220KV智能变电站继电保护配置方案

侯世昌 白雪松

【摘要】智能变电站是智能电网发展的产物，为了提高智能变电站的建设效率和效益，国家电网公司颁布了智能变电站继电保护技术规范。本规范针对智能变电站的特点，重点介绍了继电保护系统配置原则、技术要求、信息交互以及电子式互感器、合并单元、智能控制单元等相关设备配置原则及技术要求。本文结合已投运的智能变电站运行情况，详细阐述了220 kV智能变电站继电保护系统配置方案，最后展望了智能变电站继电保护技术的发展趋势。

【关键词】智能电网;智能变电站;继电保护

1.引言

什么样的变电站算是智能变电站？采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站[1，2]。智能变电站的概念是随着智能电网概念的产生而提出的，它是智能电网的重要组成部分和关键环节，是作为智能电网的变电一环出现的，更形象的来说它是智能电网的一个最重要、最关键的“终端”，智能电网提供数据和控制对象等功能均由其承担，而且智能变电站还为智能电网的信息化、自动化、互动化提供技术基础。曾经有多个的数字化变电站采用IEC61850标准作为试点科研，为智能变电站的发展提供了经验。从目前智能电网的发展前景来看，统一规划、科学设计的智能变电站是建设坚强智能电网的重要保障。

2.智能变电站继电保护技术规范

《智能变电站继电保护技术规范》按照“统一规划、统一标准、统一建设”的原则制定。本规范完善了智能变电站继电保护的应用，加快了建设坚强智能电网的步伐，提高了智能变电站建设效率和效益。本规范只对智能变电站继电保护的特殊之处进行统一规范，除此之外还应满足国调六统一标准化设计的相关规定。本规范从指导工程应用的角度出发，是对《智能变电站技术导则》等相关规范继电保护部分的细化、补充和完善。

继电保护技术应用的研究与探索应以进一步提高保护的性能和安全可靠性为目的。不能为了智能化而智能化，继电保护的智能化必须服从保护的“选择性、快速性、灵敏性和可靠性”。

从规范看出，典型220kV电压等级的继电保护及与之相关的设备、网络等应按照双重化原则进行配置，双重化配置的继电保护也有诸多要求。

（1）每套独立的保护装置对有可能发生的所有类型的故障应都能处理。而且两套独立的保护之间不应存在任何电气联系，一套保护出现问题或退出时，另一套保护仍能正确处理故障;两套保护的采样值（电压、电流）应分别来自相互独立的合并单元;电子式互感器两套独立的二次采样系统应与双重化配置的合并单元一一对应，每路采样系统应用双A/D系统，每个合并单元输出两路数字采样值应由同一路通道进入一套保护装置。保护采用点对点直接采样，采样同步不依赖于外部时钟，本间隔的断路器位置也采用点对点方式。智能变电站可以不采用电子式互感器，继电保护装置采用就地安装方式时，就适合采用常规互感器，而且采用电缆跳闸。

（2）双重化配置保护使用的SV（GOOSE）网络也必须相互独立，当一个网络瘫痪或退出时不应影响另一个网络的运行。SV网络可以进行采样值得传输;继电保护之间闭锁、失灵启动等信息通过GOOSE网络方式传输，还有一些保护采用网络方式跳闸，间隔间的断路器位置也是采用网络方式。同一装置接入不同网络时，有可能相互干扰，因此装置内部各网络的数据接口控制器也必须完全独立。

（3）两套保护的跳闸回路应分别对应两个独立的智能终端，两个智能终端也分别对应断路器的两个跳闸线圈;对于单间隔的保护应直接跳闸，涉及多间隔的保护（母线保护）也宜直接跳闸。在特殊情况必须采用其他方式跳闸时，保护必须满足快速性和可靠性的要求。

（4）双重化的线路纵联保护也应具备两套独立的通信设备，以及自己独立的电源;两套保护的相关设备（电子式互感器、合并单元、智能终端、网络设备、跳闸线圈等）的直流电源也应一一对应。

（5）保护宜独立分散、就地安装。这对保护装置本身和运行环境都有严格要求。保护设备就地安装时，应置于开关柜、GIS汇控柜或智能控制柜内。柜内温度应介于-25℃～70℃之间。

