智能变电站站域保护控制技术研究胡锦景

智能变电站站域保护控制技术研究胡锦景

胡锦景1许卓然2孟庆华2付博2王小泽2

（1国网辽宁省电力有限公司辽宁省沈阳市110000；2国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司辽宁省沈阳市110000）

摘要：近年来，随着新一代智能变电站的普及，电网结构和运行方式更加复杂，给保护自动化装置带来了严峻的考验。目前，智能变电站的保护配置方案采用快速跳闸的主保护和多段后背保护相配合的双套保护方案。通过定值和动作时间相配合的方式来保证选择性。保护装置结构复杂，成本高。针对上述问题，本文研究了智能变电站站域保护控制技术。

关键词：智能变电站；可靠性；站域保护

站域保护系统利用全站网络上共享的信息，简化了后备保护的配置，通过一套装置实现了原来多套独立保护装置的功能，节约了建设投资成本，提高了变电站的保护性能和运行可靠性。为新一代智能变电站的发展开拓了一条新的思路。

一、站域保护需求分析

基于站间信息的保护原理从基本原理上来讲主要涉及了方向比较保护原理、电流差动保护原理、和基于站域信息的自适应保护原理。此外，还包括具有容错性能的区域保护原理，在所有的基于区域广域信息的多信息保护原理中，都是在这些基本的原理之上建立起来的。

一个典型的站域结构包括变电站及其进出线，站域保护通过获取站域内的多节点冗余信息实现保护逻辑与传统保护相比优势明显而且比广域保护工程应用更易实现。站域保护控制装置面向对象为整个变电站，主要完成站内单套配置保护的功能冗余、站内保护的功能优化和站域安全自动控制等功能。

二、站域保护控制系统概述及分类

1、概述

站域保护控制系统是在智能变电站高速通信网络的基础上，利用全站共享的信息，根据网络拓扑结构，对故障进行快速、可靠、精确的定位并切除，将后备保护和控制系统集成并整合与一体来简化后备保护配置，改善保护及控制系统性能的系统。

站域保护的核心思想是利用过程层通信网络实时地获取各元件的SV、GOOSE实时信息，在划分冗余信息应用范围的基础上，采取多信息融合算法来识别故障位置，并通过设计的优化逻辑策略来执行开关跳闸，对故障进行快速可靠的切除，改善了后备保护性能的同无需考虑复杂的整定配合规则，缩短了故障切除的时间，保证变电站运行的可靠性和稳定性。

2、分类：

2.1集中式站域保护是指以差动保护为主保护的单元件保护模块为间隔级保护，以基于拓扑理论的网络保护模块为全站系统级保护的方案。该方案将保护及测控功能集中于一套保护测控装置内。在智能变电站的建设初期，集中式保护的优点是通信基础简单，缺点是网络传输共享上存在不足。

2.2分布式站域保护由中央处理器和间隔单元构成。在保护上实现分布式母线保护，在控制上实现网络化备自投及低频低压减载等功能。分布式母线保护需解决的两个问题：一是大量数据的可靠、实时传输；二是高精度的同步采样。若分布接入点过多，传输设备及通信链路的可靠性将是影响保护性能的重要因素，可以通过引入“冗余”同步时钟源解决。分布式站域保护各间隔功能独立，可扩展性和开放性好。缺点是成本高，缺乏整体配合性。

三、站域保护中断路器失灵保护

站域保护控制设备除了从合并单元获取重要的信息外，其余的数据获取来自于只能够设备，包括本变电站内的所有线路保护设备、母线保护设备、变压器保护设备、监测设备，获取的信息包括方向信息，差动保护信息距离保护信息、后备保护信息、开关状态位等。因此这些信息可以进行新的保护原理的保护。

装置设有110kV断路器失灵保护功能，按母线段配置。失灵保护由失灵保护软、控制字控制；受启失灵检修不一致和相应元件电流品质异常闭锁。失灵保护由各连接元件相应保护装置的失灵启动接点（或保护跳闸接点）启动；任一断路器失灵时，该元件的失灵启动节点启动断路器失灵保护，断路器失灵保护经设定的跳母联延时和跳母线延时来跳母联和跳失灵元件所在的母线。

