《10KV供电系统的继电保护方案设计》7300字（论文）

KV供电系统的继电保护方案设计摘要：本论文针对智能变电站及继电保护技术展开具体研究与分析，从智能变电站继电保护涵义入手，探索智能变电站展现的技术特点与关键部分技术要点，研究变压器继电保护，线路保护与母联保护。其次通过分析目前我国电力系统运行过程中存在的一些问题，提出了智能变电站继电保护装置自动化的概念，明确了其重要意义；论述了智能变电站继电保护自动化技术发展方向。同时，就电气安全类型分配问题，对智能变电站如何运用新型继电保护技术进行了深入探究，其中包括保护装置设计，保护装置程序化操作等智能变电站继电保护分配问题，存在常规继电保护分配方案与系统继电保护分配方案两种情况，并对智能变电站继电保护分配特点进行了概述。最后，，以其自动化实现为目标，设计了10kV供电系统一次接线方式，其中包括二次系统设计要求以及继电保护模块设计搭建等，文章分别从原理，实现方式等方面进行深入阐述，与此同时，相关应用投入使得智能继电保护自动化程度以及智能水平获得更深一步提升。关键词：智能继电保护；IEC61850；保护设计目录TOC\o"1-3"\h\u15258一、引言 332386二、智能变电站继电保护原理探究 311570（一）智能变电站及其继电保护装置 311928（二）继电保护原理在智能变电站中的运用 4263601.智能变电站实时仿真体系 464792.智能继电保护测试仪 531825三、智能变电站继电保护设计方案 632743（一）智能变电站保护配置 6243861.保护装置的设计 6294472.保护装置的程序化操作 64522（二）智能变电站保护配置方案 865591.常规保护配置方案 8166622.系统保护配置方案 83038四、总结 910861参考文献 10一、引言电网建设作为我国社会生产与生活中的关键项目，随着我国能源网络建设不断深入，能源需求也日益增加，新技术日益发展与革新的今天，继电保护装置的有效监控弱化了传统能源系统抗干扰能力，给电网安全平稳运行带来严重挑战，其实质就是能源系统中仅次于系统的主要部分——发电厂能量，通过一系列电力设备元件转换并输送高压电，从而实现电能向不同电气设备转换现场安全平稳输送。随着电压等级的提高，变电站数量增多，主变压器的故障率也随之增加，特别是主变及充油设备，一旦发生事故，会造成严重的后果，甚至威胁人身和财产的安全，给国家的经济带来重大损失，影响整个系统安全。因此，如何保证其运行的安全性、可靠性及稳定性已成为保障高压电网安全稳定运行的关键。而变电站作为电力系统中非常重要的部分，其正常工作能够保障整个电力系统安全、可靠、经济运行。因此，本文就针对高压输电线路保护装置以及相应的改造方案展开分析论述。以供参考。不论从哪一个角度讲，它都对电网中同类主变保护系统相关的研究设计与实现提供了参考依据，在实际工程应用中同样有着重要意义。当前，化工企业自动化发展的趋势，一方面是有效地提升化工企业本身的经济效益和社会效益，另一方面也是企业增加对于电能需求。二、智能变电站继电保护原理探究（一）智能变电站及其继电保护装置智能变电站主要具有以下几种技术特点：（1）全站信息数字化。全站信息数字化是指要实现一次和二次设备间数据交换不再依赖像传统变电站那样的电力电缆，并且这种数据交换仍可以有双向实时通讯。随着电力技术不断发展以及智能化电网建设步伐加快，智能变电站将成为未来变电站发展方向。其不仅可以提高供电可靠性和安全性，而且可使运行维护工作变得更加简便高效。同时也节省了大量投资。真正智能变电站也使用电子式互感器（ECT），具有不产生饱和现象和其他引起保护装置拒动或误动的优点。（2）通信平台网络化。最为直接的表现就是将传统变电站简单的MMS网络改为三层两网组网结构。全站范围内的三遥数据都是由光纤或网线传送的，据实例介绍，过去为了达到母差保护的目的，多少回线，就要用多少回线的电力电缆点对点地连接，在智能变电站里，仅需2条网线即可取代原有的大量布线工作。随着通信技术以及计算机技术的发展，越来越多的应用于电力领域。在此背景下，本文主要介绍了基于IEC61850标准的智能变电站综合自动化系统。一方面可以有效减少智能变电站建设与运维成本，另一方面对于二次设备运行可靠性具有显着提高。（3）信息共享标准化。