0引言

隨著以“一個(gè)世界,一種技術(shù),一種標(biāo)準(zhǔn)”為理念的新的信息交換標(biāo)準(zhǔn)的提出,國內(nèi)電力行業(yè)逐步采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行電力系統(tǒng)信息交換的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。隨著南方電網(wǎng)公司建設(shè)數(shù)字電網(wǎng)的戰(zhàn)略推進(jìn),采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)全站通信的智能變電站逐步成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。變電站作為電能輸送和供配的樞紐,需要定期對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行定期檢驗(yàn)來確保設(shè)備功能正常,而繼保設(shè)備的定期檢驗(yàn)也是工作的重中之重^[1]。智能變電站無論是在結(jié)構(gòu)上還是工作原理上都與常規(guī)變電站有著較大區(qū)別,新技術(shù)的引入也必然伴隨著原有的繼電保護(hù)設(shè)備調(diào)試檢驗(yàn)方法的升級(jí)。當(dāng)下智能變電站越來越多,然而二次作業(yè)人員的智能站繼電保護(hù)調(diào)試定檢水平參差不齊,無法在當(dāng)前更新?lián)Q代的大趨勢(shì)下滿足繼電保護(hù)設(shè)備調(diào)試維護(hù)工作的需求。因此,本文以江門110 kv智能變電站學(xué)堂站為例,詳細(xì)闡述智能站繼電保護(hù)設(shè)備的調(diào)試原理及方法。

1 智能變電站簡(jiǎn)介

智能變電站與常規(guī)變電站的不同之處就在于其采用一系列智能設(shè)備建成,智能設(shè)備具有可靠、先進(jìn)、環(huán)保、集成等特點(diǎn),通過過程層網(wǎng)絡(luò)將智能設(shè)備聯(lián)系起來,以過程層交換機(jī)為中樞來完成站內(nèi)信息的測(cè)量、采集、計(jì)量、保護(hù)、控制、檢測(cè)等工作。智能設(shè)備互聯(lián)能實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化、全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化,從而具備智能調(diào)節(jié)、協(xié)同互助、在線分析決策等高級(jí)功能。

圖1所示為江門110 kv智能變電站學(xué)堂站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖。該站采用經(jīng)典的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu),三層即站控層、間隔層、過程層,站控層是指變電站的監(jiān)視控制中心,間隔層是指各個(gè)間隔的保護(hù)、測(cè)控裝置,過程層是指負(fù)責(zé)采集信息的合并單元及負(fù)責(zé)執(zhí)行主控室命令的智能操作箱;兩網(wǎng)就是負(fù)責(zé)站控層與間隔層設(shè)備通信的站控層網(wǎng)絡(luò)以及負(fù)責(zé)過程層和間隔層設(shè)備通信的過程層網(wǎng)絡(luò)。站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)均采用IEC 61850規(guī)約進(jìn)行通信,不同的是站控層通信采用網(wǎng)線連接使用MMS通信,過程層網(wǎng)絡(luò)采用光纖連接使用GOOSE通信。

智能變電站與傳統(tǒng)變電站相比,最大的不同就是使用光纖GOOSE網(wǎng)絡(luò)連接代替了電纜連接,用數(shù)字通信代替了模擬量傳遞信息。傳統(tǒng)變電站的繼電保護(hù)調(diào)試需要使用繼保試驗(yàn)儀接入保護(hù)裝置的電流、電壓回路端子來模擬電流、電壓輸入,還需要引出繼電保護(hù)裝置的開出回路至繼保試驗(yàn)儀來采集保護(hù)裝置的動(dòng)作出口情況,結(jié)合兩者來判斷保護(hù)裝置的邏輯是否正確,此為傳統(tǒng)變電站的調(diào)試定檢方法,此種接線由于有實(shí)際回路連線,操作起來比較清晰。但是智能變電站并無相關(guān)的電流/電壓回路接線、開入/開出回路接線,沒有實(shí)際回路接線,無法使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行繼電保護(hù)調(diào)試工作。

2 智能站繼電保護(hù)調(diào)試原理

本文所述的110 kv智能變電站的保護(hù)裝置包括主變保護(hù)、110 kv線路保護(hù)。由于10kv饋線保護(hù)裝置與開關(guān)安裝至同一高壓柜,無須采用智能方案,因此10 kv部分仍采用常規(guī)調(diào)試方案,且110 kv變電站不配置母線保護(hù),故本文不討論這兩種保護(hù)。

2.1 主變保護(hù)調(diào)試原理

該110 kv智能變電站主變保護(hù)采用雙重化配置,即采用兩套保護(hù)分別對(duì)應(yīng)兩組跳閘線圈,裝置分別為國電南瑞科技股份有限公司的NSR-378T1-DG-N和南瑞繼保工程技術(shù)有限公司的PCS-978GT1-DG-N。本站主變的主保護(hù)為差動(dòng)保護(hù),后備保護(hù)配置有距離保護(hù)、零序保護(hù)、過激磁保護(hù)等,本文著重介紹差動(dòng)保護(hù)原理。

