110KV数字化变电站的保护配置方案和应用Word格式文档下载.docx
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关键词:
数字化变电站,保护配置,简易母线保护,网络
化备自投。
0引言
近年来,随着变电站智能化开关、光电式互感器、一次设备在线状态检测、计算机高速数据网在
实时系统中的开发应用等技术的日趋成熟,为变电
站的信息采集、传输和变电站的控制、测量、信号、保护、计量等方面实现数字化处理提供了理论和物
质基础。
国际电工委员会TC57制定了变电站通信
网络和系统系列标准—IEC61850,该标准是基于通信网络平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。
它提供了变电站自动化系统功能建模、数据建模、通信协议、通信系统的项目管理和一致性检测等一系列标准,对站内设备的数据对象统一建模。
按照IEC61850标准建设变电站的通信网络和系统,是建设数字化变电站的有效途径。
IEC61850标准的发布和符合其标准的设备的推出,为建设数字化变电站提供了坚实的基础。
目前,国内目前有许多数字化变电站正在实施或者投入运行,如黑龙江220KV延寿变、河北220KV安新变、鞍山220KV王铁变、云南110KV吴家营变、内蒙古110KV临河变、福建厦门110K柯井变、大唐卓资风电场110KV数字化、海门电厂数字化项目、中电普瑞张北风电场、聊城阳谷110kV付唐数字化站等等。
由于各个数字化变电站都为试点,站控层、过程层等的实现方式不尽相同,那么给间隔层的继电保护配置也带来各种问题。
下面以110KV数字化站为例,提出可行的保护配置方案,同时对于在数字化的前提下,10KV母线保护、备用电源自投和过负荷联切的实现方法。
1全站的配置方案一
主接线为两台主变并列运行,长期规划为三台主变,2号主变带两个分支。
110KV数字化站过程层和间隔层示意图如下。
该站110KV主变两侧采样双重化配置,分别为常规CT、PT和电子式互感器。
过程层采样值网络实现间隔层从合并器采集信息,采样值报文采用IEC61850-9-2标准。
110kV电压等级SMV网络配置双套物理独立的单网,10KV电压等级SMV网络配置专用单网。
图1110KV数字化站过程层和间隔层示图
1.1间隔层保护配置
(1主变保护测控装置
采用数字接口的主变差动保护和后备保护及测控一体化保护测控装置,按双重化配置。
为减少主变保护对10KV侧过程层网络交换机的依赖性,主变低压侧的GOOSE及SMV数据从10kV变低测控智能终端、合并单元合一装置直接获取。
变高就地配置智能终端。
(2主变本体保护及公用测控
主变本体设1台主变本体智能终端装置含本体非电量保护及中性点设备和有载调压测控功能。
有载档位、中性点刀闸、主变非电量等有关量通
过电缆接至主变本体智能终端,本体
智能终端将上送或接收GOOSE命令。
本装置还需接入站控层网路,实现本体智能终端的信息上送站控层设备及接收站控层设备的控制命令。
主变本体智能箱就地安装。
(310kV变低测控、智能终端、合并单元合一装置
完全支持IEC61850标准,面向间隔配置。
电流(保护和测量取自电子式互感器,电压取自常规互感器,中性点电流经常规互感器接入,并将采样值的数字信号通过IEC61850-9-2接口输出。
10kV变低智能终端、合并单元合一装置按双套配置。
装置下放10kV进线开关柜上布置。
(410kV母差保护装置
10kV配两套母差保护装置(每台主变配一套,采用专为数字化变电站设计的数字接口分布式母差保护装置。
以GOOSE机制实现保护跳闸,支持IEC61850标准。
母差保护装置的采样值通过SMV网络获取各间隔数据,其GOOSE开出通过智能操作箱实施跳闸;
(510kV站变、馈线、电容器测控保护装置
