站域保護與控制

站域保護與控制基于智能變電站過程層與站控層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息共享優(yōu)勢，綜合利用站內(nèi)多間隔線路、元件的電氣量、開關(guān)量信息，實現(xiàn)故障點的快速、準(zhǔn)確、可靠隔離，實現(xiàn)站內(nèi)冗余后備保護、優(yōu)化后備保護及安全自動控制等功能，是站域的保護功能和安全自動裝置功能的一體化。站域保護與控制通過獲取多個間隔的電氣量和開關(guān)量信息，進而充分利用這些信息形成面向多個間隔的保護與控制功能。由于所利用的信息更多，因此有可能構(gòu)建更為智能化的保護和控制功能。

1.站域保護的范圍及原理

站域保護的保護范圍和應(yīng)實現(xiàn)的功能與層次化保護體系的劃分密切相關(guān)，劃分的差異主要在于是否包含變電站的出線，即站域差動保護算法的范圍劃分。站域差動保護范圍應(yīng)包括站內(nèi)所有母線和變壓器元件，也可以包活變電站出線，還可以集成一些如線路過負(fù)荷聯(lián)切、低頻/低壓減載、備自投、重合用等自動裝置功能。

由于在層次化保護體系中，廣域保護作為站域保護上層決策中心支持更大的保護范圍，站域保護至少應(yīng)提供對變電站站內(nèi)設(shè)備及出線的后備保護功能，在主保護拒動或斷路器失靈情況下可靠跳閘，并提供廣域保護接口，作為子單元與廣域保護決策中心進行信息交互，并可適當(dāng)集成備自投等站域控制功能。站域保護范圍的擴大會導(dǎo)致保護快速性及可靠性的降低，在層次化保護體系中已有就地快速主保護，故站域保護作后備保護功能的適應(yīng)性較好。

站城保護的原理主要有網(wǎng)種;一種是利用電流差動原理實現(xiàn)保護;另一種是利用方向信息實現(xiàn)保護，另外，還有利用分布式概念對保護功能進行劃分的愿理、利用基于故障分量電流信息等新技術(shù)的站域保護方案。

（1）電流差動原理。電流差動保護原理以其具備天然的選相能力、完全的選擇性、較快的動作速度和不受系鏡振蕩影響等特點，主要作為主保護應(yīng)用于電力系統(tǒng)保護中。電流差動原理需同步獲取變電站內(nèi)元件及出線的電流信息，同步的數(shù)據(jù)采集是制約其有實際工程應(yīng)用的關(guān)鍵因素，并且在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，交換機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)廷時也會影響保護的性能。

（2）方向信息。利用方向信息的站城保護原理在變電站所有線路上安裝方向元件，形成與一次設(shè)備關(guān)聯(lián)的方向矩陣信息，將故障狀態(tài)下的方向信息矩陣與正常狀態(tài)下的方向信息矩降進行對比分析，即可定位放障元件。基于方向比較原理形感信息矩陣進行故障定位，其算法實現(xiàn)簡單、動作速度快，具有較強的可擴展性，利用冗余信息增強了容錯性能，在缺少某個方向元件的信息時仍具有良好的適應(yīng)性。

分布式的并行計算是計算機科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，分布式將一個整體的功能分割成多個獨立的小功能完成。綜合后得到最終結(jié)果。其他的站城保護方案多是由各元件保護機械集成、與傳飲的保護配置沒有本質(zhì)上的區(qū)別。

計對智能變電站開發(fā)實用化站域后備保護裝置，使得一臺后備保護裝置即可實現(xiàn)傳統(tǒng)的多臺后備保護裝置功能。在經(jīng)濟效益方面，若以取消化統(tǒng)后備保護裝置為前提;結(jié)域后備保護裝置配置于智能變電站中，大大減少了傳統(tǒng)的后備保護裝置數(shù)量，簡化了二次設(shè)備接線方式，降低了變電站規(guī)模及施工周期。提高了數(shù)率，節(jié)約了建設(shè)成本，后期維護工作量也會減少。

2. 站域保護的作用與功能

站城保護與控制裝置通過網(wǎng)絡(luò)接收電氣量采樣數(shù)據(jù)〈網(wǎng)采）;發(fā)出跳合閘等控制命令（阿跳》。站坡保護與控制裝置在智能變電站中的位置及對外信息交互如圖8-49所示，其采集全站過程層與站控層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息，完成就地級保護的冗余后備、優(yōu)化后備及安全自動控制。同時具備獨立的通信接口，支持廣域通信，實現(xiàn)廣域保護控制系統(tǒng)的子站功能。

站域保護與控制裝置目前只用在220kV及以下電壓等級變電站的110kV及以下電壓等級側(cè)。每種功能均具備軟壓板進行功能投退，根據(jù)運行需求進行功能選擇。