縱差保護(hù)是指由變壓器各側(cè)外附CT構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)。變壓器差動(dòng)是保護(hù)差動(dòng)中最為復(fù)雜的,原因在于變壓器高、低側(cè)的繞組接線方式不同,存在Y/Δ轉(zhuǎn)換。這樣進(jìn)行繼電保護(hù)調(diào)試就要計(jì)算高低壓側(cè)額定電流Ie,公式如下:

式中:UN為各自的額定電壓;n為各自的電流互感器變比;S為變壓器容量。

由于Y/Δ轉(zhuǎn)換,計(jì)算出額定電流后還要將電流折算至同一側(cè),以方便繼電保護(hù)調(diào)試人員輸入模擬量。以Y/Δ-11接線的A相為例,折算公式如下:

式中:i'a、i'b為測(cè)量到的低壓側(cè)電流的二次矢量值;i'd為經(jīng)折算和轉(zhuǎn)角后的各側(cè)線電流矢量值;k為折算系數(shù),通常取1。

分別計(jì)算出三相電流的折算值,再進(jìn)行加量,用以驗(yàn)證差動(dòng)保護(hù)。為防止穿越性大電流引發(fā)電流互感器飽和而造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作,本裝置的主變差動(dòng)保護(hù)采用比率制動(dòng),其差動(dòng)電流Id和制動(dòng)電流Ir計(jì)算如下:

式中:n為該節(jié)點(diǎn)進(jìn)出線回路數(shù);I'_di為對(duì)應(yīng)i回路的電流向量。

其中差動(dòng)電流和制動(dòng)電流需要保證在如圖2所示的曲線范圍動(dòng)作才表示正確。

2.2線路保護(hù)調(diào)試原理

該110 kv智能變電站線路保護(hù)采用單套配置,國電南京 自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn),裝置型號(hào)為 PSL-603UDGA-DG-N。該線路保護(hù)配置的主保護(hù)為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù),差動(dòng)保護(hù)通道采用復(fù)用光纖通道,其原理如圖3所示。后備保護(hù)配置有細(xì)分的I/Ⅱ/Ⅲ段接地距離、相間距離保護(hù)等。

以穩(wěn)態(tài)差動(dòng)為例,穩(wěn)態(tài) I段各相差動(dòng)繼電器的動(dòng)作條件如下:

式中:I_op·Φ為第Φ相的差流測(cè)量值;I_re·Φ為第Φ相的差流動(dòng)作整定值;I^H_mk為保護(hù)啟動(dòng)值。

距離保護(hù)的接地阻抗Zφ和相間阻抗Zφφ算法如下:

式中:Uφ、Iφ分別為單相接地故障時(shí)的故障相電壓、電流值;K_Z為補(bǔ)償系數(shù);I'0為零序電流;Uφφ、Iφφ分別為相間短路故障時(shí)的故障相電壓、電流值。

3 智能變電站繼電保護(hù)調(diào)試方案

3.1 設(shè)備連接

智能變電站由于站控層和過程層無電纜連接,電流、電壓等模擬信號(hào)由合并單元測(cè)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由SV協(xié)議傳輸至間隔層設(shè)備,其他回路如跳閘信號(hào)、閉鎖信號(hào)等采用GOOSE協(xié)議傳輸。因此現(xiàn)場(chǎng)可以采用兩種測(cè)試系統(tǒng)方案:可以使用數(shù)字測(cè)試儀采用光纖接入的方式獨(dú)立校驗(yàn)保護(hù)功能邏輯、動(dòng)作時(shí)間特性;也可以采用常規(guī)測(cè)試儀器以電纜連接的方式從合并單元和智能終端接入,測(cè)試整組系統(tǒng),可同時(shí)驗(yàn)證合并單元、保護(hù)、智能終端完整回路的正確性。當(dāng)下為提高調(diào)試效率,節(jié)約人力成本,均采用第一種調(diào)試接線方案,其連接方式如圖4所示,智能變電站用光纜和虛端子的配合代替了常規(guī)變電站直觀的二次電纜,因此應(yīng)對(duì)SV和GOOSE傳輸機(jī)制有清晰的了解,連接試驗(yàn)儀時(shí),應(yīng)正確配置SCD、CID文件, SV和GOOSE的MAC地址、APPID、VLAN,SV通道數(shù)目和延遲,SV、GOOSE映射等信息。

