[摘要]  本文分析了傳統(tǒng)的變壓器后備保護(hù)跳閘方式的整定原則，并指出了當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生改變或相鄰保護(hù)動(dòng)作異常時(shí)，傳統(tǒng)變壓器后備保護(hù)不能相應(yīng)的改變保護(hù)跳閘方式，仍然按照整定的時(shí)間及相應(yīng)的跳閘方式進(jìn)行跳閘，這樣會(huì)增加了故障切除的時(shí)間的問題。本文。為此提出了在智能變電站中利用過程層網(wǎng)絡(luò)的斷路器位置以及相鄰保護(hù)啟動(dòng)和動(dòng)作信息，來智能調(diào)整變壓器后備保護(hù)跳閘方式的策略，有效縮短了故障切除時(shí)間，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。該方案也為新一代智能變電站層次化保護(hù)中站域保護(hù)的研究提供了新的思路。

關(guān)鍵詞  智能跳閘 變壓器后備保護(hù) 智能變電站 電力系統(tǒng)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展以及各種先進(jìn)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，智能化已經(jīng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而智能變電站作為智能電網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)也將逐步取代傳統(tǒng)變電站。變壓器保護(hù)一般根據(jù)一定的整定原則與相鄰保護(hù)進(jìn)行配合，并采用時(shí)間等步長增加的方式，逐級(jí)跳開相應(yīng)的開關(guān)，但這種整定的跳閘方式不能根據(jù)變電站運(yùn)行的情況適時(shí)調(diào)整，在變電站運(yùn)行方式發(fā)生改變或相鄰保護(hù)動(dòng)作異常時(shí)，一些保護(hù)仍按照原整定方式跳閘，就不能盡快切除故障。為此，本文提出在智能變電站中利用過程層網(wǎng)絡(luò)的斷路器位置以及相鄰保護(hù)啟動(dòng)和動(dòng)作信息來智能調(diào)整變壓器后備保護(hù)跳閘方式的策略，從而智能變電站內(nèi)變壓器保護(hù)可通過過程層GOOSE網(wǎng)獲取相關(guān)開關(guān)位置信息和相鄰保護(hù)信息，實(shí)時(shí)判別變電站的運(yùn)行方式并結(jié)合相鄰保護(hù)的動(dòng)作行為，根據(jù)預(yù)訂的策略調(diào)整后備保護(hù)的跳閘方式，達(dá)到更可靠、更快速切除故障的效果。

1 傳統(tǒng)變壓器后備保護(hù)跳閘整定說明

圖1為某220kV變電站的典型設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)以過流保護(hù)為例，介紹某地區(qū)變壓器后備保護(hù)整定原則。

圖1 220kV變電站典型設(shè)計(jì)圖

1、低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)作為低壓側(cè)母線以及低壓側(cè)出線相間故障的后備保護(hù)，低壓側(cè)復(fù)壓過流其時(shí)間定值應(yīng)配合低壓側(cè)出線保護(hù)最長時(shí)間，1時(shí)限2s，跳低壓側(cè)分段（BRK4），2時(shí)限跳低壓側(cè)開關(guān)（BRK3），3時(shí)限跳主變?nèi)齻?cè)（BRK1、BRK2、BRK3），時(shí)限級(jí)差為0.3s。

               （1）

2、變壓器中壓側(cè)復(fù)壓方向過流保護(hù)作為變壓器中壓側(cè)出線、中壓側(cè)及母線故障的后備保護(hù)，

其定值按照變壓器額定容量整定，時(shí)間配合中壓側(cè)出線距離三段保護(hù)時(shí)間。

這里假設(shè)中壓側(cè)出線距離三段保護(hù)時(shí)間為TZ3T_Z3，保護(hù)過流整定時(shí)間級(jí)差為0.3S3s，則有：

             （2）。

其中1時(shí)限跳主變中壓側(cè)母聯(lián)分段開關(guān)（BRK5、BRK6、BRK7、BRK8），2時(shí)限跳主變中壓側(cè)開關(guān)（BRK2）。

3、變壓器高壓側(cè)復(fù)壓方向過流保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障、中低壓側(cè)母線故障的后備保護(hù)，