（1）冗余保護功能。站內(nèi)110kV及以下電壓等級單套配置的保護功能冗余，包括線路冗余保護功能、主變壓器冗余保護功能，母線冗余保護功能，分段保護功能，電容、電抗保護功能及站用變壓器保護功能。

（2）優(yōu)化后備保護功能。優(yōu)化后備保護功能包括;①結(jié)域保護控制對站內(nèi)斷路器狀態(tài)實時監(jiān)視，判別站內(nèi)接線拓?fù)�，形成反映各元件連接關(guān)系的關(guān)聯(lián)矩陣，識別拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化保護功能;②基于多間隔數(shù)掘共享的保護功能優(yōu)化;③在單間隔采樣數(shù)據(jù)異常導(dǎo)致就地保護閉鎖時，通過多間隔采樣數(shù)據(jù)的共享，在站城保護控制裝置中進行數(shù)據(jù)恢復(fù)，實現(xiàn)保護功能;④故障發(fā)生后，就地級保護在確定故障后瞬時發(fā)出切除故障的命令，站域保護在獲取相應(yīng)間隔的保護跳傭命令時監(jiān)視斷路器的狀態(tài)，經(jīng)一定廷時確定斷路器未跳開后，依據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖跳開相鄰的斷路器（失靈保護）;⑤優(yōu)化后各保護動作時間;⑤35kV及10kV母線保護。

（3）安全自動控制功能，安全自動控制功能包括低頻、低壓減載，站域備用電源自動投入，主變壓器過載聯(lián)切，負(fù)荷均分等自動控制功能。

（4）廣城保護控制的子站功能。完成廣越保護控制系使的子站功能，含站城保護控制信息的采集、處理及轉(zhuǎn)發(fā)功能;完成區(qū)域電網(wǎng)保護控制的子站功健。

需要說明，站域保護與控制裝置中冗余保護功能不含線路縱聯(lián)保護，原因是;①通道和對側(cè)設(shè)備不支持，若要支持需增加大量設(shè)備和工程量;②若含線路縱聯(lián)保護，站域保護會通過線路關(guān)聯(lián)多個站，復(fù)雜程度大大增加，影響范圍較大。

站域保護與控制裝置中不需要包含 10kV 間隔保護的冗余，原因是10kV 間隔采用傳統(tǒng)互感器和"六合一"裝置，無獨立的合并單元和智能終端。若站域保護裝置實現(xiàn)10kV間隔保護，其采樣和出口同樣要經(jīng)過"多合一"裝置。"多合一"裝置因故退出運行時，站域保護起不到冗余作用。

站域保護與控制裝置中的冗余保護只包含對單套配置保護的冗余。若主變壓器保護已雙重化配置，站域保護控制裝置中不宜再配置冗余。若再冗余，會帶來三套保護的配合問題及三套保護與備用電源自動投人等其他設(shè)備的配合問題，增加了復(fù)雜性，也無必要。

另外，原有分散配置在分段保護或橋保護中的備用電源自動投人功能保留，與站域保護和控制裝置的集中備用電源自動投人互為備用，只授一套，防止站域保護檢修時企站備用電源自動投人失去;原有分散配置的10kV出線保護中若有低額、低壓，減載功能則保留，與站域保護和控制裝置的低頻、低壓減載互為備用，可只投一套、也可同時投、以防止站域保護檢修時，全站低頻低壓減載功能失去。

3.110kV線路保護與母聯(lián)（分段）冗余保護介紹

110kV線路就地級保護一般單套配置，當(dāng)因故退出運行時，110kV線路會失去保護。基于此，站域保護控制裝置中也集中配置 110kV線路保護，作為就地級保護的冗余。但由于通信通道限制等原因，站域保護中的線路保護不考慮縱聯(lián)保護。其他如距離保護、零序過電流保護、重合閘、手合后加速以及110kV母聯(lián)（分段）過電流保護等保護功能同就地級110kV線路保護一致。

母聯(lián)（分段）充電過電流保護包括三段相電流過電流保護與一段零序過電流保護。當(dāng)最大相電流大于相電流過電流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段定值或零序電流大于充電零序過電流定值，并分別經(jīng)各自延時定值，保護發(fā)跳閘命令。

4.補充或優(yōu)化后備保護

補充或優(yōu)化后備保護主要包括斷路器失靈保護、母聯(lián)（分段）失靈保護和變壓器優(yōu)化后備保護。

（1）斷路器失靈保護。站域保護與控制裝置中的110kV母聯(lián)（分段）冗余保護除了完成母聯(lián)（分段）的充電過電流保護，還完成110kV側(cè)斷路器的失靈保護。其保護邏輯與就地級母聯(lián)（分段）保護及就地級母線保護中的斷路器失靈保護邏輯一致。斷路器失靈保護由各連接元件保護裝置提供的保護跳閘觸點啟動。失靈電流判別功能由站域保護裝置實現(xiàn)。

