工程师论文数字化变电站继电保护优化配置研究
发布时间：2016-01-18
数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。本篇工程师论文概述数字化变电站主要技术特点，分析数字化变电站继电保护优化配置，根据需求优化保护数字化变电站的措施。
推荐期刊：《电站系统工程》1985年创刊。中国机械装备(集团)公司主管，哈尔滨电站设备成套设计研究所、哈尔滨电站工程有限责任公司主办。专业技术性刊物。报道国内外电力工程领域的研究成果和发展动向。读者对象为电力专业的科研人员及大专院校师生。有英文目次和英文文摘。继承《动力系统工程》。被收录为中文核心期刊。
关键词： 数字化;变电站;继电保护;优化配置
0 引言
伴随我国经济的发展，社会生产和人们生活对电力的依赖程度越来越高。这几年我国加大了数字化变电站建设，不仅保证了工业生产和人们生活用电，还提高了设备运行的智能化和自动化水平，进一步确保了电网运行的安全、稳定、高速。
变电站作为整个电力系统的重要组成部分，数字化变电站继电保护是确保我国电网稳定运行的关键环节，但是由于受到一些因素的干扰，使得数字化变电站继电保护出现了一些问题，难以发挥出对电网的保护作用。因此必须对数字化变电站继电保护配置进行优化，提出有针对性的优化措施，确保数字化变电站继电保护发挥出最大的价值与功效。
1 数字化变电站概述
1.1 数字化变电站简介 伴随我国数字化技术和电子信息技术的发展与进步，数字化变电站应用模式与传统变电站存在较大的差异。变电站数字化技术有效地弥补了传统变电站信息应用模式的缺陷，在变电站信息采集、传输以及处理方面发挥着巨大的作用，减少了操作人员的劳动量，提高了系统保护力度和工作效率。数字化变电站在IEC61850 基础上，电子互感应器和智能开关共同组成了智能化一次设备和网络化二次设备分层结构，实现了变电站信息共享和互操作目标。该结构主要作用有：实现信息共享、实现网络通信、反映出电气信息、规整系统信息等。
1.2 数字化变电站主要技术特点
1.2.1 数据采集数字化 对于一些常规的电流、电压等电气信息的获取，数字化变电站与传统变电站相比，在此方面具有较大的优势。数字化变电站利用数字化互感器有效的弥补了传统互感器在信息收集方面的缺陷与不足，能将一次设备和二次设备系统有效地分离。为提升信息收集的精准性和及时性，可以在数字化接口上直接连接二次设备。
1.2.2 分层分布式方式 站控层、间隔层以及过程层等部分组成了变电站主要结构，其中站控层是监控主机;间隔层包括各种元件;过程层包含了诸多设备。为有效防止因某一元件导致整个电网的瘫痪，可以不同功能的元件安装在不同电气设备下，那么数字化变电站分层分布式方式就能很好的满足这一点。除此之外，在每个单独的电气设备中设置 CPU工作模式，提高对信息的自动和智能处理能力，降低了主控单元的劳动量。分层分布式方式的布置灵活性强，实现了在线巡检、诊断故障以及升级等功能。
2 数字化变电站继电保护优化配置分析
2.1 数字化保护性能改进方案
2.1.1 过程层分布式母线保护 母线是确保电力系统安全运行的关键设备，同时也是系统发生故障的重点关注对象，其主要原因是有两个，即扩展性差、二次接线复杂。为提升数字化变电站继电保护的保护性能，简化母差保护逻辑，那么过程层分布式母线保护能较好的满足这一点，其主要原理是通过网络技术和智能短路去除母差保护中的复压闭锁元件，实现间隔独立保护母线，从而确保各电气设备能正常运行。
2.1.2 数字化变压器保护 为快速诊断并定位系统故障位置，以防变压器差动保护误动，可以对励磁出现电流的大小进行判断，以实现预期的效果。电子式电流互感器具有高频分量、高保真传变直流特性，将分层分布式方式应用于变压器保护装置过程层中，并安装集中化后备保护，引入断路器跳闸，实现光缆到网络的传输。
2.1.3 输电线路保护 在过程层线路保护配置上，主保护为纵联差动，集中式保护装置中安置后备保护。若主接线是单断路器，需要由主保护光纤通信口对侧线路保护装置通信完成输电线路保护。对3/2主接线而言，需要根据电压和开关电路数据对线路进行保护。
2.2 数字化变电站继电保护配置优化方案
2.2.1 变电站继电保护配置常规方案 变电站继电保护配置常规方案主要是根据不同对象进行不同方式的配置，将数据采集光纤通信接口取代原有保护装置的交流插件、GOOSE光纤通信接口取代 I/O接口插件，另外的母线保护和线路保护并没有在考虑范围内。这种改变单个元件的保护措施，是目前我国数字化变电站继电保护常用的方案。另外，在主变压器上安置一个MU合并单元，及时采集主变压器各侧电流和电压，并提供给电能表和主变压器差动保护。变电站继电保护常规配置方案是目前常用的方式，但由于其结构复杂、应用设备多等劣势，已经不能满足数字化变电站继电保护的发展需求。
2.2.2 变电站集成保护配置方案 随着我国科学技术的发展，变电站继电保护逐渐向智能化、自动化、数字化方向发展，使得智能一次设备和网络二次设备得到了广泛的应用，更好的实现了我国变电站设备信息共享、配置优化、相互协作等功能。数字化变电站继电保护配置进行优化过程中，必须遵循双重化原则，保护系统中应该包含主变压器、电容器、测控设备以及母线等，系统不仅可以对全网进行继电保护，还实现了测控功能。这种配置网络结构简单、应用设备相对较少，实现了信息共享。同时，强化数字化变电站继电保护测试技术建设，增强继电保护二次设备性能检测的精准性，确保全网安全稳定运行。
2.2.3 110kV保护配置方案研究 110kV是数字化变电站继电保护优化配置中重要的环节，就目前我国情况来讲，可以按对象进行配置，保留设备保护的种类与逻辑图，将传统保护装置交流量输入插件更换为数据采集光纤通信接口。这样的配置方式不仅可以满足110kV的电压规定，还可以有效利用数字化和智能化的优势，实现继电保护的最优配置。
2.2.4 35kV和10kV馈线保护配置方案 馈线作为数字化变电站继电保护装置中重要的线路，对整个继电保护系统具有较大的影响。35kV和10kV馈线设置既有相同点，又存在差异。在10kV馈线保护配置中，主要是将每条出线和电容器采用独立合并单元，母线电压实现了分段单元被智能电压切换运行时的数字化切换功能。35kV馈线保护配置中，将MU 合并单元安置在主变压器上，满足每条线路的需求。通常情况下，5回35kV出现和电容器合并单元共用一台交换机，以便节省一定空间和成本，实现最优保护配置。
3 结束语
目前我国大多数变电站仍然沿用传统方式进行继电保护，虽然稳妥却存在诸多问题，不仅电力工程造价高、操作复杂，在现代科学技术的冲击下，已经难以满足当今社会和电力行业的发展需求。伴随数字化技术、电子技术、智能自动化技术的发展，我国变电站继电保护逐渐向数字化、智能化方面发展，并不断优化和改进继电保护配置方案，提升电力系统运行的安全性与稳定性，以期实现数字化变电站运行的最佳效果。
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