3.220kV变电站双母线接线型式继电保护实施方案

3.1 220kV 线路保护

220KV的线路传输功率较大，并且传输距离较长，对系统安全稳定影响很大。220KV母线上线路的典型配置方案如图1所示，每回线路应配置两套不同厂家的包含有完整的主、后备保护功能的线路保护装置。配置的保护应使用主、后一体化的保护装置，合并单元、智能终端均应采用双套配置，线路上的ECT 为合并单元提供电流，母线上的EVT为母线合并单元提供电压，然后母线合并单元通过点对点方式转接给间隔合并单元。从图1中可看出，合并单元、智能终端与保护直接相连，可以实现直接采样和直接跳闸。对于启动母差失灵功能和母差保护动作远跳功能等跨间隔信息采用GOOSE网络传输方式。

图1 220kV 线路保护（单套）配置方案

3.2 母线保护

在电力系统中，母线将配电装置中的各个载流分支回路连接在一起，起着汇集、分配和传送电能的作用。母线保护按双重化进行配置，包括各间隔的合并单元、智能终端均采用双重化配置。单套保护的配置方案如图2所示。采用分布式母线保护方案时，各间隔合并单元、智能终端以点对点方式接入对应子单元。母线保护与其他保护之间的联闭锁信号（失灵启动、母联（分段）断路器过流保护启动失灵、主变保护动作解除电压闭锁等）采用GOOSE 网络传输。

图2 220kV 母线保护（单套）配置方案

3.3 变压器保护

变压器是电力系统电压升高和降低的元件，造价昂贵。为维护设备齐安全，一般会配备四种保护功能，其中220KV及其以上变压器保护要按照双重化进行配置，每套保护包含着完整的主、后备保护功能的变压器保护装置。变压器各侧都对应着各自的合并单元、智能终端。图3为主变保护（单套）配置方案。从图中可以看出，变压器保护也是直接采样，直接跳闸。变压器保护跳母联、分段断路器及闭锁备自投、启失灵等可采用GOOSE网络方式，此方式还可接收来自失灵和母差屏的跳闸命令。非电量保护是就地直接电缆跳闸，单套配置，就地布置，变压器本体智能终端负责将非电量动作报文和调档及接地刀闸控制信息上传至GOOSE网络。

图3 220kV 主变保护（单套）配置方案

3.4 220kV 母联（分段）保护

母联（分段）保护与线路保护类似，而且结构更为简单。跳闸方式与线路保护一样，通过相互独立的GOOSE网络和SV网络实现跨间隔的数据传输。

最后，对于220kV及以上变电站，为了防止同一设备跨不同电压等级网络，防止同一设备跨接双网，按电压等级和网络配置故障录波装置和网络报文记录分析装置。为了便于事故分析，主变宜单独配置故障录波器。当SV或GOOSE接入量较多时单个网络可配置多台装置。存在故障录波装置和网络报文记录分析装置跨接不同电压等级问题时，应采用独立的数据接口控制器。

4.结束语

智能变电站是数字化变电站的升级和发展，数字化变电站的功能是智能变电站发展的基础。与数字变电站相比，智能变电站能够完成比数字变电站范围更宽、层次更深、结构更复杂的信息采集和信息处理。智能变电站设备具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征，符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。智能变电站技术方案不仅很好的解决了数字变电站所存在的诸多缺陷，同时消除了变电站内的信息孤岛，提供了统一断面全景数据采集，为电网的智能化打下了良好的信息基础，为智能电网的分析、决策系统提供了信息及功能支撑[3]。智能变电站是变电站自动化技术的发展必然趋势。智能变电站是智能电网建设的核心环节，基于以上背景和思考，有必要开展对智能变电站新技术条件下继电保护的新原理、组织模式、架构体系的研究，解决智能变电站技术发展、实施及推广过程中关键性技术要素和难点，满足电网安全稳定运行对于继电保护专业的要求，确保继电保护专业技术发展方向的正确性、科学性以及前瞻性[4]！

参考文献

[1]国家电网公司.智能变电站继电保护技术规范：Q/GDW441-

2010 [S/OL].[2010-04-27].

[2]国家电网公司.110（66）kV～220 kV智能变电站设计规范： Q/GDW393-2009[S].北京：中国电力出版社，2010.

[3]王翀.500kV智能变电站的设计方案研究[D].华北电力大学硕士论文，2011，06.

[4]陈翔，张靓.基于智能变电站继电保护技术研究[J].电源技术应用，2013（3）.