采用测控保护、智能终端、合并单元一体化装置,完全支持IEC61850标准,面向间隔配置。
除配置常规保护外,具备闭锁简易母差GOOSE输出功能。
保护装置采用下放10kV开关室于开关柜上分散布置。
(610kV分段测控保护装置
除配置常规保护外,还具备简易母差保护,闭锁简易母差输出功能。
(710kV分段备投装置
采用数字接口分段备投装置,具有分段备投,负荷均分,过负荷联切功能。
装置硬件可灵活组态,以GOOSE机制实现保护跳闸。
装置的采样值通过网络获取自间隔数据,其GOOSE开出通过智能操作箱实施跳合闸。
在主变后备过流跳闸、手跳/遥跳主变断路器时,闭锁备自投。
1.2配置情况总结
从以上配置可以看出,
(1对于110KV数字化站,间隔层和过程层统一的装置已经出现,10KV出线等都采用了测控、保护、智能终端、合并单元一体化装置。
(210KV母线配置了两套母差保护,分别为完全母差和不完全母差保护功能(下文介绍。
(3出于可靠性的考虑,10KV出线等没有采用铁心线圈式低功率电流互感器(LPCT。
(4由于为试点站,过程层和间隔层有多个双重化的配置,设备冗余,配置过于复杂,成本过高。
2全站的配置方案二
随着技术发展,数字化技术趋于将逐步成熟,我们有理由相信,未来的110KV数字化站保护配置应趋于简单、可靠,并大幅度降低成本。
过程层主变两侧交流采样配置单重化,仅配置电子式互感器(中性点CT除外。
2.1间隔层保护配置
(1变压器后备保护采用分布式保护,按电压等级布置子单元后备保护,直接采样,就地测量,就地控制;
对于室内GIS厂站,110KV侧后备保护控制测量智能单元,就地安装于GIS汇控柜内;
对于户外安装的厂站,就地安装于智能控制柜内【1】。
10KV采用开关柜方式,保护、控制、合并单元一体化智能设备安装于开关柜内。
该方式实现了保护就地化,大大提高了保护的可靠
性。
图2110KV数字化站过程层和间隔层示意图
(2变压器差动保护可接收两侧子单元通过光纤通道发送的数据。
变压器保护跳母联、分段断路器及闭锁备自投、启动失灵等采用GOOSE网络传输。
变压器保护可通过GOOSE网络接收失灵保护跳闸命令,并实现失灵跳变压器各侧断路器。
(310kV母差保护装置
10kV配一套不完全母差保护。
(410kV分段保护装置
该保护包括备投和保护功能。
其他保护的配置同方案一。
2.2配置情况总结
(1若数字化站在110KV电压等级广泛推广,必定需要成本大幅降低,此方案是最好的选择;
当然若不考虑成本,变低和变高的后备保护智能单元也可双重化。
(2保护的直采直跳提高了可靠性,即使到差动保护的光纤通道出现问题,后备保护和就地跳闸仍在。
310KV简易母线保护的实现
3.1简易母线保护原理
简易母线保护不是单独的保护装置,由嵌入在变压器后备保护或母联(分段装置中的动作元件和嵌入在母联(分段和出线等,保护装置中的闭锁元件组成,由该。
由于简易母线保护需要多个装置之间的传递启动闭锁信号,使得传统方式下各个出线保护和分段保护与简易母线保护之间存在较多硬开入连线,导致了二次回路比较复杂,容易出错,可靠性不高,实时性也不好。
数字化变电站的相关技术已经在国内多个变电站投入应用,并得到较长时间的验证,其中的GOOSE通信机制在部分传统采样变电站也得到了很好的实用验证。
GOOSE的好处在于一旦物理连
接确立,只要通道的带宽足够,可以任意增加连接,可扩展性很强。
采用GOOSE通信,完全回避了以往常规接点误碰的问题,并且在GOOSE断链的情况下可以发出报警信号。
3.2简易母线保护实现方案
(1简易母线输出闭锁功能
输出闭锁GOOSE信号:
出线故障,输出接点闭锁相应的变压器低压侧和母联(分段的母线保护;
在判断到失灵的情况下收回闭锁信号。
该功能配置在出线、站变、分段等保护上。
(2简易母线保护功能要求
简易母线过流保护。
实际为具备反向闭锁功能的过流保护。
