數(shù)據(jù)共享的前提下,減少了繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間,

        具體方案如下:

        線路保護(hù)模擬量采樣,其他保護(hù)設(shè)備SV直采,故障錄波、網(wǎng)絡(luò)分析SV網(wǎng)采。經(jīng)繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間分析可知,只有線路保護(hù)經(jīng)合并單元采樣后會(huì)對(duì)速動(dòng)性產(chǎn)生影響。綜合考慮到220kV及以上電壓等級(jí)線路保護(hù)在系統(tǒng)中的重要性,及相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),線路保護(hù)采用獨(dú)立裝置,雙重化配置。雙重化配置合并單元,多功能測(cè)控裝置集成非關(guān)口計(jì)量及PMU采集功能。

        1)線路保護(hù)電纜模擬量采樣,串接于合并單元后。2)斷路器保護(hù)SV直采合并單元。3)母線保護(hù)SV直采合并單元。4)多功能測(cè)控裝置、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)分析SV網(wǎng)采。

        3.2 采用基于縱向整合的多功能保護(hù)裝置

        基于縱向整合的多功能保護(hù)裝置,合并單元功能模塊通過電纜直采模擬量,經(jīng)裝置內(nèi)部高速總線以私有規(guī)約直接發(fā)送至保護(hù)功能模塊,很大程度上提升了采樣速度,改善了智能變電站線路保護(hù)速動(dòng)性明顯變差的劣勢(shì),并且合并單元功能模塊可配置獨(dú)立的SV光口,實(shí)現(xiàn)其他跨間隔保護(hù)(母線保護(hù)和主變壓器保護(hù))SV直采的需求,以及SV組網(wǎng)的需求。故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析可通過過程層網(wǎng)絡(luò)采集SV信息,兼顧了信息數(shù)字化和數(shù)據(jù)共享,

        3.3 優(yōu)化過程層網(wǎng)絡(luò)

        3.3.1 過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則

        過程層網(wǎng)絡(luò)要求具有比間隔層網(wǎng)絡(luò)更高的可靠性,具體要求為:

        1)應(yīng)采用可靠性高的星形結(jié)構(gòu)。與總線型和環(huán)形結(jié)構(gòu)相比,星形結(jié)構(gòu)擴(kuò)展方便、協(xié)議簡單、網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)小、無廣播風(fēng)暴風(fēng)險(xiǎn),是過程層網(wǎng)絡(luò)的首選結(jié)構(gòu)。2)交換機(jī)N-1故障不應(yīng)影響保護(hù)信息傳輸。智能變電站繼電保護(hù)直采直跳,啟動(dòng)失靈/重合閘、失靈聯(lián)跳等信息通過過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸。當(dāng)保護(hù)與過程層網(wǎng)絡(luò)一一對(duì)應(yīng)連接時(shí),交換機(jī)N-1故障將造成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息交換中斷,某些重要功能(失靈聯(lián)跳等)可靠性降低50%,對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來不利影響。因此,220kV及以上電壓等級(jí)過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)必須考慮交換機(jī)N-1方式下的保護(hù)信息傳輸可靠性問題,要求保護(hù)設(shè)備采用冗余連接方式。3)交換機(jī)N-2故障應(yīng)盡量減少對(duì)兩套保護(hù)的影響。雖然對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)生N-2故障概率很低,但過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮減少此種故障的影響,提高極端情況下抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。

        3.3.2 過程層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

        根據(jù)上述過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則,過程層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案為:SV、GOOSE共同組網(wǎng),雙重化保護(hù)各設(shè)置獨(dú)立的雙網(wǎng),方案特點(diǎn):

        1)基于共網(wǎng)共端口技術(shù),SV、GOOSE共網(wǎng)傳輸,節(jié)約交換機(jī)。2)雙重化的A、B套裝置過程層信息相互獨(dú)立傳輸,交換機(jī)負(fù)載較輕。3)交換機(jī)N-1故障不影響保護(hù)信息傳輸,N-2故障最多影響一套保護(hù)的信息交換,不影響第二套保護(hù)功能。校驗(yàn)N-2故障時(shí),可靠性較常規(guī)智能變電站提供50%。

        4 方案實(shí)施及效果分析

        4.1 效果檢驗(yàn)

        針對(duì)三種不同的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,分別在河北滄州獻(xiàn)縣東220kV新一代智能變電站新建工程、河北邯鄲涉武500kV變電站新建工程、國家電網(wǎng)公司2016年設(shè)計(jì)競賽太平莊220kV變電站新建工程中進(jìn)行效果檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方法分別為聯(lián)調(diào)測(cè)試、專家評(píng)估及現(xiàn)場實(shí)施三種不同的方法。

        4.2 效益分析

        如果采用基于縱向整合的多功能裝置的優(yōu)化方案,則每個(gè)間隔可節(jié)省裝置2臺(tái)(分別為智能終端及合并單元),根據(jù)目前國內(nèi)主流二次設(shè)備廠家投標(biāo)價(jià)格,平均1臺(tái)裝置約10000元,對(duì)于一個(gè)220kV智能變電站共約有20個(gè)間隔,產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益為20×2×10000=400000元。

        5 結(jié)束語

        智能變電站采樣方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案不僅滿足了當(dāng)前智能電網(wǎng)及智能變電站的發(fā)展需求,實(shí)現(xiàn)了采樣值數(shù)據(jù)共享,而且與常規(guī)智能站相比繼電保護(hù)的可靠性、速動(dòng)性得到了很大的提升,經(jīng)濟(jì)效益顯著,推廣應(yīng)用前景廣闊。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì),110(66)kV~750kV智能變電站部分[M].北京:中國電力出版社,2011.

        [2]張志鵬,郭朝云,朱萍.特高壓變電站過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2016,(2).

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