电力调度控制中心一体化继电保护设想

电力调度控制中心一体化继电保护设想

姚鑫

国网江西省电力有限公司横峰县供电分公司

摘要：目前对于用户侧的配电架构研究相对较少，传统用户侧已经实现模块化，标准化设计，但传统的配电架构已经无法适应高速发展的互联网社会。近年来数据中心呈几何级数新增，用户侧的配电架构比以往更加复杂，互联网的发展已经要求技术人员重新审视用户侧的配电架构。电力调度控制中心是电网公司的中枢调度机构，有着和数据中心一样的数据收集、处理、分发的功能，又有着与数据中心不同的极高可靠性、安全性的要求，负荷分级相比国标分级更加细化，有些限额供电特殊情况下，配电架构又不同以往，因此电力调度控制中心的配电架构非常复杂。文章针对电力调度控制中心一体化继电保护提出了几点构想，希望能够给相关人员以参考价值。

关键词：电力调度控制中心；一体化继电保护；可靠性

引言：为了从数据中心整体的角度提高继电保护的可靠性，将电力调度控制中心的继电保护系统性统筹设计，提出一种一体化继电保护设想。文章从整体统筹继电保护设计，用一体化机构整体控制全配电设施。根据文章的研究，证明一体化继电保护可以极大简化原电力调度控制中心继电保护策略，提高保护动作时间，保证继电保护动作选择性，进而提高供电可靠性。从中可以看出，提供一种一体化继电保护思路，为后续相关产品的开发提供一种前瞻性的思路与方向。

1.目前电力调度控制中心继电保护缺陷

1.1断路器保护原理与缺陷

继电保护和自动装置的功能是在合理的电网结构前提下，保证电力系统和电力设备的安全运行，在常规设计中，常用三段式电流保护装置。这种装置也是低压领域保护的主力军。保护通过传统的三段式反时限曲线来达到继电保护的选择性。根据前文分析，目前在中低压线路上广泛采用反时限特性来进行保护的选择性，反时限的原理如图1所示。

图1.反时限特性原理图：

通过图1可以清晰解释反时限保护特性，在k点发生短路，断路器B处短路电流大于断路器A，而反时限特性则是电流越大动作时间越短，因此B处动作时间为t2，A处动作时间为t1，因t2小于t1，所以断路器B先动作，确保了选择的正确性。实际应用中，更多采用功能更全的三段式反时限保护。这种断路器的三段保护分别为长延时保护、短延时保护、瞬时保护，三种保护均可调整整定电流大小，长延时与短延时保护还可以设置延时时间。长延时作为过负荷保护的主保护，也作为下游断路器的后备保护；短延时的作用主要是灵活设计，可以作为短路的主保护，也可以作为后备保护；瞬时保护为短路的主保护。

上下级断路器级联保护配合的选择性如图2所示：

断路器级联保护特性：

红色曲线为上级断路器，蓝色为下级，在2倍I/Ir时蓝色曲线为两条，表示根据调整不同整定时间可以达到的曲线范围。蓝色曲线呈现出3段不同形状的曲线代表长时限，短时限，瞬时的动作特征。因反时限是三段式，且2段是可调的，所以单个断路器在动作曲线上就非常复杂，加上上级开关的红色动作曲线，级联断路器的动作需要保证蓝色与红色在任意电流上曲线均不重合才能达到选择性，整定值设计非常复杂。本文仅以2个断路器的级联来阐述断路器整定的复杂性，而实际调度控制中心的配电远不止2个断路器，整定复杂，给设计人员带来巨大难度，且因建设的层面割离，整定很难做到统一。很多省级以上调度控制中心已经逐步认识到此问题，开始试点单独立项进行保护整定值的统一化。

1.2ATS原理与缺陷

ATS为双电源自动切换开关，常见于UPS前端与机房动力配电系统中，ATS原理为通过电磁机构进行两路电源的自动切换，而ATS作为末端切换开关与前端的多级电源选择机构在功能上的本质是一致的，仅所带负载范围不同。低压柜体间也有备自投装置，这些备自投装置作用也都是双路电源选择，这样双电源的选择在前端与末端存在多级选择，一般备自投的切换时间为1500ms，快切在100ms左右，而CB级ATS切换时间为1~3s，PC级ATS切换时间可以做到100ms以内，这样前端与末端ATS在切换时间上有很大重合。这样就导致当末端ATS动作时间小于前端备自投时，失电时末端ATS先切换，备自投后动作，如果ATS带自复功能时主电路复电，ATS将第二次动作，而不带自复功能的ATS此时将切换到备用电路，需要运行人员根据现场情况重新复位。这种设计缺点就是带自复功能的ATS将频繁动作从而减少ATS可靠性，而不带自复功能的ATS则增加运行人员的操作频率^[1]。

2.一体化继电保护架构

一体化继电保护除保护功能外，更多是协调整个调度控制中心的配电一体化架构，整合所有保护与自动化单元，从顶层设计优化保护配置，避免保护越级，避免自动化装置频繁动作，智能化识别运行场景，实时末端负载三相平衡，减少运维人员的工作量。通过一体化继电保护装置，机房的DCIM监控可以直接连接读取数据，大大减少原来架构的分散性。一体化继电保护装置是配电架构的主控单元，必须保证可靠性，因此必须设计冗余装置，为此提出两种设计构想，一种是主从继电保护一体化装置，主控柜与备份柜同时工作，放置于不同物理路径，当互为备份。另一种架构为分散控制架构，每一级控制单位均有主控功能，默认某个为主控单元，当此单元停止工作后，根据设计顺序，其他单元继续接管，无论采用何种架构，都将具有手动接管能力，以备不时之需。

控制单元可采用PLC编程，根据具体设计架构预先编制好保护控制策略，从整体的角度设置继电保护，控制各级保护动作时间，断路器投切顺序，并联动柴油发电机，应急发电车等自动化装置，并可以设置运行场景模式，应对峰谷差别。末端执行单元在过渡阶段可在断路器外增加机械装置，主控单元控制信号至末端操作结构执行，最终的末端控制单元将与断路器整合，形成一体化装置^[2]。

结论：

简而言之，本文从传统调控中心的配电架构进行分析，找出传统架构的薄弱环节，通过整体的角度去设计调控中心的继电保护与控制策略，最后提出一种前瞻性的配电一体化继电保护设想，希望这种设想可以为后续的产品提供一个发展的思路与方向。

参考文献：

[1]丛宝丰.数据中心限额供电下的配电架构研究[J].南方能源建设，2018，5（1）：106-112.

[2]彭敏.高压变电所电源快速切换装置的应用[J].兰州石化职业技术学院学报，2020，16（1）：27-29.