智能变电站区域化保护应用研究

刘兴勇 吕昕昕 卢卓群 李阔 宋丹 王琢 刘丹 贾悦

摘 要：针对传统66kV变电站低压配线无母差保护、失灵保护，供电可靠性低的问题，文章研究了区域化保护网络共享平台，及支持该平台的新型网络交换技术，有效遏制了潜在的大规模电力系统连锁故障的风险，提高了系统功角、电压稳定性及供电可靠性。并将区域化保护应用于马山220kV智能变电站，实践证明了区域化保护模式具有较高的实用性和优越性。

关键词：智能变电站；区域化；网络共享

中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）20-0155-03

Abstract： In view of the problems of low voltage distribution line protection without bus difference， failure protection and low reliability of power supply in traditional 66kV substation， this paper studies the regionalization protection network sharing platform and the new network switching technology that supports this platform. It effectively restrains the risk of potential large-scale power system cascading faults， and improves the power angle， voltage stability and power supply reliability of the system. The regionalization protection is applied to the 220kV intelligent substation in Mashan. The practice shows that the regionalization protection mode has higher practicability and superiority.

Keywords： intelligent substation； regionalization； network sharing

1 概述

目前，大多变电站66kV系统无快速主保护，后备保护定值整定和配合困难，线路末端故障时，只能依靠距离II段延时切除故障。运行方式变化容易引起误动作；66kV系统无失灵保护，断路器失灵时只能依赖后备保护切除故障，故障切除时间长，故障可能被发展、扩大；66kV主变保护单重化，保护拒动风险远大于220kV及以上系统，从而导致后备保护越级跳闸风险加大。

针对上述问题，本文研究了覆盖区域电网、具有同步性、实时性、可靠性及共享能力的区域化保护网络共享平台，及支持该平台的新型网络交换技术。并将区域化保护应用于马山220kV智能变电站66kV系统，提高了区域电网的供电可靠性。

2 广域保护系统

广域保护系统是指在变电站中广域测量系统和常规保护系统相互配合，对区域电网故障进行快速、可靠、精确的切除，并且对故障切除后或经受大扰动后进行安全分析。必要时采取相应措施，防止系统发生大范围或区域电网停电。

区域保护系统的核心思想是简化调度自动化系统纵向结构，变电站层面仅负责采集和执行，在区域电网调度层面基于实时全景信息，集中实现智能化保护、控制、测量、监视、计量等功能。

区域化保护近年来展开了广泛的研究，220kV及以上的智能变电站由于具有完备的母差、失灵保护，保护装置均为双重化配置。因此，在220kV及以上变电站没有实施区域化保护的必要性。66kV及以下的智能变电站， 低压配出线（10kV）没有母差和断路器失灵保护，供电可靠性差，有实施区域化保护的必要。在66kV及以下智能变电站都实现站域保护的基础上，将每个变电站的站域保护通过通讯设备联系起来，就能够实现线路全线速动保护（多端纵差保护），实现远后备的功能。这样就解决了66kV线路带多个不同容量变电站保护配置无法选择等问题，保证了区域电网供电的可靠性。

3 区域化保护在变电站中的应用

为检验区域化保护在智能变电站中的性能，辽宁省朝阳供电公司构建了以马山智能变电站为中心站的66kV区域化保护系统。区域化保护电气网络拓扑图，如图1所示。

区域化保护的范围为图1中红色互感器所包含的部分，包含两个220kV站（马山站、柏山站）和六个66kV站（联合变、木头城子变、东大道变、枣山变、长在变、北四家子变）。

3.1 区域化保护系统构架

区域化保护系统包含三层结构，分别为就地层、网络层和控保层。通过现有专用光纤和SDH网络，将就地层的信息上传到控保层，将区域范围内的保护功能集中实现。区域化保护系统结构图，如图2所示：

