110kV数字化变电站继电保护配置方案研究

110kV数字化变电站继电保护配置方案研究摘要I摘要从当前的发展现状来看，数字化变电站领域呈现出快速发展的趋势。因此，做好数字化变电站中继电保护如何配置工作显得非常地重要。本论文正是基于此话题而展开了相关的研究，分析了数字化变电站给继电保护所造成的影响，总结了目前数字化变电站中常规保护配置方案和系统保护配置方案两种继电保护配置方案。具体而言，本文主要从如下的几个方面加以展开：首先，是关于本论文选题的意义及其背景，包括智能电网、信息化、继电保护作用等方面加以展开，同时也论及了本课题的国内外研究现状以及本文的主要工作。其次，系统化地研究数字化变电站及其继电保护的特点。该部分又主要从如下的2个方面加以展开：数字化变电站的定义以及数字化变电站的特点。其中，第2部分又从如下的几个方面加以论述：数字化的一次设备，包括电子式互感器、智能终端；过程层、间隔层、站域层以及IEC61850的应用等。再次，研究数字化变电站中继电保护的变化情况，分析几类不同的变化情况。分析数字化变电站中继电保护的构成方式，主要有常规方式以及站域集中方式2类。接着，分析数字化变电站继电保护常规模式构成方案。着重地论述了该方案的几个关键性的问题，譬如，同步问题、互操作问题、直采直跳、电子式互感器的影响等。再其次，探析数字化变电站继电保护站域集中式构成方案。对具体实施的保护方案加以探究，对比地研究2种方案。最后，实际地分析数字化变电站的应用实例情况，同时也考虑到相关的问题，主要分析了保护测试问题以及可靠性保证问题。关键词：110KV数字化变电站；继电保护；常规保护配置；系统保护目录IV第1章绪论1第1章绪论1.1课题的研究背景和意义智能电网的发展主要有4个方面：高级量测体系、高级配电运行、高级输电运行以及高级资产管理等。高级量测体系侧重于用户的权利，在系统内部之间构建起一定的关系，其目的在于让用户可以更好地支撑整个电网沿着既定的方向发展；高级配电运行的核心是在线实时决策指挥，目标是预防灾变的发生，从而达到预防大面积连锁故障发生的后果；高级输电的运行主要是在突出阻塞管理以及减少不必要停运的可能性；而高级资产管理则突出的是在整个系统中，相关设施所应该具有的质量目标。高级传感器应该具有实时化的整理信息的功能，同时，还能对资源的管理、模拟与仿真等过程做好必备的集成工作，并进而能够有效地提高整个电网的运行效率。智能电网在物联网的应用中起到了非常重要的作用。不同地域部门均对智能电网的定义进行了界定。譬如，美国能源部在《Grid2030》中这样定义：电力传输网络本身具有鲜明的自动化特点，同时，可以对使用者以及电网节点的特点加以监视与控制，从而对电厂至终端用户的输配电流程中全部节点间的信息及其电能做好相关互动的流动工作。根据中国物联网校企联盟的规定：智能电网并非是单一性的，而含纳了诸多的元素，具体主要有：智能变电站、智能配电网、智能电能表、智能交互终端、智能调度、智能家电、智能用电楼宇、智能城市用电网、智能发电系统以及新型储能系统。而根据欧洲技术论坛的观点，智能电网的定义主要包括全部的传输网络的行为范式，包括持续性的经济以及相关的安全电力。又如，根据美国电力科学研究院的相关定义，智能电网本身涵盖了多项功能组成，主要包括自动化的输电以及配电体系结构，其功效包括协调、有效以及可靠的模式，从而使得全部的电网处于安全性的运作状态之中，同时本身也包括了自愈的功能；其可以达到迅捷地与电力市场以及企业业务相吻合的目的；同时，通信结构又显示出智能化的特点，在具体安排的过程中，需要考虑到整个信息流流程过程的实时性、安全性以及灵活性等方面，从而能够让用户在使用的过程中，保证流程的可靠性与经济性。再基于中国家电网中国电力科学研究院的研究，智能电网的构建源于物理电网的前提条件，同时引入了现代化的先进技术，包括传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术以及控制技术与物理电网等方面的内容。