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浅析变电站微机保护选型及自动化系统设计

北极星电力网技术频道    作者:蒋巍   2009/5/14 11:22:27   

 关键词:  变电站 微机保护 通信

1.变电站微机保护选型

   变电站微机保护配置必须满足国家颁发继电保护及安全自动装置通用技术条件。对于110kV及以下变电站保护监控,宜选用保护、测量、控制、信号为一体“四合一”保护装置;对于220kV及以上变电站保护监控,宜选用保护、监控独立装置,因为220kV及以上变电站设备保护要求双重化配置。
    由于微机保护装置要下放到间隔层设备附近安装(如高压开关柜),要求保护装置适应现场恶劣环境(如潮湿、温度、灰尘、有害气体等),尤其是温度环境,因保护装置不适应温度环境造成微机保护装置误跳闸、误发信号情况时有发生。保护装置适应环境温度必须达到-15℃~+55℃。温度范围越宽,装置适应环境能力越强。要求选用全密封结构和背插式结构,以提高装置抗干扰能力,如辐射电磁场干扰、静电干扰。具有抗共模、差模、静电、辐射电磁场、快速瞬变、谐波等干扰能力,不需外加抗干扰端子。保护装置对变电所接地电阻无特殊要求,满足变电站小于4Ω。
微机保护装置电源对保护装置可靠性十分重要,电源范围必须达到-20%~+10%,纹波系数小于5%,且电源功率足够。电源范围越宽,装置性能越强。因装置电源范围不满足要求,造成保护误动、拒动、通信掉网等情况实有发生。保护装置开入电源一般应选用DC220V,以提高抗干扰性能。
    微机保护装置在所有印制板插件均不拔处条件下,具有较高绝缘水平和较高耐压水平;正常情况下,耐压性能:交流回路对地2Kv/1min, 直流回路对地1Kv/1min,开入回路对地、通信回路对地0.5Kv/1min,装置回路对地1.5Kv/1min;湿热情况下为上述指标75%。绝缘性能:交直流回路选用开路电压1000V摇表,开入回路选用500V绝缘遥表。一般情况下,装置耐压水平和绝缘水平越高,保护装置性能越好,抗干扰性能越好,保护装置长期可靠运行越高。
    微机保护装置跳闸出口应为独立出口、带独立信号,具有独立遥控跳合闸执行继电器,以提高保护装置可靠性和符合我国运行习惯,因为保护装置跳闸出口为一综合出口时,如果出口继电器故障,保护原理不论怎样全面,均无济于事。
    对66kV及以下设备保护监测,选用“四合一”保护装置,保护监控功能、通信功能应分散到不同CPU去处理,降低负载率,提高可靠性。对110kV及以上电压等级和发电机、主变压器保护监控,保护测控应独立配置,保护应按功能分散配置,独立保护单元,如一台110kV主变压器保护测控,差动保护一个保护单元,后备保护按一侧设计为一个保护测控单元,非电量一个保护单元;采此种设计不会出现因一台装置故障,变压器失去保护,降低风险。
    一个变电站所有保护装置硬件必须标准化,且完全可以互换,保护装置机结构开孔尺寸应当完全统一,以利于用户运行维护,减少备品备件。
    微机保护装置可靠性取决于软件判据合理和完整,如备用电源自投装置应当具有进线电流做为闭锁判据,即当母线三相失压,对应进线有电流,此时应报PT断线,闭锁备自投。

    微机保护装置具有完整型式试验报告,主设备和高压超高压设备还应当有动模试验报告,如一套完整主变压器保护必须具有动模试验报告,因为主变压器事故情况复杂,受各因素影响较多,且主变压器价值昂贵,事故时损失太大。

    保护装置选择时,应当考虑保护定值误差、测量准确级等。并应当充分利用微机保护装置软硬件资源,获得附加功能,如谐波分析、故障录波、故障定位、测量等。
 
2.变电站自动化系统设计

    对110kV及以下变电站自动化系统:间隔层,选用“四合一”保护装置;110kV线路、主变压器监控组柜安装,放于控制室或一次设备附近安装;35kV/10kV/6kV保护装置安装于开关柜上。对220kV及以上变电站自动化系统:间隔层,220kV及以上线路、变压器保护监控选用独立单元,按间隔进行集中组柜,选用“四合一”保护装置,放于保护监控小室。

    开关柜和保护监控柜必须保留简易强电控制回路,二次回路中必须具有远方和就地控制功能,其状态必须传向后台,保护装置电源和控制回路电源必须分开;主变压器本体保护必须独立重动,不允许利用微机保护开入重动;保护出口必须保护出口压板;保护装置必须可靠接地;主变压主变压器档位开关,直流电源系统等设备必须具有通信接口。
监控主机必须为原装工控机/工作站,不允许用普通PC机。选用能实现SCADA/EMS/DMS/变电站自动化系统通用软件平台。对于有人值班,要求具有独立中央系统,不依赖监控主机。对于无人值班,可以不考虑。

2.1通信网络
    微机变电站自动化系统间隔层通信网络选用总线型通信网络,如工业现场控制总线CAN总线、LON总线及工业以太网络(TCP/IP),直接构成分布式系统;不建议选用RS-485网络,因RS-485网络具有数据瓶颈,网络安全性差,抗电磁干扰能力差等。

    通信网络具有高可靠性,具有很完整自检功能。抗强电磁干扰能力强,具有非破坏性总线裁决技术,即当一台保护装置通信故障时,不能影响整个通信网络运行,有故障保护装置自动切断同通信网络联系,同时将故障信息送向监控主机或调度;

    通信网络实时性能强,即当现场发生事故时,保证在重载情况下各种数据安全可靠传输到监控系统,不死机。
 
    网络负载率不要太高,最好小于50%,当网络负载率超过50%时,最好分网络,降低负载率,提高网络安全性。通信电缆通过航空头或其他接头直接从保护装置中引出,以提高抗干扰性能,因弱电数字信号最容易受电磁场干扰。

    网络协议应满足标准规约,同时考虑开放互联,考虑各种自纠错措施,目前,间隔层一般采用IEC-60870-103规约,而随着IEC-61850规约的逐步推广以及国内保护及监控厂家的重视,61850规约是未来发展的必然。
:对220KV及以上变电站通信网络,宜选用光纤做通信介质,对110KV及以下变电站通信网络,宜选用屏蔽双绞线做通信介质。

2.2远动通信
    远动通信介质可以选用电力载波、微波、光纤、电话线等,远动通信规约POLLING、CDT、DNP3.0、u4F、IEC-60870-101等规约。

    自动化系统同远动通信可通过监控主机或网络管理单元连接,最好选用网络管理单元同调度相连,监控主机只做当地监控功能。选用双通道,以提高系统安全性。

2.3站控监控层

    站控监控层分为带主机模式和不带监控主机模式,带主机模式,可建一小控制室;不带监控主机模式,可以不建主控制室。监控主机或网络管理单元同保护装置通过通信网络联络,监控主机只作日常管理和监视工作。站控监控层软件性能必须满足国家及行业有关标准,同时应当具有分散式小电流接地选线功能、电压无功综合控制功能(VQC)、智能操作票生成功能、变电站设备管理功能、其他智能设备接口功能,定值修改功能等。软件监控软件应全部汉化,必须具有完整密码功能和操作防误功能。

来源:天津联维乙烯工程有限公司
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