220kV变电站的继电保护系统设计(附220kV智能变电站继电保护及自动化系统设计要点汇编).docx
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1、220kV变电站是我国的主要变电系统,而继电保护系统对变电系统的保护和维护起着至关重要的作用。本文22OkV变电站为例,介绍继电保护配置的通用设计原则,并从线路保护、母线保护、母联保护、故障录波及网络报文四个方面设计继电器保护系统。该案例的成功应用对同类系统设计有着重要参考价值。1、引言22OkV变电站的运行过程中,获得电气技术、通讯技术、自动化监测技术的帮助后,所创造的社会经济效益是非常理想的。继电保护系统切除故障为目标,继电保护系统的构建,是必要性的工作内容1-2。对故隙切除后电力系统的运行情况不予反映,无法起到保护故障后电力系统的作用,可能出现因为继电保护装置正确动作而造成其他元件的工作
2、异常,甚至有时保护装置正确动作,但电力系统却出现瓦解。必须坚持按照差异性原则来落实,要最大限度地确保220kV变电站的各项潜藏问题,能够得到及时的解决3-5。本文以220kV变电站为例,给出了继电保护装置的设计原则,并从线路保护、母线保护、母联保护、故隙录波及网络报文四个方面介绍继电保护的配置方案。2、变电站概况如图1所示,变电站位于。主变压器规划容量为3X240MVA。220kV电气主接线规划为双母线接线,规划出线6同。IlOkV电气主接线规划为双母线接线,规划出线14Mo35kV电气主接线规划为单母线三分段接线,规划出线12回。220kV.IlOkV中性点均按直接接地设计,35kV侧为非直
3、接接地系统,主变压器35kV侧采用经消弧线圈接地方式。220kV和UOkV配电装置均为户内GlS(GaslnsulatedSubstation)O图1变电站信息网络图3、继电保护装置设计原则220kV电压等级的继电保护及与之相关的设备、网络等应按照双重化原则进行配置,双重化配置的继电保护应遵循以下要求:(I)每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故隙。当一套保护异常或退出时不应影响另一套保护的运行。(2)两套保护的电压(电流)采样值应分别取自相互独立的合并单元。(3)双重化配置的合并单元应与常规互感器两个独立的二次绕组相对应。(4)双重化配置保护使用的GOOSE(SV)网络应遵循
4、相互独立的原则,当一个网络异常或退出时不应影响另一个网络的运行。(5)两套保护的跳闸回路应与两个智能终端分别一一对应;两个智能终端应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应。(6)双重化的线路纵联保护应配置两套独立的通信设备(含复用光纤通道、独立纤芯、微波、载波等通道及加工设备等),两套通信设备应分别使用独立的电源。(7)双重化的两套保护及其相关设备(互感器、合并单元、智能终端、网络设备、跳闸线圈)的直流电源一一对应(8)保护装置、智能终端等智能电子设备间的相互启动、相互闭锁、位置状态等交换信息可通过GOOSE网络传输,双重化配置的保护之间不直接交换信息。(9)220kV电压等级保护均采用保护、测控
5、分开装置,11OkV电压等级采用保护测控一体化装置。4、继电保护配置方案4.1 线路保护(1) 220kV线路保护电厂至线路,220kV金多至2回线路,站侧每回线路配置2套完整的、独立的能反映各种类型故隙、具有选相功能的全线速动保护,每套主保护具有完整的后备保护及重合闸功能。每回线路2套主保护均采用数字化光纤电流差动保护,每套保护配置完整的相间、接地、零序后备保护及重合闸,电缆线路配置过负荷保护。线路主保护、后备保护均启动断路器失灵保护。2同线路主保护一均专用光纤芯+2M方式,用2芯、备2芯;主保护二均采用专用光纤芯+2M方式,用2芯、备2芯。金威至线路、科澳电厂至线路2回线路主保护一均专用2
