【正文】 110kV數(shù)字化變電站繼電保護(hù)配置方案研究 摘要 I 摘 要 從當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，數(shù)字化變電站領(lǐng)域呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢。因此，做好數(shù)字化變電站中繼電保護(hù)如何配置工作顯得非常地重要。本論文正是基于此話題而展開了相關(guān)的研究，分析了數(shù)字化變電站給繼電保護(hù)所造成的影響，總結(jié)了目前數(shù)字化變電站中常規(guī)保護(hù)配置方案和系統(tǒng)保護(hù)配置方案兩種繼電保護(hù)配置方案。 具體而言，本文主要從如下的幾個(gè)方面加以展開： 首先，是關(guān)于本論文選題的意義及其背景，包括智能電網(wǎng)、信息化、繼電保護(hù)作用等方面加以展開，同時(shí)也論及了本課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以 及本文的主要工作。 其次，系統(tǒng)化地研究數(shù)字化變電站及其繼電保護(hù)的特點(diǎn)。該部分又主要從如下的 2 個(gè)方面加以展開：數(shù)字化變電站的定義以及數(shù)字化變電站的特點(diǎn)。其中，第 2 部分又從如下的幾個(gè)方面加以論述：數(shù)字化的一次設(shè)備，包括電子式互感器、智能終端；過程層、間隔層、站域?qū)右约?IEC61850 的應(yīng)用等。 再次，研究數(shù)字化變電站中繼電保護(hù)的變化情況，分析幾類不同的變化情況。分析數(shù)字化變電站中繼電保護(hù)的構(gòu)成方式，主要有常規(guī)方式以及站域集中方式 2類。 接著，分析數(shù)字化變電站繼電保護(hù)常規(guī)模式構(gòu)成方案。著重地論述了該方案的幾個(gè)關(guān)鍵 性的問題，譬如，同步問題、互操作問題、直采直跳、電子式互感器的影響等。 再其次，探析數(shù)字化變電站繼電保護(hù)站域集中式構(gòu)成方案。對具體實(shí)施的保護(hù)方案加以探究，對比地研究 2 種方案。 最后，實(shí)際地分析數(shù)字化變電站的應(yīng)用實(shí)例情況，同時(shí)也考慮到相關(guān)的問題，主要分析了保護(hù)測試問題以及可靠性保證問題。 關(guān)鍵詞 ： 110KV 數(shù)字化 變電站；繼 電保護(hù)；常 規(guī)保護(hù)配置 ；系統(tǒng)保 護(hù)目錄 IV 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒 論 課題 的 研究 背景和 意義 智能電網(wǎng) 的發(fā)展 主要有 4 個(gè)方面 ：高級(jí)量測體系、高級(jí)配電運(yùn)行、高級(jí)輸電運(yùn)行 以及 高級(jí)資產(chǎn)管理 等 。高級(jí)量測體系 側(cè)重于 用戶 的權(quán)利 ， 在 系統(tǒng) 內(nèi)部之間構(gòu)建起一定的關(guān)系，其目的在于讓 用戶 可以更好地支撐整個(gè) 電網(wǎng) 沿著既定的方向發(fā)展 ；高級(jí)配電運(yùn)行 的 核心 是在線實(shí)時(shí)決策指揮，目標(biāo)是 預(yù)防 災(zāi)變 的發(fā)生 ， 從而達(dá)到預(yù)防 大面積連鎖故障 發(fā)生的后果 ；高級(jí)輸電 的 運(yùn)行主要 是在突出 阻塞管理 以及減少不必要 停運(yùn)的 可能性 ； 而 高級(jí)資產(chǎn)管理 則突出的是在整個(gè) 系統(tǒng)中 ，相關(guān)設(shè)施所應(yīng)該具有的質(zhì)量目標(biāo)。 高級(jí)傳感器 應(yīng)該具有 實(shí)時(shí)化的整理信息的功能， 同時(shí)，還 能對 資源 的 管理、模擬與仿真 等 過程 做好必備的 集成 工作 ， 并進(jìn)而能夠有效地提高整個(gè) 電網(wǎng)的運(yùn)行 效率。智能電網(wǎng) 在 物聯(lián)網(wǎng) 的應(yīng)用中起到了非常 重要 的作用 。不同地域部門均對智能電網(wǎng)的定義進(jìn)行了界定。