浅析智能变电站技术

安英豪?陈士河

[摘 要]本文首先介绍了智能变电站的主要技术特点和创新概念，阐明了站域保护的功能迁移实现原理，将高压线路并联电抗器电流引入线路保护，形成了智能变电站带并联电抗器线路保护的新方案。

[关键词]站域保护；智能变电站；电力系统

智能变电站是智能电网建设的重要节点之一，自《智能变电站技术导则》系列标准制定以来，中国的智能变电站建设走在了世界的前列。智能变电站具有信息数字化、功能互动化、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。智能变电站的特点就是一次设备智能化，二次设备网络化，信息一体化和高级应用普遍化。智能变电站结合了多个专业的新兴技术，如智能设备、先进的传感器技术、信息标准接口和信息平台、坚强可靠通信技术、物联网技术等，它的建成投运，可大幅提高设备的智能化水平和运行可靠性，提高了资源使用和生产管理效率，使运行更加经济、节能和环保。

一、智能变电站的技术特点

智能变电站避免了一次、二次设备的概念，智能变电站遵循统一建模，信息化数据平台、通信过程都是标准化的。智能设备具有高可靠性，主要设备有在线检测功能，实现全寿命周期管理。数字化变电站有两大应用超越了普通变电站，即：电子式互感器和IEC61850标准的使用，优化了站内设备的安全性、测量精度和互操作性。智能变电站继承了数字化变电站的相关技术，智能变电站是变电站整体技术的跨越。智能变电站的几个创新概念为：

“智能设备”不但具有传输和分配电能的主设备本体，还具有测量、控制、保护、计量等功能，其不再强调传统的一、二次设备划分，各功能的物理形态以智能组件方式体现。智能设备是一次设备和智能组建的有机集合。智能组件是原来二次设备的统称，其功能由一个或多个功能单元完成，其表现形式可以是：测控装置、保护装置、测控保护装置、状态监测装置、智能终端、MU等。也可以是几个装置的集合，如GIS汇控柜、屏柜等。

当前智能变电站的保护配置并没有利用智能变电站的一些技术优势对后备保护进行优化，仍然存在传统的后备保护所固有的缺陷：通过定值和时间的配合来保证选择性，动作速度慢；每一元件均配置多种后备保护，保护系统结构复杂，设备投资高。展望未来智能变电站的发展，为了提高继电保护的自动化水平、提高继电保护的可靠性，有必要提出新一代智能变电站继电保护的配置方案。新一代智能变电站继电保护系统的架构和配置新一代智能变电站继电保护配置方案中，将变电站继电保护系统分成三层：就地保护层、站域保护层和广域保护层。

二、站域保护的功能及实现方式

1.站域保护功能。由于智能变电站采用IEC61850规约通信，能够很容易地实现全站信息共享。智能变电站内站域保护收集全站内所有间隔的电压、电流及断路器、刀闸位置实时信息，可为变电站内所有一次设备提供集中的近后备保护，即具备线路近后备、母联后备、母线后备、断路器失灵后备和主变后备等保护功能。这些保护功能的体现是一个个独立的功能模块，模块之间通过站域保护的整体逻辑来相互配合，配合关系与传统的继电保护类似，但站域保护不与就地保护有功能和定值上的配合关系。

2.站域保护硬件配置方案。每套站域保护由数据采集及计算模块、故障位置判别模块、保护跳闸决策模块等3个功能模块组成，由于智能变电站能够共享全站信息，站域保护可方便地通过过程层网络收集全站内所有间隔的电压、电流、断路器和刀闸位置的实时信息，可更好地改进继电保护现有原理算法，对现有后备保护功能进行补充，可解决同杆双回线保护所存在的各类难题，并可对带并联电抗器线路故障进行判别。

三、改进的双回线线路保护方案

智能变电站的信息共享性为双回线保护原理的优化提供了最有利的支持。共享两回线信息的双回线路保护可解决传统保护中所存在的难题，具体方法如下。跨线故障保护选相，由于共享了两回线的交流信息，保护可采用六序分量原理实现准确选相，也可以共享双回线的差动继电器动作信息实现后备保护的辅助选相；双回线路纵联零序保护易受零序互感影响而误动，在共享双回线信息后可综合两回线信息进行故障判别，可采用邻线故障信息闭锁本线纵联零序的方案防止其误动；阻抗继电器动作范围受邻线运行方式影响大，容易超越或拒动，此处可采用邻线零序电流补偿方案实现阻抗的准确测量。同时保护还可收集两回线开关位置、接地刀闸等信息，实时判别邻线运行状态，实现距离I段定值的自适应调整；两回线的保护独立完成自适应重合闸功能相当困难，在获得邻线的电气量和保护跳闸信息后能采用更多的新方法实现故障性质准确判别。

四、站域保护的功能迁移实现原理

1.线路间隔。当间隔2的电子式互感器失效，间隔2的电流无效，但是间隔1、间隔3、间隔Q的电流有效，且满足基尔霍夫定律。将间隔1、间隔3电流合成，形成一个新的虚拟间隔P，令IP=-（I1+I3），那么母线和线路无故障，则IP+IQ=0，否则不为零。从通过虚拟间隔P与间隔Q保护动作逻辑的配合方式来保护线路和母线。为缩小保护切除范围，此站域保护中的纵联保护判出故障后可先切除间隔2的开关，此后的保护逻辑即退化成正常的母线保护和线路保护逻辑。

2.变压器间隔。当电子式互感器失效，变压器高压侧M的电流无效，但是间隔1、间隔2、低压侧Q的电流有效，同样满足基尔霍夫定律。将间隔1、间隔3电流合成，形成一个新的虚拟间隔P，令IP=-（I1+I3），那么母线和变压器无故障，则IP+IQ=0，否则不为零。通过虚拟间隔P与间隔Q的差动保护的方式来保护变压器和母线。為保护变压器此时首先切除变压器高低压侧开关，此后的保护逻辑即退化成正常的母线保护。

总之，站域保护通过过程层网络同时引入两回线路的电流、电压量，结合就地线路的主保护功能，可解决现有变电站中双回线保护所存在的各类困难和问题。站域保护利用反序网络中母线电压为零的特点，从线路两侧往故障点计算沿线电压，利用由两侧计算所得故障点电压必须相等的特点建立测距方程，可以解决单端量或双端量故障测距原理都受双回线间零序互感的影响而无法实现准确测距的缺陷。通过站域保护所获取的信息量，可弥补电子式互感器等一次设备异常时造成的该间隔保护功能的缺失，达到快速切除故障的目的。

参考文献：

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[2] 何世恩，刘峻.IEC 61850数字化变电站对继电保护专业的影响[J]. 电力系统保护与控制. 2009（03） ） .