500kV智能变电站继电保护配置设计方案分析

作为智能电网的重要组成部分，近年来智能变电站继电保护设备升级改造的重要性日渐突出，智能电网运行过程中的安全性和可靠性也直接受其影响，而为了最大化发挥继电保护设备效用，正是本文围绕500kV智能变电站继电保护配置设计方案开展具体研究的原因所在。

1  500kV智能变电站继电保护配置设计路径

1.1  设计原则

智能变电站与传统变电站在结构、二次设备布置方式、保护接口、通信规约、对时方式等层面存在显著差异，智能变电站继电保护配置设计也因此具备较高独特性，这种独特性在继电保护配置设计原则层面便有着较好体现。在500kV智能变电站继电保护配置设计中，为真正实现“可靠性、选择性、速动性、灵敏性”要求，设计人员必须遵循“双重化设计”原则，因此220kV及以上电压等级继电保护、网络、相关设备必须遵循双重化设计原则，如使用主后一体化的保护装置、配备没有任何电气联系的两套保护装置等。此外，保护采样及跳闸还需要采用直接电缆跳闸的开出量、SMV网络方式的采样开入量、GOOSE网络方式传输的开入与开出量，500kV智能变电站继电保护配置设计方案质量将由此得到保障。

1.2  设计路径

在500kV智能变电站继电保护配置设计中，设计人员需关注GOOSE网与继电保护的配置、非常规互感器与继电保护的配置，常规保护配置方案、集中式保护配置方案的选择也应得到设计人员的重视。作为两种常见的继电保护总体配置方案，常规保护配置方案具备容易实现继电保护过渡优势，但无法较好适应智能化一次设备变革影响属于该方案的不足，而集中式保护配置方案则能够较好适应数字化继电保护配置、智能化一次设备变革，但该方案对保护设备的要求较高，电力企业必须结合500kV变电站实际合理选择继电保护总体配置方案。

2  500kV智能变电站继电保护配置设计实例

2.1  工程概况

为提升研究的实践价值，本文选择了某地500kV智能变电站的继电保护配置设计作为研究对象，考虑到集中式配置方案数字化保护尚不完善，该智能变电站采用了常规保护配置方案，并配备了各自独立的两套保护，本文将对该智能变电站的一套保护进行详细论述。

2.2  线路保护

2.2.1  500kV线路保护

500kV智能变电站继电保护配置设计的线路保护需围绕500kV线路保护、200kV线路保护依次展开，按照近后备原则，500kV线路保护需配备双套独立、完整的保护装置，因此设计人员选择了能够反映各种类型故障的全线速动主保护装置，其选相功能可与每套保护装置配备的完整后备保护实现高质量配合，这里的后备保护包括各自独立组屏的两段零序电流保护、三段接地距离保护、三段相间距离保护。根据系统工频过电压要求，500kV线路可能受到过电压的威胁，因此配置了双套过电压保护、远跳保护。由于500kV智能变电站对端是一个半断路器接线，因此装设了远方跳闸就地判别装置于线路本侧，该装置的跳闸以“一取一”加就地判别方式控制。为更好开展500kV线路保护，保护装置还按断路器分电流接入了MU，且采用了线路电压MU单独接入线路保护装置的设计，智能终端设计重点考虑了一个合闸线圈、两个跳闸线圈 。

2.2.2  220kV线路保护

220kV线路保护同样属于500kV智能变电站继电保护配置设计的重要组成部分，因此设计人员围绕独立反映各种类型故障、各自独立组屏、具有选相功能全线速动保护要求开展了220kV线路保护设计，设计同样采用了双套独立、完整的保护装置，每套保护的后备保护组成也与500kV线路相同，但考虑到200kV线路的特殊性，线路保护采用了可实现单相、三相、综合及特殊重合闸方式的线路重合闸功能配置。此外，组合ECVT负责提供电流电压，双套配置的合并单元与智能单元的采样值采用点对点传输方式，母差保护动作远跳功能、母差失灵功能的启动则需要得到GOOSE网络传输方式的支持。