（1）控保层配置：配置2套区域化保护装置，一台装置运行，一台装置热备用。采用IEEE-1588对时的方式实现区域内综合智能单元的同步。

（2）网络层配置：配置1台交换机和数据转换装置，来实现控保层设备和综合智能單元数据的接入和SDH到以太网数据的转换。

（3）就地层配置：配置综合智能单元，完成区域内数据的实时采集和上送，并负责接收和执行控保层下发的控制命令。

（4）网络同步方案：采用现有的SDH网络同步，配置一套数据转换装置，实现区域内综合智能单元的数据同步和转发功能，同步方案沿用保护装置的乒乓算法，以马山站综合智能单元为主时钟同步对侧数据。

3.2 区域化保护系统实现的功能

区域化保护系统能够实现66kV线路差动、距离和过流保护，及区域差动保护、母线保护、主变保护、自适应后备保护和安全控制等功能。具体功能如下：

（1）元件差动保护：包括66kV线路差动（含多端差

动）、母线差动和主变差动。

（2）区域差动保护：计算本间隔已连接元件的电流，完成差动保护功能，动作后第一时间跳中心开关，第二时间跳该开关当前状况下所连接的元件的开关。自适应差动保护替代了传统保护体系中的阶段式保护及断路器失灵保护、死区保护。

a.阶段式保护：在相邻间隔发生故障并且主保护未动作情况下，由自适应差动保护的第二实现切除故障，作为相邻间隔的主保护。

b.失灵保护：当线路本间隔发生故障断路器失灵，装置检测到第一时间跳开开关后故障电流仍存在，则判定断路器失灵，由自适应母差保护第二时限跳开本间隔相关的断路器，切除故障。

c.死区保护：对于断路器与互感器之间的死区，及各种设备检修情况下出现的保护死区，都可以通过自适应差动保护实现故障切除。

（3）66kV低周减载功能：取马山变66kV母线电压，完成一段66kV母线的低周减载功能。低周减载实施方案：取马山变66kV母线电压，设有六个基本轮，完成电网在不同频率定值时经不同延时来切除相应负荷；同时设有三个特殊轮，来防止基本轮动作后，频率长期低于正常水平；两个加速轮，用于频率快速下降时，加速切除负荷，防止系统崩溃。

（4）区域备自投：区域保护范围中仅

66kV木头城子变具备多个电源，有备自投条件，其他站不具备备自投条件。可设置木头城子站失压备自投。马山站区域保护中木头城子站作为联络变电站，可配置区域备自投装置。备投根据马山站、木头城子站和柏山站三个变电站的电气连接机拓扑关系，识别区域电网的运行方式，自适应的选择对应的备自投方式。

（5）后备保护定值自适应：Ⅲ段保护自动缩短延时。

3.3 区域化保护系统实现的效果

（1）采用区域保护控制方案，简化了变电站保护设备，使变电站建筑面积和变电站占地面积都大幅度减少。

（2）区域保护控制系统实现继电保护功能与安全稳定控制功能协调配合，改善现有继电保护性能和安全稳定控制水平，提高系统运行的安全性和可靠性。

（3）区域主保护全部采用原理简单、性能可靠的差动保护，解决了常规保护整定困难、配合困难的问题，提高了保护的选择性和灵敏性。

（4）区域后备保护采用动态自适应技术，实现保护范围的动态自适应和定值免整定，适应电网分布式能源的接入、环网运行等各种电网网运行方式，提高电网的智能化程度。

（5）区域电网智能自愈、安全稳定控制的应用，实现了在区域内对负荷转供、低频减载、联机切负荷、备自投等功能的自由组合。

4 结束语

本文介绍了智能变电站区域化保护的应用。采用区域保护控制方案，变电站只需配置就地采集和执行单元，站内设备数量大幅度减少，显著减少变电站建筑面积。简化了网络结构，提高了变电站自动化系统的可靠性。区域化保护系统的实施将改善现有继电保护性能和安全稳定控制水平，提高系统运行的安全性和可靠性。

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