智能化变电站继电保护方案研究

刘泊辰

(山东淄博供电公司变电检修工区，山东 淄博 255000)

随着智能电网建设步伐的加快，国网公司在全国各地已陆续开展了智能变电站的试点建设及运行工作[1]，按照“统一标准、规划及建设”的原则，在对完成建设及已投入运行的智能变电站进行经验总结后相关的规范逐步出台，本文结合已投运的智能变电站运行经验及已颁布的技术规范，探讨了智能变电站继电保护配置方案。

1 智能变电站继电保护与传统保护对比

1.1 保护装置的设计

智能变电站的保护装置是采用统一的IEC61850通信规范的，具有以下 3个核心功能，即 SMV、MMS和GOOSE。其中SMV的主要功能是为采样值传输服务，属于过程层部分；GOOSE的主要功能是完成各个装置间的数据交换，属于间隔层部分，其彻底改变了传统变电站的二次设计，而MMS的主要功能是用于后台和装置之间的数据交互，属于站控层部分。

在传统的变电站中，其继电保护装置是通过背板端子引入至屏柜的端子排中的，是否加载保护压板要根据实际需要而定，利用端子排间的二次电缆完成了各保护屏柜之间的连接。而智能变电站则是采用了 GOOSE功能，将二次回路连接转换为GOOSE网络的通信连接，根据实际需要各二次设备厂家可提供装置的 GOOSE端子定义，设计院根据相关的定义完成 GOOSE网络的设计工作，设备厂家经过设计文件和 GOOSE组态文件来形成变电站的SCD文件[2]，这样各设备厂家就会使用全站统一的SCD文件，对GOOSE网络收发信息进行提取并发送至装置侧。

从上述数据传输过程可以看出采用了 GOOSE网络将大为减少二次电缆的使用量，不但简化了设计，而且节约了建设运行成本，同时也减小了屏柜间的接线量，现场施工调试的工作量等，对于缩短变电站的建设周期是十分有利的。

1.2 保护装置的程序化操作

在传统的变电站中，对于继电保护设备进行压板投运时需要两名运行人员同时进行的，由1名运行人员核对压板名称，另一名运行人员根据操作票读取“操作内容”并进行操作，操作完成后由监护人员检查压板投运是否正确，一般操作一块压板需要1～2min，而多块压板的投运则需要进行多次重复操作，不但效率低下而且特别容易引发误操作。

由于智能变电站是采用 IEC61850通信协议为标准的，因此只是在其保护屏上保留了一块“投检修状态”的硬压板，而没有必要保留其他硬压板，由软压板就可以实现传统变电站继电保护的全部功能，实现了二次设备的程序化管理和操作，同时保护装置还具有切换保护定值区的功能[3]。在后台可以同时一次性地操作多块软压板，不断缩短了操作时间，而且能够有效地防止误操作，对提高整个变电站的安全运行水平具有积极的意义。

2 站内各设备的保护配置方案

2.1 线路保护

对于智能变电站的线路保护而言，站内的测控及保护功能宜进行一体化的集成并按照间隔单套来配置[4]。线路保护可完成直接采样和直接跳断路器的功能，经过 GOOSE网络启动断路器后能够完成断路器失灵保护及重合闸等功能。线路的保护的具体实施方案如图1所示，保护间隔内除了与GOOSE网进行信息交换外，都是采用点对点的信息传输方式，合并单元和智能终端都是直接连接的，保护测控装置与合并单元集合后实现了直接采样和数据传输功能，与智能终端配合后实现了跳闸功能。

其中在线路和母线上所安装的电子式互感器在通过电流和电压信号后，在接入合并单元，相关数据经过打包汇总后在经过光纤送至测控装置及 SV网络内。当有跨间隔的信息进入测控装置时应采用GOOSE网络的传输方式对数据进行传输。

图1 事故信号回路图

2.2 变压器保护

按照相关的规程要求，智能变电站的变压器保护应采用双套保护进行配置，即进行主、后备保护一体化的配置方式，且后备保护可采取与测控装置一体化的配置方式进行配置。当智能变电站的保护装置采用上述保护进行配置时，其各侧的合并单元（MU）和智能终端也应采用双套的配置法方式，中性点的电流及间隙电流应并入相应侧的MU。

变压器保护采用直接采样的模式，将各侧断路器进行连接，通过 GOOSE网络可将分段断路器及闭锁备自投进行连接，通过 GOOSE网络接受失灵保护的跳闸命令，实现失灵保护各侧断路器的跳闸功能。智能变电站内变压器的高、中、低压侧合并单元得到的电流电压信号都是直接送至 SV网络内的，且数据是单向传递的，SV网络内的数据从不送至保护装置侧，这就实现了信号的直接采样功能；高、中、低压侧的智能终端除了直接连接 GOOSE网络外还与变压器的保护装置相连，保护装置直接通过智能终端进行跳闸。

3 智能变电站GOOSE组网方案

根据智能变电站的设计规范及试点工程的实际运行经验，综合考虑GOOSE网络的安全性和经济性，以220kV智能变电站为例所设计的GOOSE组网方案如图2所示。国内大多数220kV智能变电站多采用母线的接线方式[5]，其继电保护也按双重化的配置标准进行配置，同时为了确保保护装置的安全性、交换及母线等间隔都应按照分散的原则进行分配，且双重化的交换机应分别安装在主保护屏及双套路线路上，以星型单网方式完成间隔交换机及母线交换机的连接。

图2 某10kV配电网简化接线图

该智能变电站220kV双母线间隔结构中一个线路保护的信号联系表如表1所示。

表1 配电线路故障诊断结果

从表1可以看出，主变间隔与出线间隔之间的信号是不构成联系的，只有每个间隔与母线保护才构成信号联系，开关刀闸内的信号与间隔内的线路保护在间隔交换机内构成了数据传输通路，只经过两级交换机即可完成母线保护与智能一次设备的信号联系，按照间隔来划分母线交换机的 VLAN，进而对各间隔的 GOOSE报文进行隔离，减小了报文帧排队的延时时间，且只要断开母线交换机与间隔交换机即可断开连接，检修措施安全可靠。

4 结论

随着智能变电站试点工程的逐步开展，智能变电站建设和运行规范陆续颁布，在继电保护方面智能变电站采取了“网网分离”和“直采直跳”的标准，进一步提高了变电站运行的可靠性和安全性。

[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京:电力工业出版社, 1999.

[2]王松,黄晓明.GOOSE报文过滤方法研究[J].电力系统自动化,2008,32(19):54-57.

[3]Q/GDW 161—2007线路保护及辅助装置标准化设计规范.2007.

[4]操丰梅,宋小舟,秦应力.基于数字化变电站过程层的分布式母线保护的研制[J].电力系统自动化,2008,32(4):69-72.

[5]殷志良,刘万顺,杨奇逊,等.基于IEC61850标准的过程总线通信研究与实现[J].中国电机工程学报,2005,25(8):84-89.