譬如， 美國能源部 在 《 Grid 2030》中這樣定義 ： 電力傳輸網(wǎng)絡(luò) 本身具有鮮明的自動(dòng)化特點(diǎn) ， 同時(shí)，可以對使用者以及電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)加以 監(jiān)視 與 控制 ，從而對 電廠 至 終端用戶 的 輸配電 流程 中 全部 節(jié)點(diǎn)間的信 息 及其電能 做好相關(guān)互動(dòng)的 流動(dòng) 工作 。 根據(jù) 中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟 的規(guī)定 ：智能電網(wǎng) 并非是單一性的，而含納了諸多的元素，具體主要有： 智能變電站 、 智能配電網(wǎng) 、 智能電能表 、 智能交互終端 、 智能調(diào)度 、 智能家電 、 智能用電樓宇 、 智能城市用電網(wǎng) 、 智能發(fā)電系統(tǒng) 以及 新型儲(chǔ)能系統(tǒng)。 而 根據(jù) 歐洲技術(shù)論壇 的觀點(diǎn)， 智能電網(wǎng)的定義主要包括全部的傳輸網(wǎng)絡(luò)的行為范式，包括 持續(xù) 性的 經(jīng)濟(jì) 以及相關(guān)的 安全 電力。 又如，根據(jù) 美國 電力科學(xué)研究院 的相關(guān)定義，智能電網(wǎng)本身涵蓋了多項(xiàng)功能組成，主要包括 自動(dòng)化的輸電 以及 配電 體系結(jié)構(gòu)，其功效包括 協(xié)調(diào)、有效 以及 可靠的 模式，從而使得全部的 電網(wǎng) 處于安全性的 運(yùn)作 狀態(tài)之中，同時(shí)本身也包括了 自愈 的 功能； 其可以達(dá)到迅捷地與 電力市場 以及 企業(yè)業(yè)務(wù) 相吻合的目的 ； 同時(shí)，通信結(jié)構(gòu) 又顯示出 智能化的 特點(diǎn) ， 在具體安排 的過程中，需要考慮到整個(gè)信息流流程過程的 實(shí)時(shí) 性、 安全 性以及 靈活 性等方面，從而能夠讓 用戶 在使用的過程中，保證流程的 可靠 性與 經(jīng)濟(jì) 性。再基于中 國家電網(wǎng)中國電力科學(xué)研究院 的研究，智能電網(wǎng)的構(gòu)建源于 物理電網(wǎng) 的前提條件，同 時(shí)引入了 現(xiàn)代 化的 先進(jìn) 技術(shù)，包括 傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù) 以及 控制技術(shù)與物理電網(wǎng) 等方面的內(nèi)容。智能電網(wǎng) 使用 的 主要 目的是有效地滿足 用戶 的需求，同時(shí)還要做好相關(guān)的 電力需求 以及 資源 優(yōu)化 配置 的工作，從而保證整個(gè) 電力供應(yīng)的安全性、可靠性 以及 經(jīng)濟(jì)性 等要求，進(jìn)而對 環(huán)保 產(chǎn)生一定的效應(yīng)，同時(shí)，在 電能 的 質(zhì)量 方面以及 電力市場化 的 發(fā)展 方面，都能夠達(dá)到有效的目的， 對客戶的用電需求起到一定的保障與增值的目的。 第 1 章 緒論 2 智能變電站 則主要凸顯出 先進(jìn) 性 、可靠 性 、集成 性以及 環(huán)保 性等諸多的特征，且設(shè)施具有鮮明的 智能 化特點(diǎn) ， 同時(shí)，在 全站信 息 的處理過程中，顯現(xiàn)出數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化 以及 信息共享標(biāo)準(zhǔn)化 等特點(diǎn) ， 從而能夠自動(dòng)性地完成一系列的信息處理工作，包括 采集、 測試 、 監(jiān)控 、 維護(hù) 、 計(jì)算以及檢查 等基本功能， 從而使得 電網(wǎng) 具有 實(shí)時(shí) 的 自動(dòng) 化監(jiān)控功能、 智能 性的協(xié)調(diào) 、 實(shí)時(shí) 決策 以及協(xié)調(diào)互動(dòng) 等 諸多的 高級(jí)功能 。 繼電保護(hù)方面也存在著一些重要的問題。導(dǎo)致繼電保護(hù)事故主要有定值問題、電源問題、 TA飽和問題、抗干擾問題、保護(hù)性能問題、插件絕緣問題、軟件版本問題、高頻收發(fā)信機(jī)問題等。 電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)營的項(xiàng)目內(nèi)容也不再僅僅地局限于以往單 純性地注重安全電力生產(chǎn)的模式過渡到全方位 的社會(huì)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)作模式。