5數(shù)字化變電站繼電愛惜配置方案5.1繼電愛惜概述在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)接受各項(xiàng)踴躍措施消退或削減發(fā)生故障的可能性以外，故障一旦發(fā)生，必需快速而有選擇性地切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)平安運(yùn)行的最有效方法之一。切除故障的時間時時要求小到特別之幾甚至百分之幾秒，實(shí)踐證明只有裝設(shè)在每個電氣元件上的愛惜裝置才有可能滿足這個要求。這種愛惜裝置直到目前為止，大多是由單個繼電器或繼電器與其附屬設(shè)備的組合構(gòu)成的，故稱為繼電愛惜裝置。在電力式靜態(tài)愛惜裝置和數(shù)字式愛惜裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器已被電力元件計(jì)算機(jī)所代替，但仍沿用此名稱。在電業(yè)部門常用繼電愛惜一詞泛指繼電愛惜技術(shù)式由各種繼電愛惜裝置組成的繼電愛惜系統(tǒng)。繼電愛惜裝置一詞那么指各種具體的裝置。繼電愛惜裝置，就是指能反響電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的根本任務(wù)是：〔1〕自動、快速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于接著遭到破壞，保證其它無故障局部快速復(fù)原正常運(yùn)行；〔2〕反響電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并依據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件〔例如有無常常值班人員〕，而動作于發(fā)出信號、減負(fù)荷或跳閘。此時一般不要求愛惜快速動作，而是依據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定必需的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。5.2數(shù)字化變電站對繼電愛惜的影響數(shù)字化變電站可分為過程層、間隔層和站控層，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能。過程層設(shè)備主要包括電子式電流互感器〔electroniccurrenttransformer，ECT〕、電子式電壓互感器〔electronicvoltagetransformer，EVT〕、智能開關(guān)、智能變壓器等智能一次設(shè)備。目前接受常規(guī)開關(guān)加智能操作箱的過渡方案，也屬于過程層。過程層設(shè)備具有自檢測、自描述功能。通過過程層網(wǎng)絡(luò)給間隔層設(shè)備供應(yīng)一次設(shè)備信息，承受間隔層設(shè)備的限制叮囑。間隔層設(shè)備包括愛惜及測控設(shè)備、測量表計(jì)等。站控層設(shè)備包括管理機(jī)、遠(yuǎn)開工作站、監(jiān)控系統(tǒng)等，主要功能是為變電站供應(yīng)運(yùn)行、管理、工程配置的界面，記錄變電站內(nèi)的相關(guān)信息，同時，可將站內(nèi)信息轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)動和集控設(shè)備所能承受的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心遠(yuǎn)方限制。站控層設(shè)備建立在IEC61850的模型根底上，具有面對對象的統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模。數(shù)字化變電站對繼電愛惜的影響主要體此時此刻兩個方面：〔1〕簡化二次接線設(shè)計(jì)。