摘 要

继电保护作为电网安全稳定运行的保障，其动作性能的优劣直接关系到智能电网的供电可靠性。因此，针对智能变电站试点建设过程中存在的问题，开展智能变电站继电保护关键技术研究，旨在加快推进智能变电站建设进程，提高智能变电站运行维护水平。结合智能变电站架构体系、电子式互感器原理及变电站网络拓扑结构，分析智能变电站继电保护配置原则和技术方案。分析直采直跳模式下实现智能变电站线路保护、变压器保护及母线保护的关键技术。微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

关键词: 继电保护；智能变电站；线路保护技术；GOOSE

Abstract

Relay protection as a guarantee for the safe and stable operation of the power grid, its performance is directly related to the power supply reliability of the smart grid. Therefore, in light of the problems existing in the pilot construction of smart substations, the key technologies for relay protection of smart substations are researched in order to speed up the progress of smart substation construction and improve the operation and maintenance of smart substations. Combining the intelligent substation architecture, the principle of electronic transformers and the network topology of substations, the principle and technical scheme for relay protection of smart substations are analyzed. Analyze the key technologies for line protection, transformer protection and bus protection in smart substations under the direct mode. After nearly 20 years of application, research and development, computer protection has achieved great success in the power system, and has accumulated a wealth of operating experience, has produced significant economic benefits, and greatly improved the level of power system operation and management. In recent years, with the rapid development of computer technology and the widespread application of computers in the relay protection field of power systems, new control principles and methods have been continuously applied to computer relay protection in order to achieve better results and thus enable the use of microcomputers. The research of relay protection has developed to a higher level, and the future trend of relay protection technology is to integrate computerized, networked, intelligent, protection, control, measurement and data communication.

Key Words: Relay protection ；Smart substations；GOOSE；Line protection technology

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景和意义 1

1.2智能变电站的发展趋势 1

1.3设计任务 2

1.4拟采用的技术方案和措施 2

第二章 总体方案设定 4

第三章 智能变电站继电保护配置原则与技术方案 4

3.1智能变电站继电保护的意义 4

3.2 继电保护技术规范 5

3.3 220kV变电站双母线型继电保护实施方案 6

第四章 变电站直采直跳模式下保护功能的实现 8

4.1 直采直跳的保护线路保护方式 8

4.2 同步方式 11

4.3 延时补偿 11

4.4 双AD方式 11

4.5检修方式 13

第五章 智能变电站继电保护测试技术 17

5.1 智能变电站继电保护检测技术方案 17

5.2 智能变电站继电保护检测流程 18

5.3 智能变电站继电保护测试仪输出控制方法 18

第六章 结论 19

致谢 20

参考文献 21

第一章 绪论

1.1课题背景和意义

智能电网是电力系统发展的必然趋势。智能变电站的不断发展将给变电站的运行和维护带来全面的变化。目前，中国国家电网公司和中国南方电网公司已经投入使用了许多智能变电站，因为智能变电站所使用的技术与传统变电站有本质区别。一些传统的继电保护方法已不能满足智能变电站的要求。因此，对智能变电站继电保护进行深入研究具有重要意义。从数字化变电站到智能变电站，标志着智能电网的全面建设。智能变电站基于数字变电站技术，在软件和系统级别具有先进的应用。新一代变电站，实现实时自动控制，智能调整，在线决策，与电网协调互动。智能变电站具有更广泛的应用范围和更好的趋势预测，将取代传统的变电站和数字化变电站。组成智能电网的最关键节点单元与其他电网智能设备一起构成整个智能电网。根据国家智能电网“十二五”规划，到2015年，新增约5182个智能变电站，其中新增约75个智能变电站约19个。约有182座500千伏智能变电站，330座330千伏智能变电站，约1，198-220千伏智能变电站。110（66）千伏智能变电站约3710座； 64-500 kV，18-330 kV，320-220 kV，630-110（66）kV变电站的改造。预计“十二五”期间，新智能变电站智能化部分约537.6亿元，变电站智能化改造总投资为93.8亿元。“十二五”期间，智能电网建设计划总投资1.6万亿元，按智能变电站约20％的比例计算。智能变电站投资额将达到3200亿元，前景依然广阔。