其定值按照變壓器額定容量整定，時(shí)間配合中壓側(cè)復(fù)壓方向過流保護(hù)和低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)時(shí)間，保護(hù)過流整定時(shí)間級(jí)差為0.3S3s，則有

那么高壓側(cè)復(fù)壓方向過流保護(hù)兩個(gè)時(shí)限的自動(dòng)整定定值的整定時(shí)間為：

  （3）

其中1時(shí)限跳主變中壓側(cè)開關(guān)（BRK2），2時(shí)限跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)（BRK1、BRK2、BRK3）。

2 傳統(tǒng)變壓器后備保護(hù)跳閘方式的局限

1、故障點(diǎn)位于K1處時(shí)，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)分段在分位時(shí)，低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)仍然按照既定邏輯1時(shí)限2s跳分段開關(guān)，2時(shí)限2.3s才能跳低壓側(cè)開關(guān)、來切除故障，這樣無形中就犧牲了0.3s的切除故障時(shí)間。

2、故障點(diǎn)位于K1、K2處時(shí)，低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)仍然要躲過低壓側(cè)出現(xiàn)的最長動(dòng)作時(shí)間2s，即延時(shí)2s后才能切除故障。

3、故障點(diǎn)位于K3處時(shí)，當(dāng)中壓側(cè)母聯(lián)、分段在分位時(shí)，中壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)仍然按照既定邏輯1時(shí)限躲中壓側(cè)出線距離3三段時(shí)間跳母聯(lián)、分段開關(guān)，2時(shí)限Tset2M才能跳中壓側(cè)開關(guān)、來切除故障，這樣無形中也犧牲了0.3s的切除故障時(shí)間。

4、無論故障點(diǎn)位于K1或K3，高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)都始終按照中、低壓側(cè)復(fù)壓過流時(shí)間的最大值延時(shí)，無法動(dòng)態(tài)的地根據(jù)中、低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)動(dòng)作行為來動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間。

5、故障點(diǎn)位于變壓器內(nèi)部時(shí)，若主保護(hù)拒動(dòng)，則高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)只應(yīng)與主保護(hù)配合，0.3s后跳三側(cè)開關(guān)。在傳統(tǒng)跳閘方式下，高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)按既定方案需要延時(shí) 才能跳變壓器三側(cè)開關(guān)，來切除故障。

3 運(yùn)行方式及相鄰保護(hù)信息獲取

要實(shí)現(xiàn)變壓器后備保護(hù)的智能跳閘，變壓器保護(hù)需要獲取相關(guān)開關(guān)位置信息（低壓側(cè)分段開關(guān)位置、中壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)位置以及中壓側(cè)分段開關(guān)位置）和相配合保護(hù)的信息，。以上述過流保護(hù)為例，需要獲得低壓側(cè)出線過流保護(hù)的啟動(dòng)信息以及中壓側(cè)出線線路保護(hù)啟動(dòng)元件和方向元件的信息。智能變電站中二次設(shè)備的采樣及跳閘等對(duì)時(shí)效性要求高的信息均通過面向?qū)ο笸ㄓ檬录℅OOSE）網(wǎng)絡(luò)傳輸，現(xiàn)行智能變電站中過程層GOOSE網(wǎng)一般按照電壓等級(jí)組網(wǎng)，而變壓器保護(hù)作為跨電壓等級(jí)的保護(hù)能夠獲取全站各電壓等級(jí)過程層網(wǎng)絡(luò)的信息。

GOOSE網(wǎng)絡(luò)采用發(fā)布/訂閱的通訊通信機(jī)制，在現(xiàn)行智能變電站中各開關(guān)位置均已在過程層網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布，主變保護(hù)只需訂閱相應(yīng)的信息即可。

對(duì)于相鄰保護(hù)的信息，由于現(xiàn)有線路保護(hù)并未將啟動(dòng)元件和方向元件信息發(fā)布，就需要線路保護(hù)將啟動(dòng)元件和方向元件信息在各自的過程層網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布。