以往變電站建設(shè)的 主要 目的是 以 “ 一型三化 ” 的模式加以體現(xiàn) 的 ，同時(shí)還包括無人值班、集中化的管控、技術(shù)性的專業(yè)化管理等諸多方面的交融，至今已經(jīng)開始過渡到對變電站資產(chǎn)全壽命周期管理的新階段，相應(yīng)的實(shí)踐應(yīng)用理論都與這個(gè)新的改變保持著相統(tǒng)一的趨勢。顯然，在當(dāng)前，變電站依舊成為整個(gè)電網(wǎng)中最為關(guān)鍵的發(fā)展部分，其中不可忽視的是其能夠提供源源不斷的經(jīng)濟(jì)綜合效益。 數(shù)字化變電站體系更加凸顯出智能化的特征，且組合方式上更強(qiáng)調(diào)了內(nèi)在的協(xié)調(diào)性與組合性，進(jìn)而節(jié)省了一定的場地；同時(shí)，光電互感器以及光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也被 積極地引用進(jìn)來，擯棄了以往的綜自體系的二次電纜方式。屏上端子數(shù)愈發(fā)地銳減，原先采用硬接線的信號(hào)聯(lián)絡(luò)途徑棄之不用，而改用通過光纖網(wǎng)絡(luò)的軟接線途徑。這樣新的途徑大大地提高了先進(jìn)性與可靠性，從而使得整個(gè)電網(wǎng)企業(yè)具有了鮮明的經(jīng)濟(jì)效益。 雖然 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站本身仍舊存在著一定的不足之處，但其 本身的優(yōu)越性能也不容忽視 。尤其是數(shù)字化的模式，更是在原先的基礎(chǔ)上帶來了極大的改進(jìn)，用戶所采取解決應(yīng)用問題的方法更加先進(jìn)，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益以及管理 水平上都比原先有了很大的提高。整個(gè) 電網(wǎng)組織機(jī)構(gòu)的工作效率也比原先提高了 ：無論是在確定新的標(biāo)準(zhǔn)方面，抑或是在具體規(guī)章制度的實(shí)施、操作方面，都大大地提高了效率，從而為電力帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，新型數(shù)字化方式的運(yùn)用，也對電力行業(yè)的進(jìn)一步改革，又起到了推動(dòng)的作用。 作為整個(gè)電力體系中非常關(guān)鍵性的一個(gè)環(huán)節(jié)，對繼電保護(hù)裝置應(yīng)該引起足夠的重視。如若繼電保護(hù)裝置保護(hù)并不當(dāng)，就會(huì)對整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生極大的危害，進(jìn)而影響國民經(jīng)濟(jì)效益以及危害人民的生活。因此，使得數(shù)字化繼電保護(hù)裝置處于常態(tài)，這也可以有效地保證數(shù)字化變電站處于穩(wěn)定、健康的發(fā)展?fàn)顟B(tài)之中。 第 1 章 緒論 3 從上述的分析中，我們可知，研究 110kV 數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)配置方案的意義非同小可。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 從國外研究的時(shí)間來看， 相關(guān)的學(xué)術(shù)界起步也比較早，在近幾年的發(fā)展過程中，也取得了一些不可忽視的成績。 譬如 ， 在保護(hù)以及監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的新技術(shù)的開發(fā)階段以及試驗(yàn)階段，具有代表性的有美國西屋電氣公司、美國電力科學(xué)研究院（ EPRI）共同監(jiān)制的 SPCS 變電站，即具有保護(hù)以及監(jiān)控的能力，同時(shí)也含納了綜合性質(zhì)的自動(dòng)化體系 [1]。 當(dāng) 下 ，日本的日立、三菱、東芝等著名的 3 家公司，分別與國際的一些著名的大型電氣公司建立了變 電站綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)體系（也可以稱之為保護(hù)和監(jiān)控一體化設(shè)備）的合作關(guān)系，諸如美國的通用電氣 A 公司（ GE）和西屋電氣公司（ Westinghouse）、德國西門子公司（ SIEMENS） EG 公司、法國阿爾斯通公司（ ALSTHOM）、瑞士的 Landis + Gyr 公司以及瑞士的 ABB 公司。 