1.2智能变电站的发展趋势

智能电网建设以中国能源的分布特点和负荷消耗的地理分布为基础，适应中国当前和未来社会发展所采用的电网发展模式。它适用于各种能源，尤其是大型风力发电和太阳能发电。能源资源的配置范围广泛，效率高。中国智能电网的建设已上升到国家战略水平。智能变电站是智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一，前景依然广阔。智能变电站的发展前景依然广阔。根据国家智能电网“十二五”规划，到2015年，新增约5182个智能变电站，其中新增约75个智能变电站约19个。约有182座500千伏智能变电站，330座330千伏智能变电站，约1，198-220千伏智能变电站。 110（66）千伏智能变电站约3710座； 64 500 kV，18 330 kV，320 220 kV，630 110（66）kV变电站的改造。预计“十二五”期间，新建智能变电站智能化部分投资约537.6亿元，变电站智能化改造投资总额为93.8亿元。“十二五”期间，智能电网建设计划总投资1.6万亿元，按智能变电站约20％的比例计算。智能变电站投资额将达到3200亿元，前景依然广阔。光伏发电是随机的，间歇性的和不稳定的，这在一定程度上限制了其并网容量。这在一定程度上限制了光伏发电的大规模应用。智能电网的发展促进了社会各方利用光伏发电的积极性，提高了光伏发电的开发利用效率。中国对智能电网的探索也一直在进行中。目前国内电网已不能满足光伏发电产业的发展需要，因此中国将建设以“特高压为核心”的“强大智能电网”。为了解决光伏发电并网的问题，促进新能源的使用。中国的智能电网基于特高压电网作为骨干网和各级电网的协调发展的强大网络，采用先进的通信，信息和控制技术。建设一个统一，强大，智能的电网，具有信息，自动化，数字化和互动功能。世界各国投入大量资金研究智能电网和太阳能等新能源。智能电网的高速，可靠，经济，安全的输电通道为光伏发电的输电提供了良好的保证。

1.3设计任务

（1）分析智能变电站和传统变电站的区别。

（2）分析智能变电站需求和功能。分析智能变电站继电保护配置原则与技术方案。

（3）了解数字化变电站三层网络的含义，在变电站内，三层网络内各智能设备的类型和特点是什么。

（4）了解GOOSE、MMS、SV的组网特性。

（5）给出直采直跳模式下 SV 接入方案及 GOOSE 直跳方案，并从理论上论述直采直跳模式下如何更好地解决同步的问题。针对智能变电站技术导则中提出的电子互感器双 AD 方式的防误措施，阐述了母线保护的双 AD 判别的逻辑并阐述了几种双 AD 数据在保护 CPU 中的使用方案。

（6）智能变电站继电保护测试技术及SCD文件管理研究。

1.4拟采用的技术方案和措施

（1）SV 直采方式。相对于传统的基于IEC61850-9-2组网接入方式，SV直采方式省去了间隔交换机，MU的数据经光纤接入保护装置，且MU为保护提供的电流数据不再需要同步脉冲信号，所以就降低了对外部同步脉冲信号的依赖性。

（2）GOOSE直跳方式。在减少间隔层交换机后，GOOSE 跳闸信号也采用直接跳闸的方式，两套保护一一对应接入不同的智能终端中，保护按照母线上连接的间隔个数设置对应 GOOSE 跳闸输入口。智能终端按照双配置，所以母线保护的每个间隔的跳闸出口均通过独立的光纤连接到智能终端的 GOOSE 接收口上。

（3）同步方式。延时补偿，保护重采样时对于每个间隔发送过来的 SV 需加入延时修正，所有间隔的电子互感器输出值经过 MU 合并后送给保护。

（4）双AD方式。为防止电子式互感器采集错误及模数处理单元出错，《智能变电站继电保护技术规范》要求“电子式互感器内应由两路独立的采样系统进行采集，每路采样系统应采用双 A/D 系统接入 MU，每个 MU 输出两路数字采样值由同一路通道进入一套保护装置，以满足双重化保护相互完全独立的要求。