4 智能跳閘方案

變壓器保護(hù)可通過發(fā)布/訂閱機(jī)制獲取變電站各開關(guān)的位置以及狀態(tài)信息，同時(shí)變壓器后備保護(hù)也可以獲得與其配合的相鄰保護(hù)的啟動(dòng)、動(dòng)作信息，再對(duì)所獲得的信息進(jìn)行綜合分析，就可以大大大幅優(yōu)化變壓器的后備保護(hù)，智能調(diào)整后備保護(hù)的跳閘方式，縮短切除故障的時(shí)間。下面同樣以過流保護(hù)為例介紹智能跳閘邏輯。

1、低壓側(cè)復(fù)壓過流跳閘方式智能調(diào)整邏輯如圖2所示，智能跳閘方案見表1。低壓側(cè)復(fù)壓過流啟動(dòng)滿足動(dòng)作條件后，首先監(jiān)測(cè)低壓側(cè)出線保護(hù)啟動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)出線保護(hù)未啟動(dòng)時(shí)，故障點(diǎn)位于低壓側(cè)母線至低壓側(cè)CTTA之間，強(qiáng)制延時(shí)為0.3s，當(dāng)在分段開關(guān)位于合位時(shí)，跳開分段開關(guān)，當(dāng)在分段開關(guān)位于分位時(shí)，直接跳低壓側(cè)開關(guān)。若出線保護(hù)啟動(dòng)，則故障點(diǎn)位于低壓側(cè)出線，則就強(qiáng)制延時(shí)為2s，在當(dāng)分段開關(guān)位于合位時(shí)，跳低壓側(cè)分段開關(guān)，當(dāng)在文分段開關(guān)位于分位時(shí)，直接跳低壓側(cè)開關(guān)。

表1 低壓側(cè)復(fù)壓過流智能跳閘方案

圖2 低壓側(cè)復(fù)壓過流智能跳閘邏輯

2、中壓側(cè)復(fù)壓過流跳閘方式智能調(diào)整邏輯如圖3所示，智能跳閘方案見表2。中壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)的智能跳閘方案與低壓側(cè)類似。，即通過過程層網(wǎng)絡(luò)獲取中壓側(cè)出線線路保護(hù)啟動(dòng)元件信息和方向元件信息可以來區(qū)分故障點(diǎn)位置。若中壓側(cè)線路保護(hù)啟動(dòng)且方向元件指向線路，則故障點(diǎn)位于中壓側(cè)出線，中壓側(cè)復(fù)壓過流1時(shí)限時(shí)間強(qiáng)制為TZ3+0.3s；若線路保護(hù)均未啟動(dòng)或方向元件指向母線，則故障點(diǎn)不在中壓側(cè)出線上，復(fù)壓過流1時(shí)限時(shí)間不需與線路保護(hù)配合，1時(shí)限時(shí)間強(qiáng)制為0.3s。接著再判別中壓側(cè)母聯(lián)分段位置，若母聯(lián)分段位于合位，則1時(shí)限跳母聯(lián)分段開關(guān)；若位于分位，則直接跳中壓側(cè)開關(guān)。

表2  中壓側(cè)復(fù)壓過流智能跳閘方案

圖3 中壓側(cè)復(fù)壓過流智能跳閘邏輯

3、高壓側(cè)復(fù)壓方向過流跳閘方式智能調(diào)整邏輯如圖4所示，智能跳閘方案見表3。保護(hù)監(jiān)測(cè)低壓側(cè)復(fù)壓過流以及中壓側(cè)復(fù)壓方向過流保護(hù)，當(dāng)中壓側(cè)復(fù)壓過流未啟動(dòng)或方向元件指向主變，同時(shí)低壓側(cè)復(fù)壓過流未啟動(dòng)時(shí)，故障點(diǎn)位于主變內(nèi)部，此時(shí)強(qiáng)制延時(shí)0.3s跳變壓器三側(cè)開關(guān)。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)復(fù)壓過流啟動(dòng)，而中壓側(cè)復(fù)壓過流未啟動(dòng)或方向元件指向主變時(shí)，故障點(diǎn)位于低壓側(cè)，。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)復(fù)壓過流未啟動(dòng)，而中壓側(cè)過流啟動(dòng)且方向指向母線時(shí)，故障點(diǎn)位于中壓側(cè)，，若低壓側(cè)復(fù)壓過流啟動(dòng)，中壓側(cè)復(fù)壓過流啟動(dòng)且方向指向母線，則按照整定時(shí)間延時(shí)，1時(shí)限跳中壓側(cè)開關(guān)，2時(shí)限跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。