传统变电站具有十分明显的缺点，即各个厂商或同一厂商在不同时间内产品间的通信具有较大程度上的不相容性，有时还需额外增加规约转换装置来进行不同装置间的通信，这一方面对于网络结构来说比较复杂，另一方面网络结构可靠性较差，经常会出现故障信号迟延或者乱发信件的情况。为了解决这些问题，本文提出一种基于IEC61850标准化规约的通信系统方案。该方案能够有效地提高网络信息传输效率和安全性。IEC61850标准规约较好的解决了有关问题，各个厂商均以同一标准协议进行设备生产，同一通讯协议中各个厂商基本上可以实现无缝衔接，通讯可靠性得到很大提高。（4）智能应用互动化。例如智能告警，数据辨析，智能录波器，二次设备的状态监测等等。由于这些智能应用的实现，需要各个装置间进行可靠的、高效的通信。传统变电站以电力电缆为传输媒介进行数据传输，从实质上看各设备均为数据孤岛，不可能做到方便、快捷、稳定、有效地交换数据。随着电力技术不断发展和成熟,IEC61850标准被引入到智能电网中，将其与变电站进行无缝集成成为必然的趋势。这也为实现智能变电站提供了可能。智能变电站本质上的结构决定了设备间可以进行高效通讯，可以通过单纯的光纤来进行海量数据传输。（二）继电保护原理在智能变电站中的运用系统硬件上选用高性能高可靠性嵌入式CPU与DSP,分层分布式实时数据通信与处理。该计算机系统已成功地应用于工业采矿机中，并得到用户的认可与好评，同时也为其它相关领域提供有力的技术支持。系统硬件设计根据实际的应用需求进行了优化设计；数据通信采用具有专利特征的基于HTM内部高速通信总线。分布式I/O设备采用以太网，光纤通信技术以及CAN总线技术来实现。本课题研制了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的矿山安全监测与预警一体化监控系统。并成功地将其用于某大型露天矿山生产中。取得了良好的效果。本设备采用双数据采集与保护计算方案。1.智能变电站实时仿真体系故障仿真系统是否可靠，完整，是检验继电保护系统是否合格的首要考虑。本文从实际需求出发，提出了基于SV（可恢复二极管）原理的继电保护系统故障仿真器设计方法，并给出了具体设计方案及相关电路模块的分析与验证结果。故障模拟具有故障场景的多样性、模拟测试过程简单以及无需外部接口等特点。目前,SV取样主要用于对基础木材等材料的检测，无法满足现场使用需求，因此需要采用直接取样方式。经数据测试检验及实际应用证明，该智能变电站继电保护测试仪能满足以上需求，可以参考自动测试系统中恢复故障模拟子系统进行测试。最后，论文对课题进行总结，指出了下一步研究工作方向和展望。本文设计的基于IEC61850标准的智能变电站保护装置测试软件具有通用性好、扩展性强等优点。在今后可以推广使用。本试验选用自动测试故障模拟子系统为北京波浪电力公司PNF-1型智能变电站继电保护中计。2.智能继电保护测试仪自动测试系统设计之初，测试人员一定要有及时合理的测试用例，并且能够广泛应用于现实。传统的测试方式需要对每个功能都配置相应的测试软件来实现。这样会占用大量时间，并且还容易出错。而采用自动化测试工具则可大大减少测试工作量，提高工作效率。在设计阶段,ATS（系统）所提供的测试用例的有效性和合理性将直接影响到测试人员对整个系统运行情况的了解程度以及选择合适的测试选项。测试用例通过一定的测试方法来验证其正确性和可行性，从而判断出可能出现的故障或缺陷，并对这些故障或缺陷进行分析，找出原因，提出改进措施，以便于采取更有针对性的措施解决问题，减少损失，增加收益，提高企业的效益，增加企业的可能性。因此，在实际应用中需要对变电站继电保护装置进行测试。自动测试用例由两大部分组成：一部分是对软件的总体结构、功能及性能等方面的测试，另一部分是对错误应用统计和预期结果分析的测试。错误模型是基于逻辑的测试方法中一个重要的组成部分，它为自动测试系统设计提供了基础。在测试过程中。为了实现对所有可能发生错误的风险进行评估，需要建立正确的错误模型。组成失效施加的两部分一般是用来修改用例中固定值或者检测继电器，同时将压力板抛出回去。错误参数是一个重要因素。如不同种类错误参数，用例错误模拟值和切换次数等均对测试结果有影响。IEC61850中配置信息以及不同资料的介入对测试结果均有影响。三、智能变电站继电保护设计方案（一）智能变电站保护配置1.保护装置的设计智能变电站防护装置采用IEC

