继电保护在智能变电站的应用

摘要:智能变电站是坚强智能电网的重要基础和支撑。由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成,以高速网络通信平台为信息传输基础,自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能,并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。而智能变电站的应用也将对继电保护技术产生重大影响。

关键词:继电保护;智能变电站;智能电网

1. 概述

1.1传统电网与继电保护

传统电网自愈能力差、供电可靠性差,对客户的服务简单、信息单向;系统内部缺乏信息共享,不能构成一个实时的有机统一整体, 所以整个电网的智能化程度较低。

1.2智能电网与继电保护

智能电网(smart grid)也叫知识型电网(intelligrid)或者现代电网(modern grid),是有机融合了信息、数字等多种前沿技术的输配电系统;其发展目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网。近期数字化变电站继电保护的实现方案:按照目前的设备、技术发展水平,数字化变电站二次设备应为三层结构,即智能终端设备、间隔层设备、站控层设备,网络分为三类,即数据采样(SMV)、控制(GOOSE)、信息管理(MMS)。

2. 数字化(智能)变电站新技术对继电保护的影响

2.1 电子式互感器应用对继电保护的影响

对于线路光纤差动保护要求各侧模拟量必须同步采样,因此必须研究站间采样同步问题,需要重点研究智能变电站与常规变电站之间以及智能变电站与智能变电站之间的采样同步问题,以便满足继电保护原理的工作条件。对于采用61850 9-2标准,合并单元与保护装置之间一般经过一级或多级网络交换机,网络的传输延时对采样同步的也会造成很大影响。

2.2网络通信技术对继电保护的影响

在智能变电站中,光纤通信网路取代了间隔层装置与过程层一次智能设备的电缆硬连接以及间隔层装置之间的信息联系。保护、测控装置信息的采集与命令的发出完全依赖与计算机网络。计算机网络已经成为保护、测控装置的重要组成部分。

3. 智能变电站继电保护技术

3.1 技术原则

国家电网公司企业标准《智能变电站技术导则(报批稿)》基本技术原则规定:智能变电站的设计及建设应按照DL/T1092三道防线要求,满足DL/T755三级安全稳定标准;满足GB 14285继电保护灵敏性、选择性、速动性、可靠性的要求;遵守《电力二次系统安全防护总体方案》。

3.2 技术方案

IEC61850标准的正式颁布为数字化变电站的实施铺平了道路,各厂家得以在标准规定或推荐的方式下推出数字化的继电保护产品,避免了厂家之间方案和设备出现较大的差异。目前:IEC61850-9-1已由IEC正式撤消,在我国的IEC61850-9-1只适宜近期可暂时采用,推荐使用IEC61850-9-2。

(1)网络方式

目前国内各厂家的开关量的数字化方面均使用了GOOSE作为传输手段,在GOOSE的传输上均采用了以太网方式,统一性较好。在模拟量的传输上国内有采用光纤串口和光纤以太网两种方式传输采样值SMV报文,按照IEC61850标准的推荐,采样值报文传输应该使用以太网实现,各厂家应该按照IEC61850的推荐进行数字化变电站的工作。

(2)互感器技术

先进互感器目前主要有ECT(罗氏线圈)、OCT(光电)、LPCT(低功率线圈)三种。ECT使用较多,但在供电的可靠性方面有待提高, 特别是就地户外安装的CT供电模块定期需要更换,并且经常出现异常的波形。LPCT和常规互感器比较接近,但抗干扰要求较高以及还需要铺设电缆。因此,总的来说互感器技术还是有待提高。

(3)对时和同步技术

对时和同步是智能变电站需要考虑的重要技术问题。目前国内外普遍采用GPS时钟源对站内设备进行对时。通过SNTP以网络方式对变电站层的设备进行对时,SNTP的精度为±10ms可以满足变电站层监控、远动、故障信息子站等设备对时间精度的要求。间隔层IED以及过程层智能操作箱需要产生SOE,为了达到SOE±1ms的时标精度要求,使用IRIG-B方式进行硬件对时。通过PPS或IRIG-B对合并单元进行对时。无论是IRIG-B还是PPS方式,都需要铺设对时光缆介质。这增加了成本和工程量,这些对时精度,尚不能达到保护装置的对时要求,保护装置的角度误差精度要求为不大于3°,折算为时间为(1/6)ms,考虑到±误差和可靠系数,对时精度应不大于50us,目前国内外普遍看好无需专用介质的网络对时方式IEEE1588,其精可以达到±4us。

(4)采样值(SMV)组网方案

在智能变电站中广泛使用了电子互感器,电流、电压被就地采样,合并单元将各单相电压、电流数字量进行合并,然后按照一定格式传给间隔层IED。合并单元被认为是电子互感器的组成部分,因此合并单元与电子互感器之间的通信格式没有被标准化,各制造商使用自己的私有格式和通信机制。合并单元对外与间隔层IED通信的协议被标准化了,目前可遵循的标准有IEC60044-8、IEC61850-9-1和IEC61850-9-2。这三种标准各有特点, 这三种标准在继电保护系统中的应用及其影响也是需要进一步研究的内容。

(5)GOOSE组网方案

GOOSE网络主要用于间隔层IED与过程层智能操作箱之间的信息传输,以及间隔层IED之间的逻辑闭锁信息传输。在工程实践中有多中应用模式。GOOSE网络是智能变电站的重要组成部分,其组网模式等许多问题都将在本项目中涉及,由于GOOSE担负了继电保护出口跳闸和其他重要信息的传送,因此对GOOSE跳闸等信息可靠性的有待进一步的实践。

结论:继电保护技术的发展方向为:将传统继电保护技术以合适方式平移到数字化和智能变电站中,结合数字化和智能变电站的特点,在确保可靠性、选择性、灵敏性、速动性等前提下积极探索优化和集成等新技术、新应用。