ECT和EVT實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化輸出，并借助光纖傳輸，不僅增加了抗干擾實(shí)力，也完全摒棄了傳統(tǒng)互感器的二次溝通回路，不再有二次回路開路及短路接地的傳統(tǒng)概念，真正實(shí)現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)之間的電氣隔離。由于智能開關(guān)的應(yīng)用，現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的限制與主控室的愛惜及測控設(shè)備之間已沒有干脆的電聯(lián)系，現(xiàn)場的智能開關(guān)單元作為終端設(shè)備承受并執(zhí)行限制叮囑，各單元之間界限清晰，可削減現(xiàn)場繼保工作人員誤接線、誤觸碰等狀況，同時也可簡化斷路器限制回路的二次接線設(shè)計(jì)，削減繼電愛惜裝置的I/O插件?！?〕簡化變電站繼電愛惜的配置。由于面對變電站事務(wù)的通用對象〔genericobjectorientedsubstationevent，GOOSE〕通信技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)同一標(biāo)準(zhǔn)平臺上的實(shí)時信息數(shù)據(jù)共享，從而簡化了繼電愛惜的配置。5.3數(shù)字化變電站繼電愛惜配置特點(diǎn)繼電愛惜的GOOSE需求分析電力系統(tǒng)繼電愛惜有4個根本要求,即選擇性、速動性、靈敏性和牢靠性。其中選擇性和靈敏性與繼電愛惜系統(tǒng)(包括量測和愛惜通信)相關(guān),GOOSE主要影響繼電愛惜的速動性和牢靠性。在一樣的一次、二次設(shè)備條件下,與傳統(tǒng)愛惜接點(diǎn)干脆跳閘方式相比,繼電愛惜接受GOOSE報文經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)信給智能操作箱的方式增加了中間環(huán)節(jié),愛惜總動作時間有所延長,關(guān)鍵在于這段延時能否穩(wěn)定地限制在必需的時間范圍內(nèi)。接受GOOSE后,繼電愛惜通過網(wǎng)絡(luò)傳輸跳閘和相互之間的啟動閉鎖信號。與傳統(tǒng)回路方式相比,牢靠性主要體此時此刻網(wǎng)絡(luò)的牢靠性和運(yùn)行檢修及擴(kuò)建的平安性上。5.3.2分布式愛惜和限制主愛惜由多功能的愛惜裝置供應(yīng)，所接受的愛惜元件、邏輯由愛惜裝置的功能和用戶所選擇的愛惜邏輯確定。后備愛惜選用取決于系統(tǒng)元件或設(shè)備的重要性，可選用近后備或遠(yuǎn)后備原那么，在高壓輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般接受兩套主愛惜方案。變電站內(nèi)唯一須要集中的愛惜設(shè)備是母差愛惜，基于分布式愛惜應(yīng)用的局域網(wǎng)，可以利用多功能IED方向檢測功能構(gòu)成新型母線愛惜方案。分布式母差愛惜方案基于對等通信方式的GOOSE信息傳輸機(jī)制，小于1周波的快速方向檢測。假如信息表示反向故障或無故障，并且沒有任何正方向故障的判別，母線愛惜元件判定為母線故障，向全部該母線上的元件發(fā)出跳閘叮囑信號。為了愛惜全部的出線IED有足夠的時間判定故障，須要有必需的時延。連接在母線上的全部IED在這種應(yīng)用模式下作為信息發(fā)送端，而間隔層計(jì)算機(jī)或可編程邏輯限制器PLC〔programmablelogiccontroller〕作為信息接收端，見下列圖5-1。PIEDPIED母線愛惜PIED PIED PIED圖5-1母線故障時的GOOSE信息傳送示意圖5.3.3電子式互感器接入愛惜裝置設(shè)計(jì)方案以220kV線路愛惜要求雙重化配置為例，即配置兩套相互獨(dú)立的全線速動愛惜，這就須要兩套相互獨(dú)立的合并單元為同一條線路的不同220kv線路愛惜供應(yīng)電流電壓信號，并且要求兩個合并單元運(yùn)用不同的電流傳感器及電壓傳感器(如下列圖5-2所示)。A/D一次轉(zhuǎn)換器(Rogowski線圈A/D電容分壓器等 FPGA