智能电网使用的主要目的是有效地满足用户的需求，同时还要做好相关的电力需求以及资源优化配置的工作，从而保证整个电力供应的安全性、可靠性以及经济性等要求，进而对环保产生一定的效应，同时，在电能的质量方面以及电力市场化的发展方面，都能够达到有效的目的，对客户的用电需求起到一定的保障与增值的目的。第1章绪论2智能变电站则主要凸显出先进性、可靠性、集成性以及环保性等诸多的特征，且设施具有鲜明的智能化特点，同时，在全站信息的处理过程中，显现出数字化、通信平台网络化以及信息共享标准化等特点，从而能够自动性地完成一系列的信息处理工作，包括采集、测试、监控、维护、计算以及检查等基本功能，从而使得电网具有实时的自动化监控功能、智能性的协调、实时决策以及协调互动等诸多的高级功能。继电保护方面也存在着一些重要的问题。导致继电保护事故主要有定值问题、电源问题、TA饱和问题、抗干扰问题、保护性能问题、插件绝缘问题、软件版本问题、高频收发信机问题等。电网企业的经营的项目内容也不再仅仅地局限于以往单纯性地注重安全电力生产的模式过渡到全方位的社会化经济运作模式。以往变电站建设的主要目的是以“一型三化”的模式加以体现的，同时还包括无人值班、集中化的管控、技术性的专业化管理等诸多方面的交融，至今已经开始过渡到对变电站资产全寿命周期管理的新阶段，相应的实践应用理论都与这个新的改变保持着相统一的趋势。显然，在当前，变电站依旧成为整个电网中最为关键的发展部分，其中不可忽视的是其能够提供源源不断的经济综合效益。数字化变电站体系更加凸显出智能化的特征，且组合方式上更强调了内在的协调性与组合性，进而节省了一定的场地；同时，光电互感器以及光纤网络通信技术也被积极地引用进来，摈弃了以往的综自体系的二次电缆方式。屏上端子数愈发地锐减，原先采用硬接线的信号联络途径弃之不用，而改用通过光纤网络的软接线途径。这样新的途径大大地提高了先进性与可靠性，从而使得整个电网企业具有了鲜明的经济效益。虽然IEC61850标准的数字化变电站本身仍旧存在着一定的不足之处，但其本身的优越性能也不容忽视。尤其是数字化的模式，更是在原先的基础上带来了极大的改进，用户所采取解决应用问题的方法更加先进，相应的经济效益以及管理水平上都比原先有了很大的提高。整个电网组织机构的工作效率也比原先提高了：无论是在确定新的标准方面，抑或是在具体规章制度的实施、操作方面，都大大地提高了效率，从而为电力带来了较大的经济效益。同时，新型数字化方式的运用，也对电力行业的进一步改革，又起到了推动的作用。作为整个电力体系中非常关键性的一个环节，对继电保护装置应该引起足够的重视。如若继电保护装置保护并不当，就会对整个电力系统的正常运行产生极大的危害，进而影响国民经济效益以及危害人民的生活。因此，使得数字化继电保护装置处于常态，这也可以有效地保证数字化变电站处于稳定、健康的发展状态之中。第1章绪论3从上述的分析中，我们可知，研究110kV数字化变电站的继电保护配置方案的意义非同小可。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状从国外研究的时间来看，相关的学术界起步也比较早，在近几年的发展过程中，也取得了一些不可忽视的成绩。譬如，在保护以及监控综合自动化系统的新技术的开发阶段以及试验阶段，具有代表性的有美国西屋电气公司、美国电力科学研究院（EPRI）共同监制的SPCS变电站，即具有保护以及监控的能力，同时也含纳了综合性质的自动化体系[1]。当下，日本的日立、三菱、东芝等著名的3家公司，分别与国际的一些著名的大型电气公司建立了变电站综合自动化结构体系（也可以称之为保护和监控一体化设备）的合作关系，诸如美国的通用电气A公司（GE）和西屋电气公司（Westinghouse）、德国西门子公司（SIEMENS）EG公司、法国阿尔斯通公司（AL-STHOM）、瑞士的Landis+Gyr公司以及瑞士的ABB公司。ABB公司认为，自愈功能是在智能电网的主要特征体系之内，自愈功能是其中不可或缺的一个重要维度。变电站达到智能化程度之后，智能电网的自诊断、自协调以及自恢复等环节才有可能真正地实现。