表3  高壓側(cè)復(fù)壓過流智能跳閘方案

圖4 高壓側(cè)復(fù)壓過流智能跳閘邏輯

5 試驗(yàn)仿真

通過EMTDC/PSCAD建立220kV變電站仿真模型如圖1，變壓器各側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)仿真結(jié)果如下。

1、低壓側(cè)復(fù)壓過流：故障切除時(shí)間見表4。
表4 低壓側(cè)復(fù)壓過流故障切除時(shí)間對(duì)照表

2、中壓側(cè)復(fù)壓方向過流：Tset1M=2.9s，Tset2M=3.2s。故障切除時(shí)間見表5。

表5  中壓側(cè)復(fù)壓過流故障切除時(shí)間對(duì)照表

3、高壓側(cè)復(fù)壓方向過流：Tset1H=3.5s，Tset2H=3.8s。故障切除時(shí)間見表6。

表6  高壓側(cè)復(fù)壓過流故障切除時(shí)間對(duì)照表

試驗(yàn)結(jié)果與分析一致，既沒有失去原有保護(hù)之間的配合關(guān)系，在一些情況下還能夠大幅加快切除故障的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6 異常處理及方案推廣

由于智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)基于網(wǎng)絡(luò)通信，過程層網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性依賴于交換機(jī)、設(shè)備GOOSE通信模塊的性能，因此在信息傳輸過程中會(huì)出現(xiàn)諸如GOOSE斷鏈、GOOSE告警等情況，且相鄰的線路保護(hù)也會(huì)存在異常、裝置告警等情況。當(dāng)出線GOOSE異常以及相鄰線路保護(hù)異常時(shí)，變壓器保護(hù)將退出智能跳閘模式，恢復(fù)為傳統(tǒng)跳閘模式。

本文僅對(duì)變壓器后備保護(hù)中的過流保護(hù)進(jìn)行了分析，該方案可推廣至零序以及阻抗保護(hù)，只需要獲取零序或阻抗保護(hù)配合的相鄰保護(hù)的信息，（如零序保護(hù)獲取相鄰線路保護(hù)中零序保護(hù)的啟動(dòng)和方向信息，阻抗保護(hù)獲取相鄰線路保護(hù)的阻抗II段信息），即可按上述智能跳閘方案推廣。 

7 結(jié)束語

本文分析了傳統(tǒng)變壓器后備保護(hù)定值和跳閘方式整定原則，指出了該方式在某些故障情況或變電站運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)會(huì)延長后備保護(hù)切除故障的時(shí)間的問題，文章提出了在智能變電站內(nèi)，利用繼電保護(hù)裝置通過間隔層和過程層得到開關(guān)和相關(guān)保護(hù)的信息，來實(shí)現(xiàn)智能調(diào)整跳閘方式的策略。通過理論分析和仿真試驗(yàn)，智能調(diào)整變壓器后備保護(hù)的跳閘方式，可以在不失去原有配合關(guān)系的情況下加快切除故障的時(shí)間，該智能跳閘的方案為今后站域保護(hù)提供了解決思路和技術(shù)儲(chǔ)備。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高東學(xué),,智全中,朱麗均,等.智能變電站保護(hù)配置方案研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2012,40(1):68-~71.

[2] 龐素紅,張麗,唐晉,等.220 kV降壓變壓器保護(hù)整定計(jì)算的探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,37(18):128-~130.

[3] 王來軍,文明浩,李豐,等.GOOSE方式變壓器后備保護(hù)探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011,35(2):84-~88.

[4] 汪鵬,楊增力,周虎兵,等.智能化變電站與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)的比較[J].湖北電力,2010,34(z1):23-~25.

[5] 陳海濱,,卜明新,譚暢,等.數(shù)字化變電站變壓器保護(hù)改進(jìn)方案初探[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(8):134-~136.

[6] 朱華健.淺析變壓器后備保護(hù)的整定[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，,2007,20(2):9-~11.

[7] 蔣全生.變壓器后備保護(hù)的探討[J].廣西電業(yè),2007,90(9):74-,75.