数字化变电站继电保护配置方案

1、5数字化变电站继电保护配置方案5.1继电保护概述在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电力式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电力元件计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术式由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电

2、保护装置一词则指各种具体的装置。继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。5.2数字化变电站对继电保护的影响 数字化变电站可分为过程层、间隔层和站控层，分别

3、实现不同的功能。过程层设备主要包括电子式电流互感器（electronic current transformer，ECT）、电子式电压互感器（electronic voltage transformer，EVT）、智能开关、智能变压器等智能一次设备。目前采用常规开关加智能操作箱的过渡方案，也属于过程层。过程层设备具有自检测、自描述功能。通过过程层网络给间隔层设备提供一次设备信息，接受间隔层设备的控制命令。间隔层设备包括保护及测控设备、测量表计等。站控层设备包括管理机、远动工作站、监控系统等，主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，记录变电站内的相关信息，同时，可将站内信息转化为远动和

4、集控设备所能接受的协议规范，实现监控中心远方控制。站控层设备建立在 IEC 61850 的模型基础上，具有面向对象的统一数据建模。 数字化变电站对继电保护的影响主要体现在两个方面： （1）简化二次接线设计。 ECT 和 EVT 实现了数字化输出，并借助光纤传输，不仅增强了抗干扰能力，也完全摒弃了传统互感器的二次交流回路，不再有二次回路开路及短路接地的传统概念，真正实现了一、二次系统之间的电气隔离。由于智能开关的应用，现场执行机构的控制与主控室的保护及测控设备之间已没有直接的电联系，现场的智能开关单元作为终端设备接受并执行控制命令，各单元之间界限分明，可减少现场继保工作人员误接线、误触碰等情况，

5、同时也可简化断路器控制回路的二次接线设计，减少继电保护装置的 I/O 插件。 （2）简化变电站继电保护的配置。由于面向变电站事件的通用对象（generic object oriented substation event，GOOSE）通信技术的应用，可以实现同一标准平台上的实时信息数据共享，从而简化了继电保护的配置。5.3数字化变电站继电保护配置特点继电保护的 GOOSE需求分析电力系统继电保护有4个基本要求,即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。其中选择性和灵敏性与继电保护系统(包括量测和保护通信)相关,GOOSE主要影响继电保护的速动性和可靠性。在相同的一次、二次设备条件下,与传统保护接点直接

6、跳闸方式相比,继电保护采用GOOSE报文经网络发信给智能操作箱的方式增加了中间环节,保护总动作时间有所延长,关键在于这段延时能否稳定地控制在一定的时间范围内。采用 GOOSE 后 ,继电保护通过网络传输跳闸和相互之间的启动闭锁信号。与传统回路方式相比 ,可靠性主要体现在网络的可靠性和运行检修及扩建的安全性上。5.3.2 分布式保护和控制主保护由多功能的保护装置提供，所采用的保护元件、逻辑由保护装置的功能和用户所选择的保护逻辑确定。后备保护选用取决于系统元件或设备的重要性，可选用近后备或远后备原则，在高压输电网络系统一般采取两套主保护方案。变电站内唯一需要集中的保护设备是母差保护，基于分布式保护

7、应用的局域网，可以利用多功能IED方向检测功能构成新型母线保护方案。分布式母差保护方案基于对等通信方式的GOOSE信息传输机制，小于1周波的快速方向检测。如果信息表示反向故障或无故障，并且没有任何正方向故障的判别，母线保护元件判断为母线故障，向所有该母线上的元件发出跳闸命令信号。为了保护所有的出线IED有足够的时间判断故障，需要有一定的时延。连接在母线上的所有IED在这种应用模式下作为信息发送端，而间隔层计算机或可编程逻辑控制器PLC（programmable logic controller）作为信息接收端，见下图5-1。PIED母线保护PIEDPIEDPIEDPIED 图5-1母线故障时的

8、GOOSE信息传送示意图以220kV线路保护要求双重化配置为例，即配置两套相互独立的全线速动保护，这就需要两套相互独立的合并单元为同一条线路的不同220kv线路保护提供电流电压信号，并且要求两个合并单元使用不同的电流传感器及电压传感器(如下图5-2所示)。GIS开关一次转换器(Rogowski线圈电容分压器等一次转换器(Rogowski线圈电容分压器等A/DA/DA/DFPGAA/DA/DA/DFPGA保护数据合并单元保护1测量数据合并单元测控/电能表保护数据合并单元保护2图5-2电子式互感器接入保护装置设计方案5.4保护配置方案数字化变电站是变电站综合自动化技术的发展方向，其基本特征包括采用

9、电子式互感器和智能开关实现设备智能化、采用光纤通信替代二次电缆实现信息传输网络化以及按照IEC61850标准实现信息模型、通信协议标准变化。目前的数字化变电站保护配置方案可以分为常规保护配置方案和系统保护配置方案：（1）常规保护配置方案和采用常规互感器时的保护配置一样，按对象进行配置，如主变保护、线路保护、母线保护、开关保护等。将原来保护装置的交流量输入插件更换为数据采集光纤通信接口，I/O接口插件换为GOOSE光纤通信接口，CPU插件的模拟量处理更换为通信接口处理。原来的操作插件转移到智能操作箱上，保留部分开入作为压板投退，开出的压板投退取消或转移到智能操作箱上。（2）系统保护配置方案采用双

10、重化配置原则，每一套系统保护装置都可以完成全站所有设备的继电保护功能，同时可以完成测控功能。每一套系统保护都包括所有主变、线路及母线的保护与测控等，保护在原理上两套完全一样，可互为备用，可独立投退。5.4.1常规保护配置方案（如下图5-3）（1）常规保护配置方案和采用常规互感器的保护配置一样,按对象进行配置,如主变保护、线路保护、母线保护、开关保护等（2）将原来保护装置的交流量输入插件更换为数据采集光纤通信接口，I/O接口插件换为GOOSE光纤通信接口，CPU插件模拟量处理更换为通信接口处理。（3）原来的操作插件转移到智能操作箱上，保留部分开入作为压板投退取消或转移到智能操作箱上。主保护线路保

11、护母线保护智能操作箱MU常规开关电子式互感器智能操作箱常规开关MU电子式互感器图5-3常规保护配置5.4.2系统保护配置方案（如下图5-4）（1）系统保护配置方案采用双重化配置原则，每一套系统保护装置都可以完成全站所有设备的继电保护功能，同时可以完成测控功能。（2）每一套系统保护都包括所有主变、线路及母线的保护与测控等，保护在原理上两套完全一样，可互为备用，可独立投退。电子式互感器MU智能操作箱智能操作箱MU常规开关电子式互感器常规开关系统保护及测控2系统保护及测控1 图5-4系统保护配置5.4.3保护配置方案比较与常规保护配置方案比较，系统保护配置方案可以保护多个对象元件，将信息共享综合利用，设备数量少，网络结构简单，但目前还缺少运行经验。表5-1 保护配置方案比较比较内容常规保护配置系统保护配置保护对象单个元件多个元件保护逻辑是否改变否是是否需要动模试验、试运行否是运行经验是否丰富是否信息共享综合利用否是网络结构复杂是否设备数量多少系统保护配置方案对保护配置进行了一次全面的改革，多套保护功能运行于一套装置内，便于系统分析故障行为及全站信息集中共享，有利于进行综合判断。该方案保护装置的数量很少，站控层的网络结构简单，但对保护装置的要求高。另外，由于运行经验少，现场运行调试人员对此方