（2）母聯(lián)（分段）失靈保護。當(dāng)保護向母聯(lián)（分段）斷路器發(fā)出跳閘命令后，經(jīng)過整定延時后，母聯(lián)（分段）電流大于母聯(lián)（分段）失靈電流整定值時，母聯(lián)（分段）失靈保護經(jīng)過差動復(fù)合電壓閉鎖開放后切除相關(guān)母線上的所有連接元件。

（3）變壓器優(yōu)化后備保護。220kV及以上系統(tǒng)設(shè)計時，就地化的變壓器保護均按照主后一體雙重化的設(shè)計原則配置，任一套變壓器保護因故退出運行，不會對變壓器的運行造成影響。110kV及以下系統(tǒng)。就地化的變壓器保護均按照主后一體雙重化配置或主后分置的保護配置，任一套保護設(shè)備退出，不會對變壓器的運行造成影響。基于上述原因及站間信息共享和協(xié)同保護技術(shù)，站域保護對變壓器后備保護進行了補充，通過相鄰間隔保護的閉鎖和加速信號來提升變壓器后備保護的性能。

如圖8-50所示，變壓器低壓側(cè)（QF1、QF2）后備過電流保護動作切除故障，動作延時較長，會對一次設(shè)備造成危害。采用簡易母線保護可快速切除低壓側(cè)故障，以減少變申站低壓側(cè)母線短路故障對開關(guān)柜和變壓器的危害。

當(dāng)變壓器低壓側(cè)斷路器合于故障時，變壓器后備保護加速跳閘。后備保護開放條件是斷路器在分位或在分位變?yōu)楹衔坏?00ms內(nèi)。

母線區(qū)外故障時，低壓側(cè)出線等相關(guān)保護能夠發(fā)出信號閉鎖，簡易母線保護;母線區(qū)內(nèi)故障時，低壓側(cè)出線等相關(guān)保護不發(fā)出閉鎖信號，簡易母線保護可以快速動作切除變壓器低壓側(cè)斷路器。低壓側(cè)如果有小電源（工7）。則母線區(qū)內(nèi)故障。簡易母線保護經(jīng)延時先跳開低壓側(cè)小電源（QF8），再經(jīng)延時跳開低壓側(cè)斷路器（QF4）。

圖中，當(dāng)k10 故障時，TA4過電流超過低壓分支2（QF7）簡易母線保護定值，無外部線路保護閉鎖條件，簡易母線保護動作跳開QF7。當(dāng)k9故障時，TA4過電流超過低壓2分支簡易母線保護定值。而TA10外部線路保護啟動，啟動信號通過 GOOSE送至站域保護，閉鎖低壓分支2簡易母線保護，QF7不會跳閘。

當(dāng)k6故障時（有小電源支路），盡管TA1過電流超過定值，但QF8方向電流保護啟動，啟動信號通過GOOSE送至站域保護，閉鎖低壓分支1簡易母線保護，QF4不會跳閘。若k2故障時，QF8反方向電流保護不啟動，無閉鎖信號。TA1過電流超過定值，1時限跳開QF8（小電源支路）），2時限跳開主變壓器支路QF4。

當(dāng)k6故障時，TA7過電流動作，閉鎖QF5低壓分支簡易母線保護。若QF10失靈，該線路過電流保護跳閘命令發(fā)出后延時（150ms）將過電流保護啟動閉鎖信號收回，低壓分支簡易母線保護仍能正確動作。

5.備用電源自動投入功能

站域保護與控制裝置中的備自投功能，不局限于實現(xiàn)某個電壓等級的備自投，而是著眼于全站，實現(xiàn)多個電壓等級的備自投功能。對于110kV變電站，甚至可實現(xiàn)全站備自投，包括高壓側(cè)進線備自投、橋備自投、中壓及低壓分段備自投。

6.分布式母線保護技術(shù)

相比于集中式母線保護，分布式母線保護的 SV接口和 GOOSE接口分散在多個子單元裝置中配置，主單元裝置設(shè)計比較容易實現(xiàn)，功耗、散熱等問題也比較容易解決。但也需要解決兩個重點問題∶一是大量數(shù)據(jù)的可靠、實時傳輸;二是高精度的同步采樣。

分布式母線保護裝置整體設(shè)計方案如圖8-51所示。圖中 BU為從機處理單元（子單元），CU為主機處理單元（主單元），BU與CU 之間通過光纖網(wǎng)絡(luò)連接。負(fù)責(zé)電流采集的合并單元及智能終端通過光纖與從機單元 BU相連，負(fù)責(zé)電壓采集的合并單元及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腉OOSE開關(guān)量通過光纖與主機單元CU連接。