基于陽煤電網(wǎng)的廣域后備保護(hù)研究與應(yīng)用

引言

陽煤電網(wǎng)結(jié)構(gòu)單一,目前僅有一座110kV變電站,接帶23所35kV變電站的用電負(fù)荷。隨著陽煤電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大,負(fù)荷日益增多,運(yùn)行方式越來越復(fù)雜,因此電網(wǎng)的保護(hù)和穩(wěn)定控制也越來越重要。近年來發(fā)生的幾次停電事故都凸顯了目前電力系統(tǒng)存在著繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置之間不能很好配合的缺陷,使我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到應(yīng)該從整體或區(qū)域電網(wǎng)角度加強(qiáng)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制,不僅要加強(qiáng)繼電保護(hù)本身的可靠性,還要使繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置的動(dòng)作相配合。廣域保護(hù)系統(tǒng)在獲取電網(wǎng)廣域測(cè)量信息基礎(chǔ)上,以全新的方式解決了大電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置之間的協(xié)調(diào)問題,是今后繼電保護(hù)的發(fā)展方向。故陽煤電網(wǎng)采用廣域保護(hù)顯得尤為重要,其所起的作用也可想而知。

1陽煤電網(wǎng)保護(hù)存在的問題

陽煤集團(tuán)電網(wǎng)由于在綜自改造過程中選擇和使用保護(hù)系統(tǒng)時(shí)采用的廠家較多,部分線路無法配合,各站微機(jī)保護(hù)裝置廠家不同的問題集中體現(xiàn)為電網(wǎng)的保護(hù)配合困難,這在很大程度上影響了陽煤電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。廣域保護(hù)系統(tǒng)是常規(guī)保護(hù)和電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)/能量管理系統(tǒng)(SCADA-EMS)之間的系統(tǒng)保護(hù)和控制方法。在陽煤35kV電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)系統(tǒng),首先可以統(tǒng)一有效地管理陽煤電網(wǎng)現(xiàn)有的線路保護(hù)裝置,通過廣域后備保護(hù)在技術(shù)上的先進(jìn)性,在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)準(zhǔn)確隔離故障點(diǎn),縮小事故的停電范圍并對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行整體錄波,有助于事故的深層次分析:其次,能夠?qū)崟r(shí)掌握并充分利用電網(wǎng)的輸電能力,實(shí)時(shí)監(jiān)控所有設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況,確保陽煤電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2廣域后備保護(hù)介紹

2.1廣域后備保護(hù)定義

廣域后備保護(hù)是一套完整的保護(hù)方案,它獲取電網(wǎng)多點(diǎn)信息,利用這些信息判斷故障元件并隔離,同時(shí)考慮故障切除之后對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的影響,以防止保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在廣域保護(hù)中,繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置融為一體,相互配合,協(xié)調(diào)動(dòng)作,保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2廣域后備保護(hù)和傳統(tǒng)繼電保護(hù)的區(qū)別

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)主要集中于元件保護(hù),以線路、母線、變壓器、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等為保護(hù)對(duì)象。傳統(tǒng)保護(hù)以切除被保護(hù)元件內(nèi)部故障為己任,主要通過開關(guān)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)故障隔離。

廣域保護(hù)更注重保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,可識(shí)別系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)(正常狀態(tài)、警戒狀態(tài)等),通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的P-8、0-v和各種保護(hù)措施,同時(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制的功能,其中可能會(huì)有本地、遠(yuǎn)程開關(guān)的動(dòng)作,以避免局部或整個(gè)系統(tǒng)大面積停電或崩潰等嚴(yán)重事故的發(fā)生,保證電網(wǎng)在故障后仍能保持所需的安全穩(wěn)定工況。

2.3廣域后備保護(hù)系統(tǒng)組成

廣域后備保護(hù)采用分散采集、集中處理模式,系統(tǒng)中主要設(shè)備有:光合并服務(wù)器、光交換服務(wù)器、GPS時(shí)鐘服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集終端、集成保護(hù)測(cè)控裝置。

3陽煤電網(wǎng)總系統(tǒng)廣域后備保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

3.1陽煤電網(wǎng)廣域系統(tǒng)設(shè)置的基本情況

陽煤集團(tuán)電網(wǎng)總系統(tǒng)集中光纖差動(dòng)保護(hù)方案改造所涉及的變電站(電廠)共計(jì)111臺(tái)高壓開關(guān)。保護(hù)屏和綜合屏安裝在礦區(qū)110kV站,分別在每個(gè)變電站放置光合并服務(wù)器,各個(gè)合并單元的光纖通過跳線引入至本站安裝的光合并服務(wù)器,每個(gè)變電站的光合并服務(wù)器以級(jí)聯(lián)的形式通過站上原有光纖將數(shù)據(jù)接入到礦區(qū)110kV站光交換服務(wù)器。