（5）检测方案。

第二章 总体方案设定

根据典型三层两网智能变电站的结构，提出三层三网结构，并进行基于分层配置的继电保护方案设计，合理安排线路保护、变压器保护等间隔保护所在的层次，满足不依赖过程层交换机独立跳闸这一条件。探索多间隔的母线保护配置适合的层次，满足通过过程层交换机网络实现保护和跳闸。设计站域智能保护管理单元，并且合理配置，实现站域(后备)保护和管理。线路保护和变压器只包含传统保护中的主保护，其他后备保护由站域智能保护单元实现。该设计将全局信息引入继电保护系统，重新审视保护的原理与配置，即能保证主保护基本不受系统运行方式的影响，可快速切除故障元件，又可解决后备保护易受系统运行方式影响，配合关系复杂，动作时间长等问题，为智能电网铸造更加安全、可靠的第一道防线。

第三章 智能变电站继电保护配置原则与技术方案

3.1智能变电站继电保护的意义

当今变电站应该符合什么标准才属于智能变电站，采用先进，可靠，集成，低碳环保的智能设备，随着全站信息数字化，通信平台的组网，以及信息共享的标准化为基本要求，信息采集，测量，控制，保护，测量，监控等基本功能可以自动完成。同时可支持变电站实时电网自动控制，智能调整，在线分析与决策，协同互动等先进功能。智能变电站的概念是以智能电网的概念提出的。它作为智能电网的一个变电站而出现，从视觉上讲，它是智能电网最重要和关键的“终端”之一。它承担了智能电网提供数据和控制对象的功能，而智能变电站也为智能电网的信息，自动化和交互提供了技术基础。有几个数字化变电站采用IEC 61850标准作为试点科学研究，并为智能变电站的发展提供了经验。从目前智能电网发展前景来看，统一规划和科学设计的智能变电站是构建强大智能电网的重要保障。

3.2 继电保护技术规范

“智能变电站继电保护技术规范”是根据“统一规划、统一标准、统一建设”的原则制定。保护技术规范提高了智能变电站继电保护的应用水平，加快了智能电网建设步伐。保护技术规范仅规定智能变电站继电保护的特点。保护技术规范从指导工程应用的角度出发，是对“智能变电站技术导则”等相关规范中继电保护部分的细化，补充和改进。继电保护技术应用的研究和探索应着眼于进一步提高保护的性能和安全性。对智能不智能，继电保护必须得到保护“选择性，速度，灵敏度和可靠性”。

根据保护技术规范，典型的220 kV电压等级及相关设备和网络的继电保护应按照二元化原则进行配置。双配置继电保护也有很多要求。

（1）每个单独的保护设备应处理可能发生的所有类型的故障。两套独立的保护应该有较高的独立性，不能够存在相连的电气联系。当一组保护失败或未能完成保护并退出时，另一组保护仍可正确处理失败。两组保护采样值（电压，电流）应该来自不同的合并单元;电子变压器的两套独立的二次采样系统应与双重配置的合并单元一一对应，每一采样系统应采用双集成转换系统。每个组合单元将来自同一通道的两个数字采样值输出到保护装置中。保护采用直接点对点采样的方法。电子变压器不是智能变电站的唯一选择。

（2）双重配置保护用于保护的电子变压器网络必须相互独立。电子变压器网络可以进行采样值传输;诸如继电器保护之间的阻塞和故障启动等信息通过客户端网络传输。当同一台设备访问不同的网络时，它可能会互相干扰。

（3）两套保护跳闸电路应分别与两个独立的智能终端相连，两个智能终端分别与断路器的两个跳闸线圈相连;对单个时间间隔的保护应该是直接旅程，并且涉及多个间隙的保护（总线保护）也应该是直接旅程。在其他必须使用其他方法跳闸的特殊情况下，保护必须符合速度和可靠性的要求。

（4）重复线路纵向保护还应有两套独立的通讯设备和自己独立的电源;两个相关保护设备（电子变压器，合并单元，智能终端，网络设备，跳闸线圈等）的直流电源也应该是一一对应的。