愛惜數(shù)據(jù)愛惜1合并單元GIS開關(guān)一次轉(zhuǎn)換器(Rogowski線圈

A/DA/D

測量數(shù)據(jù)測控/電能表合并單元A/D電容分壓器等 FPGAA/D

愛惜數(shù)據(jù) 愛惜2合并單元圖5-2電子式互感器接入愛惜裝置設(shè)計(jì)方案5.4愛惜配置方案數(shù)字化變電站是變電站綜合自動化技術(shù)的開展方向，其根本特征包括接受電子式互感器和智能開關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化、接受光纖通信替代二次電纜實(shí)現(xiàn)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化以及遵照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)信息模型、通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)變更。目前的數(shù)字化變電站愛惜配置方案可以分為常規(guī)愛惜配置方案和系統(tǒng)愛惜配置方案：〔1〕常規(guī)愛惜配置方案和接受常規(guī)互感器時的愛惜配置一樣，按對象進(jìn)展配置，如主變愛惜、線路愛惜、母線愛惜、開關(guān)愛惜等。將原來愛惜裝置的溝通量輸入插件更換為數(shù)據(jù)采集光纖通信接口，I/O接口插件換為GOOSE光纖通信接口，CPU插件的模擬量處理更換為通信接口處理。原來的操作插件轉(zhuǎn)移到智能操作箱上，保存局部開入作為壓板投退，開出的壓板投退取消或轉(zhuǎn)移到智能操作箱上?！?〕系統(tǒng)愛惜配置方案接受雙重化配置原那么，每一套系統(tǒng)愛惜裝置都可以完成全站全部設(shè)備的繼電愛惜功能，同時可以完成測控功能。每一套系統(tǒng)愛惜都包括全部主變、線路及母線的愛惜與測控等，愛惜在原理上兩套完全一樣，可互為備用，可獨(dú)立投退。5.4.1常規(guī)愛惜配置方案〔如下列圖5-3〕〔1〕常規(guī)愛惜配置方案和接受常規(guī)互感器的愛惜配置一樣,按對象進(jìn)展配置,如主變愛惜、線路愛惜、母線愛惜、開關(guān)愛惜等〔2〕將原來愛惜裝置的溝通量輸入插件更換為數(shù)據(jù)采集光纖通信接口，I/O接口插件換為GOOSE光纖通信接口，CPU插件模擬量處理更換為通信接口處理?！?〕原來的操作插件轉(zhuǎn)移到智能操作箱上，保存局部開入作為壓板投退取消或轉(zhuǎn)移到智能操作箱上。主愛惜 線路愛惜 母線愛惜智能MU智能MU操作箱操作箱電子式電子式常規(guī)開關(guān)互感器常規(guī)開關(guān)互感器圖5-3常規(guī)愛惜配置5.4.2系統(tǒng)愛惜配置方案〔如下列圖5-4〕〔1〕系統(tǒng)愛惜配置方案接受雙重化配置原那么，每一套系統(tǒng)愛惜裝置都可以完成全站全部設(shè)備的繼電愛惜功能，同時可以完成測控功能?！?〕每一套系統(tǒng)愛惜都包括全部主變、線路及母線的愛惜與測控等，愛惜在原理上兩套完全一樣，可互為備用，可獨(dú)立投退。系統(tǒng)愛惜及測控1

系統(tǒng)愛惜及測控2智能MU智能MU操作箱操作箱電子式電子式常規(guī)開關(guān)互感器常規(guī)開關(guān)互感器圖5-4系統(tǒng)愛惜配置5.4.3愛惜配置方案比擬與常規(guī)愛惜配置方案比擬，系統(tǒng)愛惜配置方案可以愛惜多個對象元件，將信息共享綜合利用，設(shè)備數(shù)量少，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造簡潔，但目前還缺少運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。表5-1愛惜配置方案比擬比擬內(nèi)容常規(guī)愛惜配置系統(tǒng)愛惜配置愛惜對象單個元件多個元件愛惜邏輯是否變更否是是否須要動模試驗(yàn)、試運(yùn)行否是運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)是否豐富是否信息共享綜合利用否是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造困難設(shè)備數(shù)量

是多

否少系統(tǒng)愛惜配置方案對愛惜配置進(jìn)展了一次全面的改革，多套愛惜功能運(yùn)行于一套裝置內(nèi)，便于系統(tǒng)分析故障行為及全站信息集中共享，有利于進(jìn)展綜合判定。該方案愛惜裝置的數(shù)量很少，站控層的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造簡潔，但對愛惜裝置的要求高。另外，由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少，現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試