61850通信统一标准，具有SMV,

MMS,

GOOSE

3项核心功能。SMV的主要功能是传递采样值给过程层；GOOSE的主要功能是进行数据交换，是对传统变电站二次设计的补充和完善；从保护配置上看,GOOSE由三部分组成：现场总线系统（RTU）、站内监控单元（BAS）和间隔层信息传输通道（SCD）。本文讨论其中的第一部分。MMS则负责与后台设备进行数据交互和管理，其核心部分为驱动控制层。对系统的各个模块都有详细介绍。变电站中的继电保护装置一般包括：后板端子、屏蔽柜和端子排。安全卡的安装与否需结合实际进行选择。端子排及二次电缆在屏柜中的布置方式对整个智能变电站具有重要影响,GOOSE功能的实现主要通过二次回路连接和GOOSE网络通信链接来实现。本文在分析智能变电站特点及现有技术的基础上，提出了一种基于IEC60870-5-104标准的新型智能化变电站GOOSE网络设计方案。二级设备制造商根据自己的需求进行开发并提供相应的产品，用户只需在网站上输入相关信息即可获得所需要的产品，同时也可通过网站上的GOOSE终端界定出与之对应的设计院或厂家，从而实现对整个GOOSE网络的控制。设备生产厂家将其设计文件,GOOSE配置文件以及变电站SCD文件发送给设备生产厂家。GOOSE网络连接到SCD文件的设备端。而GOOSE则是为保护提供故障信息并对其进行监视和处理，这是间隔层到站控层的另一个部分。在本文中介绍了如何利用GOOSE网络通信技术来解决上述问题。上述数据传输过程说明采用GOOSE网络会明显降低二次电缆用量。既简化设计又节约建设及运行成本，有效地减少板柜间布线数量，又减轻现场建设及调试工作量，对缩短变电站建设时间大有裨益。2.保护装置的程序化操作传统变电站要求2名操作人员对继电保护设备压力板进行操作时，操作人员要对压力板进行验算，验算结束后监护仪要验算压力板进入工作状态。一般情况下，运行一张纸张需1～2

min,但多张纸张的处理需反复运行，这不仅降低了工作效率，也易发生运行错误，而智能变电站是以IEC61850通信规约作为规范。软压板能够实现变电站继电器常规保护全部功能，对二次设备进行程序管理与操作，并能同时对多台软板进行后台运行。本实用新型能够有效减少作业的时间，避免作业不规范。1）分布式母线保护变电站不同电压区间以母线为主。它承担着传输电能的重要任务。传统母线保护不但接线最为复杂，且涉及范围广，不便于延伸。而分布式母线保护则可以解决以上问题。分布式母线保护装置包括两个层次：1.智能单元；2.数据处理单元（DCU），两者都是基于IEEE-61850协议设计的。其先决条件是有处理层间隔，分散，加工作用。分布式母线由于其结构简单、维护方便、成本较低、运行可靠且具有良好的一致性等优点而被广泛应用于各种需要通信功能的变电站系统中。为能达到以上的要求，因而有许多的要求。配电中主要采用的设备有：变电站母线保护装置、输出继电器、双电压锁定装置和母线差动保护逻辑等。母线保护有分段执行的作用，但是跳跃成本区间断路器仅为1台，基本为集中保护。不具备保护功能。其中包括：1.可靠性；2.实时性；3.灵敏性；4.选择性；5.可扩充性等。本文着重讨论了以上几个方面的问题。中央处理单元（CPU）和区间单元（间隔单元）之间的通讯连接在分布式母线保护中占有重要地位。2）主变压器智能保护按照相关条款，智能变电站变压器保护应该配置成设备保护一体化，备用保护可以配置成监控一体化。智能变电站的安防设备可以是一个独立的设备，也可以是多个设备的组合，如：变压器保护中的合并单元（MU）与智能终端之间采用双配置方式；当发生故障时，通过采集中性点电流或间隙电流来判断是否需要对MU进行变压器保护，然后利用直接采样法检测到的断路器动作信息，结合分段断路器上的锁紧装置将其连接到GOOSE网络中,GOOSE网络根据接收到的故障保护指令实现断路器停机功能；本发明将故障保护与断路器结合起来，利用智能变电站内的变压器单元采集到的电流和电压信号进行分析处理，并通过SV网络传输给用户；此外,