（5）保护宜独立分散、就地安装。这对保护装置本身和操作环境有严格的要求。当现场安装保护装置时，应将其放置在开关设备，GIS交换控制柜或智能控制柜中。柜内温度应介于-25℃～70℃之间。

3.3 220kV变电站双母线型继电保护实施方案

（1）220kV 线路保护

220KV线路传输功率大，传输距离长，对系统安全稳定性影响很大。每条线路应配备两套不同的线路保护装置，具有完整的主，备保护功能。配置的保护应使用主要和次要集成保护设备。线路上的ECT为合并单元提供电流，而总线上的EVT为总线合并单元提供电压。总线合并单元然后以对等方式转移到区间合并单元。合并单元和智能终端直接与保护装置相连，可实现直接采样和直接跳闸。对于间隔信息，如启动总线故障功能和母线保护跳闸功能，采用客户端网络传输模式。

（2）母线保护

在电力系统中，汇流排将配电单元中的各种载流分支电路连接在一起，充当电能的收集，分配和传输。总线保护采用双工配置，每个机架的合并单元和智能终端均采用双重配置。单套保护的配置方案如图所示。采用分布式总线保护方案时，每个区间组合单元和智能终端以点对点的方式访问相应的子单元。在总线保护和其他保护（故障启动，总线连接（分段）断路器过电流保护启动失败，主变压器保护动作释放电压闭锁等）之间阻断信号使用客户端网络传输。

（3） 变压器保护

变压器是增加和减少电力系统电压并且昂贵的组件。为了保证设备安全，一般提供四种保护功能，220KV及以上的变压器保护应根据二元化配置。每组保护包括一个完整的变压器保护装置，具有主要和备用保护功能。变压器的每一侧对应其自身的合并单元和智能终端。变压器保护也是直接采样和直接跳闸。客户端网络模式下可以使用变压器保护跳线总线耦合器，分段断路器和锁定式自走式发电机。非电力保护是直接局部电缆跳闸，单一配置，局部布局，变压器体智能终端负责非电动作动作的信息和移位和接地开关控制信息被上传到客户网络。

电压大于10kV，容量在10MVA及以上的变压器应配备差动保护装置。对于电压为10kV的重要变压器，当电流快速断开保护的灵敏度不符合要求时，应配置纵向差动保护。220kV变压器的电量保护必须重复配置。每组保护都有完整的后备保护。220kV主变压器的非电源保护由单台配置。220kV主变压器应配备启动失败保护装置。如果变电站内已有两套符合现行标准的220kV母线保护，且整个站的故障为一一对应，则可能不会配置独立的启动失效保护。当220kV母线保护动作跳到主变220kV侧开关时，主变压器两侧的主开关故障跳变应由主变电器电量保护来实现。变压器保护 220kV 侧与 110kV 侧“变压器失灵联跳各侧”开入端子应各自独立。变压器保护在接收到“变压器开关不能跳到每一边”触点对不需要设置的电流元件非常敏感，并且每个侧面都有50ms的延时跳变变压器断路器。

第四章 变电站直采直跳模式下保护功能的实现

4.1 直采直跳的保护线路保护方式

（1）SV直采

与传统的IEC 61850-9-2网络接入方式相比，SV直接采矿方式不使用带间隔功能的交换机，合并单元的数据通过光纤进入保护设备。并且由合并单元提供的用于保护的当前数据不再需要同步脉冲信号，因此降低了对外部同步脉冲信号的依赖性。公共汽车每间隔设置两套变压器，收集器，合并装置和保护装置。保护装置中的合并单元数据通过点对点方法连接，每个分支的三相电流由相应的光纤传输。通过发布和订阅机制传输光纤中的数据，每个合并单元通过标准帧结构发送包含数据。的数据包。每个帧消息都包含一个唯一的AppID组号，MAC地址，VLAN ID，SVID，CONREV，通道数量等等。尽管它是直接访问方法，但为了保证数据的安全性和准确性，只有当保护设备接收到数据时，根据信息标签和信息的主要结构，可以正确接收数据。

图4.1 直采直跳接线示意图