[摘要]  本文分析了傳統(tǒng)的變壓器后備保護跳閘方式的整定原則，并指出了當系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變或相鄰保護動作異常時，傳統(tǒng)變壓器后備保護不能相應的改變保護跳閘方式，仍然按照整定的時間及相應的跳閘方式進行跳閘，這樣會增加了故障切除的時間的問題。本文。為此提出了在智能變電站中利用過程層網(wǎng)絡的斷路器位置以及相鄰保護啟動和動作信息，來智能調(diào)整變壓器后備保護跳閘方式的策略，有效縮短了故障切除時間，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中站域保護的研究提供了新的思路。

關鍵詞  智能跳閘 變壓器后備保護 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)展以及各種先進技術在電網(wǎng)中的廣泛應用，智能化已經(jīng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，而智能變電站作為智能電網(wǎng)中的一個節(jié)點也將逐步取代傳統(tǒng)變電站。變壓器保護一般根據(jù)一定的整定原則與相鄰保護進行配合，并采用時間等步長增加的方式，逐級跳開相應的開關，但這種整定的跳閘方式不能根據(jù)變電站運行的情況適時調(diào)整，在變電站運行方式發(fā)生改變或相鄰保護動作異常時，一些保護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)絡的斷路器位置以及相鄰保護啟動和動作信息來智能調(diào)整變壓器后備保護跳閘方式的策略，從而智能變電站內(nèi)變壓器保護可通過過程層GOOSE網(wǎng)獲取相關開關位置信息和相鄰保護信息，實時判別變電站的運行方式并結(jié)合相鄰保護的動作行為，根據(jù)預訂的策略調(diào)整后備保護的跳閘方式，達到更可靠、更快速切除故障的效果。

1 傳統(tǒng)變壓器后備保護跳閘整定說明

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

圖1 220kV變電站典型設計圖

1、低壓側(cè)復壓過流保護作為低壓側(cè)母線以及低壓側(cè)出線相間故障的后備保護，低壓側(cè)復壓過流其時間定值應配合低壓側(cè)出線保護最長時間，1時限2s，跳低壓側(cè)分段（BRK4），2時限跳低壓側(cè)開關（BRK3），3時限跳主變?nèi)齻?cè)（BRK1、BRK2、BRK3），時限級差為0.3s。

               （1）

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

其定值按照變壓器額定容量整定，時間配合中壓側(cè)出線距離三段保護時間。

這里假設中壓側(cè)出線距離三段保護時間為TZ3T_Z3，保護過流整定時間級差為0.3S3s，則有：

             （2）。

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

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

其定值按照變壓器額定容量整定，時間配合中壓側(cè)復壓方向過流保護和低壓側(cè)復壓過流保護時間，保護過流整定時間級差為0.3S3s，則有

那么高壓側(cè)復壓方向過流保護兩個時限的自動整定定值的整定時間為：

  （3）

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

2 傳統(tǒng)變壓器后備保護跳閘方式的局限

1、故障點位于K1處時，當?shù)蛪簜?cè)分段在分位時，低壓側(cè)復壓過流保護仍然按照既定邏輯1時限2s跳分段開關，2時限2.3s才能跳低壓側(cè)開關、來切除故障，這樣無形中就犧牲了0.3s的切除故障時間。

2、故障點位于K1、K2處時，低壓側(cè)復壓過流保護仍然要躲過低壓側(cè)出現(xiàn)的最長動作時間2s，即延時2s后才能切除故障。

3、故障點位于K3處時，當中壓側(cè)母聯(lián)、分段在分位時，中壓側(cè)復壓過流保護仍然按照既定邏輯1時限躲中壓側(cè)出線距離3三段時間跳母聯(lián)、分段開關，2時限Tset2M才能跳中壓側(cè)開關、來切除故障，這樣無形中也犧牲了0.3s的切除故障時間。

4、無論故障點位于K1或K3，高壓側(cè)復壓過流保護都始終按照中、低壓側(cè)復壓過流時間的最大值延時，無法動態(tài)的地根據(jù)中、低壓側(cè)復壓過流保護動作行為來動態(tài)調(diào)整時間。

5、故障點位于變壓器內(nèi)部時，若主保護拒動，則高壓側(cè)復壓過流保護只應與主保護配合，0.3s后跳三側(cè)開關。在傳統(tǒng)跳閘方式下，高壓側(cè)復壓過流保護按既定方案需要延時 才能跳變壓器三側(cè)開關，來切除故障。

3 運行方式及相鄰保護信息獲取

要實現(xiàn)變壓器后備保護的智能跳閘，變壓器保護需要獲取相關開關位置信息（低壓側(cè)分段開關位置、中壓側(cè)母聯(lián)開關位置以及中壓側(cè)分段開關位置）和相配合保護的信息，。以上述過流保護為例，需要獲得低壓側(cè)出線過流保護的啟動信息以及中壓側(cè)出線線路保護啟動元件和方向元件的信息。智能變電站中二次設備的采樣及跳閘等對時效性要求高的信息均通過面向?qū)ο笸ㄓ檬录�（GOOSE）網(wǎng)絡傳輸，現(xiàn)行智能變電站中過程層GOOSE網(wǎng)一般按照電壓等級組網(wǎng)，而變壓器保護作為跨電壓等級的保護能夠獲取全站各電壓等級過程層網(wǎng)絡的信息。