开关失灵保护:
开关失灵和发生死区故障,在简易母线保护跳开低压侧开关后,故障电流不消失,经延时跳上级开关。
该功能配置在变低和分段保护上。
3.3小电源出线的处理
简易母线保护中默认1-n闭锁信号输入源为小电源出线,现场将所有的小电源出线对应到这n个输入中。
简易母差第一时限的跳闸出口不设定跳闸控制字,直接通过GOOSE跳开发送闭锁信号的小电源出线(最多为出线1-n。
母线区外故障时,相关保护能够发出闭锁信号闭锁简易母线保护,母线区内故障时,相关保护不能发出闭锁信号,简易母线保护可以快速动作切除变压器低压侧开关。
低压侧如果有小电源,母线区内故障,仅收到小电源并网线路的闭锁信号时,简易母线保护经t1延时先跳开低压侧小电源。
4数字化站的备用电源自投
对于图1的主接线,备自投功能的所需信息来自三个间隔(两变低及分段。
传统的备投装置通过二次电缆将各电流、电压、开关量连接至装置,跳合闸信号也通过二次电缆从传送至操作箱。
随着变电站的数字化发展趋势,传统的二次电缆为网络所取代,变电站的各过程层装置、各间隔层装置,可以通过网络实现信息共享,传递配置和控制命令。
数字化备自投的开关量输入输出都是基于GOOSE的,但是由于采样值传输方式的不同,故可以分为两种应用。
(1交流量是借助多模光纤通道经合并单元由电子式互感器引入,光纤通讯遵循IEC60044-8标准协议。
点对点光纤传入以下模拟量:
三路分段相电流、分段外接零序电流、三路分段测量电流、两个电源的各一相电流和线路电压、两母线三相电压。
(2所有交流量都可以基于IEC61850-9-2采样值传输协议,图一的方案为SMV和GOOSE共单网。
数字化备自投的执行将通过开关对象的智能单元来执行,这是不同于常规自投的。
每个备自投均可设过载联切的功能。
每个备自投的两电源各有3轮减载联切。
这样,两级备自投合计有12轮减载联切命令。
这些命令都通过GOOSE输出。
下表为自投的输出和SV端子表
表一输出虚端子表
本开关跳闸输出合电源2_2输出
本开关合闸输出电源1第一轮减载输出
跳电源1输出电源1第二轮减载输出
跳电源2输出电源1第三轮减载输出
起动对侧负荷均分
输出
电源2第一轮减载输出
合电源1_1输出电源2第二轮减载输出
合电源1_2输出电源2第三轮减载输出
合电源2_1输出本开关位置GOOSE输出
本开关跳闸输出_G合电源2_2输出
表二SV虚端子表
电源1电流A相Ⅱ母电压A相
Ⅰ母电压A相Ⅱ母电压B相
Ⅰ母电压B相Ⅱ母电压C相
Ⅰ母电压C相电源2分支2电流A相
电源2电流A相
5结论
目前,数字化变电站的试点工程很多,由于技术发展和需求的多样化等原因,配置和应用的具体方案不尽相同,本文主要提出了两种110KV数字化变电站的保护配置方案,第一种冗余度高,在数字化技术发展初期实施比较可行,另一方案可在技术成熟时,在考虑可靠性的前提下,简化了配置,降低了成本。
在以上方案的前提下,本文介绍了简易母线保护和备用电源自投在数字化站的应用。
以上提到的方案,完全使用了南瑞继保新一代PCS系列产品,大部分已经应用到实际工程中,目前运行良好。
[1]陈萍,张继军,郭文钟,张战涛,数字化变电站中保护下放问题探讨电力系统保护与控制2009,37(1,98-100
作者信息:
护研究工作。
姓名:
张春合zhangchunhe
作者单位:
南京南瑞继保电气有限公司
通信地址:
江苏省南京市江宁区苏源大道69号,
南京南瑞继保电气有限公司邮政编码211102
邮箱:
zhangch@nari-
作者简介:
张春合(1974—男硕士,高级工程师,从事继
电保护与变电站自动化研究和项目管理工作。
陆征军(1974—男硕士,工程师,从事继电保
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- 110 KV 数字化 变电站 保护 配置 方案 应用