ABB 公司認(rèn)為，自愈功能是在智能電網(wǎng)的主要特征體系之內(nèi)，自愈功能是其中不可或缺的一個(gè)重要維度。變電站達(dá)到智能化程度之后，智能電網(wǎng)的自診斷、自協(xié)調(diào)以及自恢復(fù)等環(huán)節(jié)才有可能真正地實(shí)現(xiàn)。在 SIEMENS 公司的理論體系之中，智能變電站應(yīng)該 強(qiáng)化一次設(shè)施狀態(tài)的檢測、智能評(píng)估與預(yù)警等工作方面。 AREVA 則強(qiáng)調(diào)共時(shí)性的相量測量性能以及變電站狀態(tài)的估計(jì)功能，進(jìn)而才能夠達(dá)到增強(qiáng)的效果。在對跨區(qū)域電網(wǎng)振蕩以及其他相關(guān)方面的核心方面進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的行為分析，尤其突出拓?fù)溴e(cuò)誤以及狀態(tài)估測等方面。 它們都獲得了一定的成績與成果。 國外的這 一類系統(tǒng)主要表現(xiàn)出如下的幾個(gè)特征：分層分布式是最為明顯的優(yōu)點(diǎn)；組合的關(guān)系上 ，又主要包括站控級(jí)以及元件 /間隔級(jí) 2 個(gè)部分； 星形光纖的連接方式 是站控級(jí)電壓以及元件 /間隔級(jí)之間主要采取的途徑。而繼電保護(hù)設(shè)備則通常安裝于地下，光纖也是連接主控 室以及各級(jí)別電壓配電設(shè)備之間的唯一性設(shè)施，而強(qiáng)電控制電纜則并不能直接性地作為主控室的連接方式，其作用在于盡可能地節(jié)省不必要的設(shè)施裝備，進(jìn)而這樣節(jié)約了原本可能占據(jù)的空間，譬如影響主控室內(nèi)計(jì)算機(jī)體系以及相關(guān)的電子元器件的干擾負(fù)面作用，從而強(qiáng)化了運(yùn)作的水準(zhǔn)及其安全性能。 國外變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出先進(jìn)的潮流，而其中的分布式變電站自動(dòng)化體系也日趨占據(jù)了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的主要發(fā)展方向。 第 1 章 緒論 4 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及其自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出高速發(fā)展的趨勢，電子式互感器、光電互感器、智能化開關(guān)設(shè)施 等具有智能特性的設(shè)施已經(jīng)開始在諸多的設(shè)施領(lǐng)域中得到了推廣與運(yùn)用，其中的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)也已經(jīng)步入到了數(shù)字化的新階段。 IEC 61850 是國內(nèi)數(shù)字化變電站建立的主要標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建起相應(yīng)的全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，并提供了相應(yīng)的通信數(shù)據(jù)平臺(tái)，從而為達(dá)到站內(nèi)一次性設(shè)施的智能化程度以及二次設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化階段而提供了必備的措施，其目標(biāo)是以全站為核心，并配備了相應(yīng)的具備自動(dòng)化性能的變電站設(shè)施。在原先的基礎(chǔ)上，引入了數(shù)字化變電站的技術(shù)及其設(shè)施，從而提高了自動(dòng)化變電站的運(yùn)作水平，進(jìn)而提高了整個(gè)電網(wǎng)的工作效率，同時(shí)，電網(wǎng)的 安全性能也都得到了強(qiáng)化。 當(dāng)下，近些年的數(shù)字化變電站發(fā)展速度之快十分驚人。早在 1995 年，德國便已經(jīng)開始著手設(shè)計(jì) IEC 61850 相關(guān)的體系結(jié)構(gòu) [2]。我國也積極地吸收國外的成功經(jīng)驗(yàn)，密切地留意 IEC