在SIEMENS公司的理论体系之中，智能变电站应该强化一次设施状态的检测、智能评估与预警等工作方面。AREVA则强调共时性的相量测量性能以及变电站状态的估计功能，进而才能够达到增强的效果。在对跨区域电网振荡以及其他相关方面的核心方面进行动态化的行为分析，尤其突出拓扑错误以及状态估测等方面。它们都获得了一定的成绩与成果。国外的这一类系统主要表现出如下的几个特征：分层分布式是最为明显的优点；组合的关系上，又主要包括站控级以及元件/间隔级2个部分；星形光纤的连接方式是站控级电压以及元件/间隔级之间主要采取的途径。而继电保护设备则通常安装于地下，光纤也是连接主控室以及各级别电压配电设备之间的唯一性设施，而强电控制电缆则并不能直接性地作为主控室的连接方式，其作用在于尽可能地节省不必要的设施装备，进而这样节约了原本可能占据的空间，譬如影响主控室内计算机体系以及相关的电子元器件的干扰负面作用，从而强化了运作的水准及其安全性能。国外变电站自动化技术的发展已经呈现出先进的潮流，而其中的分布式变电站自动化体系也日趋占据了该领域技术发展的主要发展方向。第1章绪论41.2.2国内研究现状现代网络通信技术及其自动控制技术已经呈现出高速发展的趋势，电子式互感器、光电互感器、智能化开关设施等具有智能特性的设施已经开始在诸多的设施领域中得到了推广与运用，其中的变电站综合自动化技术也已经步入到了数字化的新阶段。IEC61850是国内数字化变电站建立的主要标准，在此基础上构建起相应的全站统一的数据模型，并提供了相应的通信数据平台，从而为达到站内一次性设施的智能化程度以及二次设施网络化阶段而提供了必备的措施，其目标是以全站为核心，并配备了相应的具备自动化性能的变电站设施。在原先的基础上，引入了数字化变电站的技术及其设施，从而提高了自动化变电站的运作水平，进而提高了整个电网的工作效率，同时，电网的安全性能也都得到了强化。当下，近些年的数字化变电站发展速度之快十分惊人。早在1995年，德国便已经开始着手设计IEC61850相关的体系结构[2]。我国也积极地吸收国外的成功经验，密切地留意IEC61850的发展状况。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会也将这一些变化纳入到了相关的组织机构体系之中。早在2000年起，IEC61850便已经成为了相关组织机构的一个重要的工作项目。从CD（委员会草案）一直到CDV，并从FDIS到正规的出版物，标委会及其工作组专家都对IEC标准引起了足够的重视，并花费了几年的时间与精力来研究相关的课题，终于在2006年迎来了丰收的一年--在原先IEC61850的基础上，又出现了关于新的行业标准DL/T860，得出了更为科学的标准体系。数字化变电站试点已经逐步地在国内各网省的公司得到了广泛的应用，且关于DL/T860标准的应用程度及其技术水准并不一致。譬如，DL/T860只能够应用于一部分的变电站，也就是间隔层设施和站控层之间能够达到一定的效果，并能够有效地发挥MMS系统的服务目的，采样和跳闸之间保持着恒定不变的效果，常规模拟接线途径也是其中重要的方式；过程层也是一部分变电站常用的方式，常规模拟接线式也是采样所使用的方法，智能操作箱也可以得到有效的运用，GOOSE服务是跳闸所经常采用的途径；与这些部分数字化的过程层相对应的是，还有一部分过程层出现了完全数字化的现象，譬如电子式互感器也可以得到采样数字化的方式，且具体借助于合并单元来达到发布采样数据的效果，同时，也额外地增加了智能操作箱设备，而跳闸也采用了GOOSE的服务装置；其实现的方式主要包括单一性的厂家，也包括其他十多家的相关设施。就上述的情况来看，数字化变电站的试点发展情况已经令人感到不错，同时开始逐渐地朝向总结经验及其发展策略的新阶段。第1章绪论5继电保护设施更加突出了预防的功能性，通过以防电力事故的发生以及进一步减小事故发生的范围来有效地确保整个系统运行的安全性，从而能够从最大的程度来保证用户用电的安全性。其地位