SV网络的数据并不发送给安全端以确保对信号直接采样功能。同时还对高压侧与低压配电网间设置隔离开关或接地刀闸等安全措施提出了具体要求；并建议将所有开关柜都安装有视频监视装置。此外还介绍了相关标准及实施情况。除了GOOSE网络之外，还在高低压侧设置智能卡钳与变压器保护相连，安全设备由智能终端直接开关。3）输电线路智能保护智能变电站线路保护中，变电站测量，控制及安全功能被整合到单个区间进行配置。在线路保护中增加了直接采样和即时关机功能。在IEC61850标准下,GOOSE网络由两个独立的子站组成，每个子站都具有相同的通信方式，即现场总线（FF）技术。GOOSE网络应用于断路器上，实现了断路器错误保护及重锁功能。对系统中各模块之间的通信要求较高。GOOSE网络中各节点之间进行信息交换时，可根据需要设置不同的监视间隔，采用点对点方式，也可以通过合并单元将数据发送至智能终端。安全测控装置通过对合并单元进行直接采样来完成数据传输。为满足这种需求，本文介绍了一种新型的基于IEC61850标准的智能电网通信系统中的数字互感器（DCT），即电子式互感器。该电子式互感器具有体积小、精度高、可靠性高等特点。线路或母线上的电子式变压器将采集到的电流、电压信号传递给合并单元。将有关数据进行封装，采集，用光纤输送到测控设备及SV网络中。距离信息传入测控设备后，要求以GOOSE的形式传输数据。（二）智能变电站保护配置方案1.常规保护配置方案传统保护装置延续了传统变压器转换方案并通过间隔层装配而成，主要有变压器保护远程采集、总线保护等。交流安全插件与数据采集光纤连接；本文介绍了一种基于以太网技术的新型变电站自动化装置——智能变电站（IED），并对其组成及工作原理作了分析，提出了一套新的智能变电站综合安全防护措施。1.系统结构。本文设计了一个通用的I/O接口卡和一个基于GOOSE光通信的模拟器,CPU插件以及相应的信息接口。最后对所设计的智能终端控制系统进行了保护原理和仿真实验。安全配置方案是指通过在一个或多个间接单元上安装微机继电保护来实现智能安全。网络配置简单，易于维护和扩展，降低了系统运行的复杂性，满足了智能变电站的要求；10k

V及以上的线路上安装有电容器等智能电压开关元件时，还需要实现智能母线电压开关功能；当出现故障时，可通过自动投切保护来切断故障点的电流以防止事故扩大。在此基础上提出了相应的安全措施，保证了整个GOOSE网络的安全运行。要保证精确地传输数据，需要在驱动控制层上设置一个网络。由于驱动控制层及GOOSE网络的复杂性，将继电保护技术转化为智能安全设备将易于实施。2.系统保护配置方案智能变电站技术在最近几年中发展步伐很快。IEC61850的通信协议为各个变电站之间的信息共享提供了便利条件。在此背景下,ED作为一种新型的通信方式，已经开始应用到智能变电站中去。通过利用其优势来提高智能变电站运行过程中的安全性与稳定性。同时也满足了用户的需求。在智能变电站中，对继电保护及ED进行安全配置是必不可少的环节。继电保护主要由保护屏和测控卡两部分组成，其中变压器又分为两组。不同的设备配置方案使全网的建设变得简单明了，同时也可以达到信息共享和加强数据保护的目的，这也是今后安全配置趋势所在。系统安全配置方案主要有以下两点：一是通过信息集成将各个独立的驱动器或区段单元进行整合，使每个独立的驱动器都能与相应的继电器配合工作，从而达到功能集成的目的，满足了变电站系统保护、测控等方面的需求；该系统保护配置方案既实现了数据与配置的统一化，又不仅仅限于驱动器内部的隔间单元。因此，该方案设计可以更好地适应变电站自动化系统发展的要求，使其能够更快、更稳、更大范围地满足电力系统继电保护及自动装置运行维护的需要。此外，还具有良好的开放性和可扩展性。此外，大大降低变电站工程建设成本，减少变电站值班人员及运维人员工作量，而驱动器两个系统连接速度更快。四、总结智能变电站在智能电网中占有重要地位，对电网起着必不可少的影响。由于智能电网在全国范围内不断发展，智能变电站建设工作也在不断完善，所以我国智能变电站技术性含量也会不断提升。本论文通过对智能变电站二次系统工作原理及构建基础进行阐述，重点对以“三层两网”为基础,

IEC61850标准为核心的10kV供电系统智能继电保护设计进行分析，从系统兼容机拓展等方面均具有常规变电站二次系统所无法比拟的优点，将成为今后的发展趋势。现阶段较为普遍的网络采样方式以及直采方式都存在着不同程度上的不足，文章通过介绍延时可测技术来解决相关困难。就智能应用而言，因智能变电站二次系统结构基础，