自动化保护系统在风电场的基础应用

[摘 要]近年来，自动化保护系统得到了快速发展和广泛应用，研究其在风电场的基础应用有着重要意义。本文首先介绍了自动化保护系统的构成，并结合相关实践经验，就其相关功能进行了研究，阐述了个人看法与观点。

中图分类号：TM614；TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0243-01

一、前言

随着自动化保护系统应用要求的不断提高，其在风电场中的基础应用得到了业内的高度关注。该项课题的研究，将会更好地提升自动化保护系统的实践应用水平，从而有效优化风电场的最终整体效果。

二、系统构成

风电场的基本结构分为220kV、35kV、10kV、0.4kV四个电压等级。220kV系统由1条出线（220kV茂明线）、1台主变压器（220kV/35kV/10kV变）、1组220kV母线电压互感器，共三个间隔组成；35kV系统由4条进线（#1、#2、#3、#4线）、1套动态无功补偿装置（电容器、电抗器）、1套站用变压器（#1--35kV/0.4kV变）、1组35kV母线电压互感器、1组主变（35kV）低压侧，共九个间隔构成；10kV系统为备用电源系统，由1条进线、1台站用变（#2--10kV/0.4kV变）组成；0.4kV系统为单母线分段结构，I段母线取自#1站用变低压侧、II段母线引自#2站用变低压侧，两段母线经母联开关互锁运行。

在电网角度来分析继电保护综合自动化系统获取信息的途径。电网的结构和参数，可以从调度中心获得；一次设备的运行状态及输送潮流，可以通过监控系统实时获得；保护装置的投退信息，由于必须通过调度下令，由现场执行，因此可以从调度管理系统获得，并从变电站监控系统得到执行情况的验证；保护装置故障及异常，可以从微机保护装置获得；电网故障信息，可以从微机保护及微机故障录波器获得。通过以上分析，可以看出，实现电网继电保护综合自动化系统的信息资源是充分的。

三、功能分析

1.实现继电保护装置对系统运行状态的自适应

电网继电保护的整定计算十分复杂，由于传统的继电保护以预先整定、实时动作为特征，保护定值必须适应所有可能出现的运行方式的变化。假如一个变电站有15个元件，仅考虑本站检修2个元件的组合方式就已经达到数十个，而主变压器系统的检修及系统开环对短路电流和分支系数的影响甚至可能比本站元件检修还要大，它们均需做为组合方式加以考虑，这就使组合方式之多达到难以想像的数量。

为使预先整定的保护定值适应所有可能出现的运行方式的变化，必然出现以下问题：①缩短了保护范围，延长了保护动作延时。②被迫退出某些受运行方式变化影响较大的保护。如四段式的零序电流保护仅能无配合的使用其最后两段。③可能还存在由于运行方式考虑不周而出现失去配合。④被迫限制一次系统运行方式。

电网继电保护综合自动化系统可以彻底改变这种局面。只要在调度端的服务器安装故障计算及继电保护定值综合分析程序，依靠从测控系统获得的系统一次设备的运行状态，就可以迅速准确的判断出当前继电保护装置整定值的可靠性，如出现部分后备保护定值不配合时，根据从调度管理系统获得的线路纵联保护及母差保护的投入情况，确定是否需要调整定值。如需要调整，可通过调度端服务器向变电站的客户机下达指令，由客户机动态修改保护定值，从而实现继电保护装置对系统运行状态的自适应。以上所有计算分析工作，均依靠调度端服务器实时自动完成，这样，继电保护整定值就无需预先考虑那些出现机率很小的组合方式，从而解决困扰继电保护整定计算工作的不同运行方式下可靠性与选择性存在矛盾的问题。系统中运行的保护装置可分为三类：第一类为非微机型保护；第二类为具备多个定值区并可切换的微机保护，一般不具备远方改定值的功能；第三类为新型微机保护，具备远方改定值的功能。对非微机型保护，在调度端可以将其设置为不能自动调整定值的保护，依靠周围保护装置的定值调整，实现与此类保护的配合。对第二类保护，可以事先设置多套整定值，调度端只是通过变电站客户机，控制其在当前运行方式下采用那套整定值来实现定值的自适应。

为提高可靠性，保护定值的自适应可与调度系统的检修申请相结合。当电网继电保护综合自动化系统从调度管理系统获得计划检修工作申请后，即通过计算分析，事先安排定值的调整，并做相应的事故预想（如在检修基础上再发生故障时保护的配合关系计算），从而大大提高系统继电保护装置的效能和安全水平。

2.实现对各种复杂故障的准确故障定位

目前的保护和故障录波器的故障测距算法，一般分为故障分析法和行波法两类。其中行波法由于存在行波信号的提取和故障产生行波的不确定性等问题而难以在电力生产中得到较好的运用。而故障分析法如果想要准确进行故障定位，必须得到故障前线路两端综合阻抗、相邻线运行方式、与相邻线的互感等信息，很显然，仅利用保护或故障录波器自己采集的数据，很难实现准确的故障定位。另外，对于比较复杂的故障，比如跨线异名相故障，单端分析手段已经无法正确判断故障性质和故障距离，因此，往往出现误报。

我们知道，得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确，因此，通过电网继电保护综合自动化系统，可以彻底解决这个问题。调度端数据库中，已经储备了所有一次设备参数、线路平行距离、互感情况等信息，通过共享EMS系统的数据，可以获得故障前系统一次设备的运行状态。故障发生后，线路两端变电站的客户机可以从保护和故障录波器搜集故障报告，上送到服务器。调度端服务器将以上信息综合利用，通过比较简单的故障计算，就可确定故障性质并实现准确的故障定位。

3.完成事故分析及事故恢复的继电保护辅助决策

系统发生事故后，往往有可能伴随着其他保护的误动作。传统的事故分析由人完成，受经验和水平的影响，易出现偏差。由于电网继电保护综合自动化系统搜集了故障前后系统一次设备的运行状态和变电站保护和故录的故障报告，可以综合线路两端保护动作信息及同一端的其他保护动作信息进行模糊分析，并依靠保护和故录的采样数据精确计算，从而能够迅速准确的做出判断，实现事故恢复的继电保护辅助决策。

4.对系统中运行的继电保护装置进行可靠性分析

通过与继电保护管理信息系统交换保护配置、服役时间、各种保护装置的正动率及异常率等信息，电网继电保护综合自动化系统可以实现对继电保护装置的可靠性分析。特别是当某种保护或保护信号传输装置出现问题，并暂时无法解决时，通过将此类装置的可靠性评价降低，减轻系统对此类保护的依赖，通过远程调整定值等手段，实现周围系统保护的配合，防止因此类保护的拒动而扩大事故。

5.自动完成线路参数修正

由于征地的限制，新建线路往往与原有线路共用线路走廊，线路之间电磁感应日益增大，造成新线路参数测试的不准确以及原有线路参数的变化。现在，依靠电网继电保护综合自动化系统，可以将每次故障周围系统保护的采样数据进行收集，利用线路两端的故障电流、故障电压，校核并修正线路参数，实现线路参数的自动在线测量，从而提高继电保护基础参数的可靠性，保证系统安全。

四、结束语

通过对自动化保护系统在风电场基础应用的研究分析，我们可以发现，该项系统良好应用效果的取得，有赖于对其多项影响环节与要素的充分掌控，有关人员应该从风电场的客观实际需求出发，研究制定最为符合实际的自动化保护系统应用策略。

参考文献

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