2.3  500kV主变保护

采用单相自耦变压器，500kV侧、220kV侧、35kV侧分别为3/2断路器接线、双母线双分段接线、单母线接线，因此配置了双套纵联差动保护和后备保护，以及一套公共绕组过负荷保护、一套非电气量保护，其中的后备保护包括低压侧过流保护、过负荷保护、过励磁保护、零序电流保护、断线闭锁保护、阻抗保护。2套智能操作单元的保护由变压器保护负责，高压侧电流量、高压侧电压量分别从500kV断路器ECT1与ECT2合并单元、高压侧EVT1合并单元采集，中压侧ECVT1合并单元、低压侧ECVT2合并单元、低压绕组ECT3合并单元、公共绕组ECT4合并单元则分别负责中压侧电流量和电压量、低压侧电流量和电压量、低压绕组电流量、公共绕组电流量的采集；非电量智能单元负责变压器非电量保护，该单元采用单套配置，并采用GOOSE网络传输进行跳母联、启动失灵等故障的应对失灵保护跳闸命令的接收也需要得到GOOSE网络的支持 。

2.4  500KV断路器保护

在半断路器接线方式下，采用了断路器单元配置的500kV断路器保护，充电保护、重合闸、断路器失灵保护构成了每台断路器保护柜，而通过确定“先重合断路器”、“后重合断路器”，综合重合闸与断路器失灵保护的双重化配置实现将获得有力支持，双重化配置需组一面屏。值得注意的是，由于同期重合闸功能需要在边开关断路器保护中得到体现，因此确定了500kV断路器保护实施方案，母线电压经电压MU分别接入线路PT的MU为500KV断路器保护提供了有力保障。

2.5  母线保护

2.5.1  500kV母线保护

在500kV智能变电站继电保护配置设计中，每条母线需配置2套微机型母线保护，为实现二者的相互独立，每套保护需单独组屏。由于研究对象工程采用了一个半断路器接线方式，500kV母线保护无需设电压闭锁元件，但由于接入的元件数较多，最终选择了分布式的母线保护形式、直接采样与直接跳闸方式。如出现断路器失灵故障，母差失灵功能的启动需得到GOOSE网络传输的支持。

2.5.2  220kV母线保护

采用双重化配置进行220kV母线保护，其中双套母差保护选择了带有失灵保护功能、复合电压闭锁功能的母差保护，且每套母差保护动作于一组跳闸线圈，分段断路器、母联断路器未采用复合电压闭锁，各间隔智能终端、合并单元采用双套配置，且每套保护独立组屏。母线保护的失灵保护功能实现需结合采集的母线保护、线路保护、变压器电气量保护等分相，失灵保护功能可由此实现，软件在其中发挥的分相、三相失灵电流判别需得到重点关注。此外，220kV母线保护还采用了GOOSE网络进行失灵启动、母联开关过流保护启动失灵等开入量传输。

2.6  其他保护

2.6.1  220kV母联保护

为实现遥信、遥控、保护功能，采用了测控、保护一体化装载作为220kV母联/分段保护装置，双重化配置、直采直跳方式实现了三相不一致保护、零序保护、过流保护，2套智能操作单元也由此得到了更好保护。

2.6.2  故障录波器设置

在500kV智能变电站继电保护配置设计中，故障录波器发挥的重要作用不容忽视，其负责接入智能变电站过程层网络，采样值报文收取与模拟量通道数据提取、GOOSE报文收取与开关量状态信息提取均属于故障录波器职能范畴。为保证故障录波器较好服务于继电保护，采用了单独组网的故障录波器设计，且故障录波器不接入MMS网络（500kV变电站自动化系统站控层），同时按照IEC61850标准进行建模。

2.6.3  保护及故障信息子站设置

保护及故障信息子站设置同样在500kV智能变电站继电保护配置设计方案中占据重要地位，其主要负责保护和故障录波、故障测距信息的采集与处理，而为了完成这一系列工作，保护及故障信息子站需要与站控层网络相连，并通过站控层网络信息共享方式进行工作，其中网络相连需经过防火墙。此外，向各级调度部门传递信息同样属于保护及故障信息子站功能范畴，因此采用了通讯接口统一接入调度数据网的设置。

3  结语

综上所述，500kV智能变电站继电保护配置设计具备较高现实意义，在此基础上，本文涉及的500kV线路保护、200kV线路保护、500KV断路器保护、500kV母线保护等内容，则提供了可行性较高的智能变电站继电保护配置设计路径，而为了进一步提高该设计质量，二次设备的网络化、数据平台的标准化也需要得到业内人士关注。