3.2 功能調(diào)試

繼電保護(hù)調(diào)試之前需要進(jìn)行準(zhǔn)備工作,如辦理工作票、準(zhǔn)備儀器、測(cè)試工具等,還要收集變電站的圖紙資料、設(shè)備說明書、變電站配置描述文件(SCD文件)、智能電子設(shè)備的ICD和CID文件。準(zhǔn)備工作完畢后,如果是新站投運(yùn)調(diào)試則可以直接開始調(diào)試工作,如果是日常運(yùn)行變電站某間隔保護(hù)調(diào)試則還需要做安全措施。安全措施就是將帶電設(shè)備和運(yùn)行間隔與調(diào)試設(shè)備和停電間隔隔離起來的一種措施,其主要目的是保護(hù)人身安全防止觸電,以及保護(hù)設(shè)備安全防止誤碰、誤出口等情況的發(fā)生。安全措施是繼電保護(hù)調(diào)試工作中非常重要的環(huán)節(jié),由專門的二次措施單來進(jìn)行管控^[2]。

繼電保護(hù)調(diào)試內(nèi)容細(xì)分較多,如硬壓板的功能檢測(cè),它包括間隔設(shè)備的檢修硬壓板、遠(yuǎn)方操作硬壓板,過程層設(shè)備的檢修硬壓板、出口硬壓板,主變?cè)O(shè)備還有本體非電量保護(hù)硬壓板。還有軟壓板的功能檢測(cè),它包括保護(hù)功能軟壓板,如差動(dòng)保護(hù)、重合閘、距離保護(hù)、過流保護(hù)軟壓板;如GOOSE開入、開出口軟壓板,需要驗(yàn)證壓板退出后,保護(hù)不再判別接收和發(fā)送GOOSE變位信息,但GOOSE鏈路狀態(tài)不中斷;如SV接收軟壓板,保護(hù)裝置應(yīng)按合并單元設(shè)置“SV 接收軟壓板”,驗(yàn)證壓板退出后保護(hù)不再判別對(duì)應(yīng)鏈路采樣值^[3]。

繼電保護(hù)功能調(diào)試前還要進(jìn)行CT回路的絕緣測(cè)試,防止CT回路絕緣低導(dǎo)致采樣失真,同時(shí)還要對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行采樣驗(yàn)證,即使用繼保試驗(yàn)儀器輸入電流、電壓信息以檢測(cè)繼電保護(hù)裝置采樣功能是否正確,采樣功能無異常再進(jìn)行下一步功能的檢測(cè),按照上述介紹的繼電保護(hù)調(diào)試原理進(jìn)行,使用繼保試驗(yàn)儀模擬相應(yīng)故障場(chǎng)景逐一驗(yàn)證裝置投入的保護(hù)功能的正確性。如主變保護(hù)的調(diào)試,首先要根據(jù)公式計(jì)算各側(cè)的額定電流,再折算電流至同一側(cè),加量驗(yàn)證平衡性,然后調(diào)試比率差動(dòng)保護(hù),驗(yàn)證其工作區(qū)間和K值是否正確。線路保護(hù)也要驗(yàn)證縱連差動(dòng)保護(hù),其中要注意設(shè)置保護(hù)裝置的通道環(huán)回試驗(yàn)?zāi)Ｊ?用自環(huán)加量減半的方式來驗(yàn)證差動(dòng)動(dòng)作值的正確性。保護(hù)功能檢測(cè)完畢后要進(jìn)行整體傳動(dòng)調(diào)試,即投入出口跳閘功能,模擬故障場(chǎng)景保護(hù)動(dòng)作出口跳閘對(duì)應(yīng)開關(guān),以此來驗(yàn)證整個(gè)回路的正確性。至此,繼電保護(hù)調(diào)試工作完畢,可以清理現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備和工具并恢復(fù)開工前所做的安全措施。

4 結(jié)束語

本文基于江門110 kv智能變電站學(xué)堂站整體驗(yàn) 收工程,介紹了一種智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備調(diào)試方案,首先介紹了智能變電站與常規(guī)變電站的區(qū)別,深入分析了該區(qū)別對(duì)繼電保護(hù)調(diào)試工作的影響;接著介紹了110 kv學(xué)堂站繼電保護(hù)設(shè)備及其保護(hù)功能原理,明確了智能站繼電保護(hù)調(diào)試的理論框架;最后結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作,從接線原理開始,從調(diào)試前準(zhǔn)備、安全措施、壓板檢測(cè)、保護(hù)功能調(diào)試驗(yàn)證等幾個(gè)方面闡述了智能站繼電保護(hù)調(diào)試的整體方案及其注意事項(xiàng),為智能站的繼電保護(hù)調(diào)試工作提供了實(shí)用方案。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京:中國電力出版社,2009.

[2]馬婧怡.關(guān)于智能變電站繼電保護(hù)調(diào)試方法及其應(yīng)用的研究[J].百科論壇電子雜志,2019(3):366.

[3]姜明.智能變電站繼電保護(hù)檢測(cè)與調(diào)試方法分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015,12(17):112.

《機(jī)電信息》2024年第17期第7篇