各元件失灵启动开入接入三跳失灵启动开入。若某元件失灵启动开入保持11s不返回，装置发告警信号，报“失灵启动开入异常”，并闭锁该失灵开入，当该失灵开入返回后再解除对它的闭锁。

考虑到主变低压侧故障而高压侧断路器失灵时，或者线路末端故障断路器失灵，母线复合电压闭锁可能会因灵敏度不够而无法开放，装置引入失灵解闭锁开入接点，当失灵解闭锁接点闭合时，解除失灵复合电压闭锁。

线路元件失灵时，失灵电流判别采用相电流和零序电流或负序电流或低功率因数元件逻辑与（其中零序、负序电流判别受CT断线闭锁）；主变失灵电流判别采用相电流和零序电流或负序电流逻辑或（其中零序、负序电流判别受CT断线闭锁），为提高主变元件三相失灵时电流判别的灵敏度，主变元件失灵也设置低功率因数元件。

低功率因数元件采用比相器算法构成低功率因数元件，其动作条件：

式中：为一相电压与电流的相角差测量值，为装置低功率因数角动作门槛，固定为70°，即低功率因数元件动作范围是：任一相电压低于10V或该相无流时，退出该相低功率因数判断。为了解决门口三相故障断路器三相失灵的灵敏度问题，在无PT断线、三相电压均低于10V且三相均有流的条件下，开放低功率因数判据。

四、站域保护控制系统在智能变电站中的应用效果

1、优化部分保护功能

主要包括：后备保护配置的优化和母线保护装置的优化两部分。站域保护控制系统通过过程层网络获取站内信息，后备保护根据获取的信息进行综合分析，快速定位及切除故障，优化了后备保护的功能。当中低电压等级设备的断路器失灵时，传统方法是依靠上级元件的后备保护延时跳闸切除故障。在站域保护中，由于各元件保护动作信息和支路电流信息均可实时获取，能够通过GOOSE网跳方式控制各路断路器，进而完成全站断路器失灵保护。对于66kV及以下电压等级的母线，通常没有装设专用的母线保护装置，母线故障主要依靠变压器中低压侧的后备保护动作来切除。利用站域保护控制系统过程层网络获取的站内信息，可对站内母线提供快速近后备保护功能。对于只装设一套主保护的设备，做到主保护的双重化配置。对于没有装设母线保护的传统低压母线，可自动获得母线保护功能。

2、提高站内安全自动控制功能

站域保护控制装置功能替代站内独立分散的低周低压减载、备自投等安全自动裝置，提升了变电站层面的安全自动控制功能。减少了保护设备及屏柜的数量，使保护室面积大幅度减小。站内数据采集采用光纤直连，跳闸采用网络出口，节约了大量电缆及光纤。同时，站域保护控制方式灵活，变电站扩建时可通过软件及时更改从而避免重复性投资。

3、推动广域保护的应用

智能变电站站域保护系统可看作是有限范围的广域保护系统。同时，也可考虑在其中预留广域通讯接口，通过该接口将本站保护的动作信息经广域通讯网络上传至广域保护主站，借此完成区域电网的集中保护功能。

结论：

基于变电站共享信息的站域保护控制技术是智能变电站研究的重点。在获取多源冗余信息量的基础上，从站内全局角度上实现综合故障处理，有助于补充改善传统继电保护的性能。是未来保护的主要发展方向。智能电网建设步伐的加快对保护装置提出了更高的要求，继电保护技术的升级是适应变革的必然举措，研究站域保护无疑将具备重要的积极效应。

参考文献：

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[2]王媛，焦彦军，马叶芝.利用本地信息实现新型站域保护方案[J].电力系统及其自动化学报，2014，（8）

[3]魏承志，王凯，文安，等.基于站域保护的简易母线研究[J].江苏电机工程，2016，35（2）

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