6、M+2M方式;主保护二均采用2M+2M方式。(2) IlOkV线路保护IlOkV线路配置一套光纤电流差动保护,保护具有完整的后备保护以及重合闸功能,采用保护测控一体化装置。电缆线路配置过负荷保护。保护装置就地下放布置于IIOkV线路智能控制柜。线路保护直接采样、直接跳闸。跨间隔信息(启动母差失灵功能和母差保护动作远跳功能等)采用GooSE网络传输方式。母线电压切换由合并单元实现,每套线路电流合并单元根据收到的两组母线的电压量及线路隔离开关的位置信息自动采集本间隔所在母线的电压。4.2 母线保护(1) 220kV母线保护站22OkV主接线为双母线接线,远景共6个单元,母线保护按远景多预留2个单元
7、。220kV母线双重化配置2套独立的数字式母线差动保护和失灵保护,失灵保护功能含在母线保护中,双重化配置的每套线路(主变)保护动作各启动一套失灵保护。母线和失灵保护均设有复合电压闭锁功能,母联断路器可不经电压闭锁。每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。220kV母线保护的2套保护装置,组2面柜布置于22OkV配电装置室内。(2) IIOkV母线保护站IIOkV主接线为双母线接线,远景共14个单元。IlOkV母线按远景配置单套数字式、集中式母线差动保护。母线保护布置于二次设备室。母线保护特性应满足内部故障快速动作,外部故障CT严重饱和不会误动作。母线保护直接采样、直接跳闸,母线保护所需开入量(失
8、灵启动、刀闸位置接点、母联断路器过流保护启动失灵、主变保护动作解除电压闭锁等)采用GOoSE网络传输。4.3 母联保护(1) 220kV母联保护220kV母联断路器按双重化配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护。220kV母联配置2套独立的保护装置,布置于220kV配电装置室内。(2) IlOkV母联保护IlOkV母联断路器按单套配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护。IlOkV母联配置I套独立的保护装置。母联保护直接采样、直接跳闸;启动母线失灵采用GooSE网络传输。4.4 故障录波及网络报文(1)故隙录波装置故障录波器应能记录系统发生大扰动,如短路故隙、系统振荡、电压崩溃等
9、情况发生后的有关系统电气参量的变化过程,如线路电流、母线电压、变压器三侧电流、变压器三侧电压以及继电保护与安全自动装置的动作行为。根据国家电网公司输变电工程通用设计110750kV智能变电站部分的要求,按照电压等级、网络配置故隙录波装置,记录所有过程层GooSE网络报文及站控层MMS网络信息,通过网络方式接收SV报文和GOoSE报文。配置220kV故隙录波器装置2台,组1面柜,安装于二次设备室;主变压器故隙录波器装置2台,组1面柜,安装于二次设备室;UokV故障录波器装置1台,组1面柜,安装于IlOkV配电装置室(二次设备室)。(2)网络报文记录装置站按照电压等级、网络配置网络报文记录装置,配
10、置2台22OkV网络报文记录装置、2台IlOkV网络报文记录装置、2台站控层网络报文记录装置,全站配置1台网络分析主机。安装于二次设备室。网络报文记录装置通过网络方式接收SV报文和GooSE报文。网络报文记录装置单独组网将信息上传给网络报文分析装置,网络报文分析装置将分析结果通过MMS接口接入站控层主机。SV报文和GOOSE报文网络如图2所示。5、总结本文以220kV变电站为例,以双重化配置和GOOSE(SV)作为继电保护装置的主要设计原则,从线路保护、母线保护、母联保护、故障录波及网络报文四个方面设计220kV和UokV的保护配置,并GOOSE网络建立高效的信息网络。此案例的成功应用对实际工
11、程有重要的参考价值。参考文献:郭勇.22OkV智能变电站继电保护配置分析与研知D.华北电力大学(北京),2016.张振中.IlOkV变电站继电保护及自动化系统设计J.机电工程技术,2019,48(05):228-230.3李成斌.论220kV变电站综合自动化系统与继电保护J.技术与市场,2018,25(05):180.4邵庆祝,赵创业,谢民,王海港.22OkV智能变电站母线扩建继电保护改造方案研究J.电工电气,2017(12):3741.5乔向阳,潘翔,钱诚,等.一种基于分层保护模式的220KV变电站继电保护系统研究J.自动化技术与应用,2018,37(11):97-102+108.220kV