GOOSE網(wǎng)絡采用發(fā)布/訂閱的通訊通信機制，在現(xiàn)行智能變電站中各開關位置均已在過程層網(wǎng)絡中發(fā)布，主變保護只需訂閱相應的信息即可。

對于相鄰保護的信息，由于現(xiàn)有線路保護并未將啟動元件和方向元件信息發(fā)布，就需要線路保護將啟動元件和方向元件信息在各自的過程層網(wǎng)絡中發(fā)布。

4 智能跳閘方案

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

1、低壓側(cè)復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)復壓過流啟動滿足動作條件后，首先監(jiān)測低壓側(cè)出線保護啟動狀態(tài)，當?shù)蛪簜?cè)出線保護未啟動時，故障點位于低壓側(cè)母線至低壓側(cè)CTTA之間，強制延時為0.3s，當在分段開關位于合位時，跳開分段開關，當在分段開關位于分位時，直接跳低壓側(cè)開關。若出線保護啟動，則故障點位于低壓側(cè)出線，則就強制延時為2s，在當分段開關位于合位時，跳低壓側(cè)分段開關，當在文分段開關位于分位時，直接跳低壓側(cè)開關。

表1 低壓側(cè)復壓過流智能跳閘方案

圖2 低壓側(cè)復壓過流智能跳閘邏輯

2、中壓側(cè)復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)復壓過流保護的智能跳閘方案與低壓側(cè)類似。，即通過過程層網(wǎng)絡獲取中壓側(cè)出線線路保護啟動元件信息和方向元件信息可以來區(qū)分故障點位置。若中壓側(cè)線路保護啟動且方向元件指向線路，則故障點位于中壓側(cè)出線，中壓側(cè)復壓過流1時限時間強制為TZ3+0.3s；若線路保護均未啟動或方向元件指向母線，則故障點不在中壓側(cè)出線上，復壓過流1時限時間不需與線路保護配合，1時限時間強制為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時限跳母聯(lián)分段開關；若位于分位，則直接跳中壓側(cè)開關。

表2  中壓側(cè)復壓過流智能跳閘方案

圖3 中壓側(cè)復壓過流智能跳閘邏輯

3、高壓側(cè)復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。保護監(jiān)測低壓側(cè)復壓過流以及中壓側(cè)復壓方向過流保護，當中壓側(cè)復壓過流未啟動或方向元件指向主變，同時低壓側(cè)復壓過流未啟動時，故障點位于主變內(nèi)部，此時強制延時0.3s跳變壓器三側(cè)開關。當?shù)蛪簜?cè)復壓過流啟動，而中壓側(cè)復壓過流未啟動或方向元件指向主變時，故障點位于低壓側(cè)，。當?shù)蛪簜?cè)復壓過流未啟動，而中壓側(cè)過流啟動且方向指向母線時，故障點位于中壓側(cè)，，若低壓側(cè)復壓過流啟動，中壓側(cè)復壓過流啟動且方向指向母線，則按照整定時間延時，1時限跳中壓側(cè)開關，2時限跳主變?nèi)齻?cè)開關。

表3  高壓側(cè)復壓過流智能跳閘方案

圖4 高壓側(cè)復壓過流智能跳閘邏輯

5 試驗仿真

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

1、低壓側(cè)復壓過流：故障切除時間見表4。
表4 低壓側(cè)復壓過流故障切除時間對照表

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

表5  中壓側(cè)復壓過流故障切除時間對照表

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

表6  高壓側(cè)復壓過流故障切除時間對照表

試驗結(jié)果與分析一致，既沒有失去原有保護之間的配合關系，在一些情況下還能夠大幅加快切除故障的時間，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)絡基于網(wǎng)絡通信，過程層網(wǎng)絡的傳輸可靠性依賴于交換機、設備GOOSE通信模塊的性能，因此在信息傳輸過程中會出現(xiàn)諸如GOOSE斷鏈、GOOSE告警等情況，且相鄰的線路保護也會存在異常、裝置告警等情況。當出線GOOSE異常以及相鄰線路保護異常時，變壓器保護將退出智能跳閘模式，恢復為傳統(tǒng)跳閘模式。

本文僅對變壓器后備保護中的過流保護進行了分析，該方案可推廣至零序以及阻抗保護，只需要獲取零序或阻抗保護配合的相鄰保護的信息，（如零序保護獲取相鄰線路保護中零序保護的啟動和方向信息，阻抗保護獲取相鄰線路保護的阻抗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行方式發(fā)生改變時會延長后備保護切除故障的時間的問題，文章提出了在智能變電站內(nèi)，利用繼電保護裝置通過間隔層和過程層得到開關和相關保護的信息，來實現(xiàn)智能調(diào)整跳閘方式的策略。通過理論分析和仿真試驗，智能調(diào)整變壓器后備保護的跳閘方式，可以在不失去原有配合關系的情況下加快切除故障的時間，該智能跳閘的方案為今后站域保護提供了解決思路和技術儲備。

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