12、智能变电站的继电保护及自动化系统设计均03擀mmfirstgivesabriefoverviewof220kVintelligentsubstation.Thentherelayprotectionandautomationsystemdesignofthesubstationareanalyzed,andtherelevantpracticaldevelopmentsuggestionsareputforward.Keywords220kV;intelligentsubstation;relayprotection;automationsystem;design电力工程在不断发展过程中,由于
13、社会先进技术的影响,工程的发展越来越重视技术设备的使用率。技术使用率的提高,很大程度上可以提高电力工程的效率,使得电力行业更加现代化。在科技的推动下,电力系统需要进行与社会发展相一致的智能创新,从而推动电力行业的智能发展。智能变电站的重要发展,也促使了很多电力企业对于该发展的相关内容进行研究与探讨,以求得到一种合理且有效的发展模式与工程设计,促进变电站的智能化。本文对智能变电站创新发展的相关探讨中,主要是以某一地区的变电站智能化为例,指出220kV智能变电站的发展情况。该变电站的改进分析过程,同样可以适用于其他的智能变电站,因此其方法具有普遍性。1220kV智能变电站的概述智能化的变电站,需要
14、有较好的继电保护以及自动化系统设计,才能保障变电站的发电安全以及智能化的实现。智能变电站的发展不断应用于很多电力企业,作为重要的变电站改进措施,智能化发展为变电站提供了二次发展的机会,促进变电站工程效率的提高,实现更好的自动化发展。变电站智能化具有很重要的发展意义,电力工程的发展中先进技术使用率提高,除了可以促进工程效率以外,还可以更好地适应社会科技对行业发展的要求。工程发展方向与社会大环境发展趋势一致,有利于行业的可持续发展。智能变电站的发展具有一定的普遍性,因此本文对于电力工程的叙述,主要以某地区的智能变电站为主要介绍对象,从而引出各智能变电站的发展方式。智能变电站主要有220kV和66k
15、V两个电压等级,某地区的220kV智能变电站原有3台容量为180MVA的主变,如今的改进需要增加到4耋,并且规定每一台的容量至少为240MVAo该地区的发展主要是进行22OkV智能变电站的改进与完善,提高其智能化程度,更好地实现自动化管理与运作。在该地区进行智能变电站完善的过程中,对变电站的工程情况进行合理分析及规划,提前对变电站的改进提出相应的措施,进行合理设计。其中关系到很多技术设备的应用,包括自动化机器设备、计算机通信技术与网络等。该地区的变电站完善中,主要是关注前期的设计、中期的监测以及后期的信息传输,与原电力工程发展不同的是,在每个阶段都需要关注技术的投入,建立强有力的自动化系统对各
16、方面进行自动检测与管控。这种分阶段共同发展的模式,可以在各方面对变电站的智能化进行完善,以达到高效的继电保护以及自动化系统设计。可以说,某地区的智能化变电站相关情况与改进行为,对于其他变电站的智能化而言,存在着一定的适用性。示意图见图Io2变电站的继电保护在变电站的智能化发展中,不可忽视的方面就是变电站的继电保护,变电站的安全问题一直都是非常值得关注的问题,安全性能关系着变电站的发展持续性和稳定性。在继电保护措施中,应该利用技术设备进行保护设施的建立,在变电站中设置开关控制系统或是变压系统进行及时的安全保护。技术设备通过监测设备的实时电压,以及外界的环境参数,进行自动化的设备开关控制。当出现超
17、出可承受范围内的电压或是外界环境参数异常时,变电站的安全系统需要及时反应,进行及时断电以及变电站运行维护。在220kV的智能变电站的保护体系中,可以进行自动化的开关调控的使用,在这过程中再加上具备监控功能以及调试功能的自动化设备。由于现代化设备的先进性,以及安全保护系统的优劣比较,可以采用微机保护这一安全措施进行有效的变电站继电保护。技术的加持,使得变电站继电保护可以选择价格较低、性能较为可靠的智能保护模式进行。3变电站的自动化系统设计变电站的自动化系统设计,可以采用两层设备一层网络的形式,与以往的三层设备两层网络不一样。两层设备一层网络的形式更加简化,效率也更高,更符合智能变电站的发展。其中
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