安裝在礦區(qū)110kV站的集成保護(hù)測(cè)控裝置將針對(duì)系統(tǒng)所需功能配置相應(yīng)的保護(hù)測(cè)控單元,本系統(tǒng)將配置三臺(tái)集成保護(hù)測(cè)控裝置,其中兩臺(tái)集成保護(hù)測(cè)控裝置主要用于系統(tǒng)中集中差動(dòng)保護(hù)及線路后備保護(hù)功能,另外一臺(tái)集成保護(hù)測(cè)控裝置主要用于系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用,另外再配置一臺(tái)專用型故障錄波儀。

3.2改造的實(shí)施步驟

3.2.1建立主系統(tǒng)

電力調(diào)度和礦區(qū)110kV站作為廣域系統(tǒng)的中心,廣域后備保護(hù)主機(jī)系統(tǒng)先行就位,敷設(shè)好站內(nèi)光纜與廣域后備保護(hù)屏柜之間的光纜:礦區(qū)110kV站的廣域后備保護(hù)屏柜首先布置到位,并上電達(dá)到運(yùn)行狀態(tài),且能夠進(jìn)入到礦區(qū)110kV站的廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中。

3.2.2建立區(qū)域系統(tǒng)

在各一級(jí)站建立廣域后備保護(hù)區(qū)域系統(tǒng),敷設(shè)好站內(nèi)光纜與廣域后備保護(hù)屏柜之間的光纜,將主站所有線路合并單元接入光合并服務(wù)器,光合并服務(wù)器再由集團(tuán)公司原備用2芯光纖上傳數(shù)據(jù)至礦區(qū)110kV站,確保一級(jí)站至礦區(qū)110kV站的通信暢通。

3.2.3末級(jí)子站加裝廣域系統(tǒng)

區(qū)域系統(tǒng)平臺(tái)建立完工后,在各礦末級(jí)站進(jìn)行線路合并單元的安裝調(diào)試工作,裝配過程中需要對(duì)相應(yīng)的線路進(jìn)行停電,每個(gè)開關(guān)需要三根電纜(電流回路、電壓回路、控制回路),所有線路合并單元接入到本站的光合并服務(wù)器,再由2芯光纜上傳至區(qū)域中心站,在完成上述開關(guān)的廣域后備保護(hù)改造的同時(shí),對(duì)廣域后備保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào),檢驗(yàn)相關(guān)開關(guān)的動(dòng)作信息是否能夠完整地上傳至區(qū)域中心平臺(tái)(各一級(jí)站)及廣域系統(tǒng)中心(礦區(qū)110kV站和電力調(diào)度)。這樣子站的裝配工作結(jié)束后,再按照本區(qū)域末級(jí)子站到一級(jí)子站的順序逐步完成調(diào)試工作。

3.2.4開關(guān)量接入

在變電站敷設(shè)兩條線路的電流回路8×2.5mm2鎧裝電纜接入保護(hù)電流和測(cè)量電流,敷設(shè)電壓回路8×1.5mm2鎧裝電纜接入母線電壓。敷設(shè)工作電源8×1.5mm2鎧裝電纜接入工作電源,敷設(shè)8×1.5mm2鎧裝電纜接入開關(guān)位置(雙位置)、跳閘出口(通過硬壓板)。

3.2.5光纖通道回路接入

光纖通道回路采用自上而下的順序,首先調(diào)通礦區(qū)110kV站至各一級(jí)站的光纖通道,再完成二級(jí)站與一級(jí)站之間的光纖通道連接。在站內(nèi)敷設(shè)一根光纜從廣域保護(hù)屏至35kV開關(guān)柜內(nèi),將熔接的光纜與柜內(nèi)備用光纜對(duì)接,逐步完成本區(qū)域末級(jí)站的工作,最后進(jìn)行一級(jí)站的工作。

3.2.6廣域保護(hù)試驗(yàn)及故障錄波功能驗(yàn)證

廣域保護(hù)試驗(yàn)工作包括全網(wǎng)所有裝置保護(hù)及故障錄波功能的驗(yàn)證,所有保護(hù)定值在礦區(qū)110kV站保護(hù)屏圖形終端中進(jìn)行配置,配置好后下傳給各站相應(yīng)保護(hù)裝置。當(dāng)各站與礦區(qū)110kV站光纖通道完好時(shí),所有保護(hù)定值根據(jù)圖形終端中的定值來動(dòng)作或告警,光纖縱差作為線路的主保護(hù),限時(shí)速斷與過流作為線路后備保護(hù),同時(shí)閉鎖速斷保護(hù):當(dāng)光纖通道故障時(shí),光纖縱差保護(hù)自動(dòng)退出,速斷保護(hù)投入。

通過廣域保護(hù)系統(tǒng)的試驗(yàn)與驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了廣域系統(tǒng)的故障錄波功能,包括某條線路波形顯示、差分分析、諧波分析、向量分析以及阻抗分析等功能。

廣域系統(tǒng)是全站數(shù)據(jù)共享的系統(tǒng),因此系統(tǒng)能夠提供基于全站模擬量、開關(guān)量的故障錄波功能,可以對(duì)故障時(shí)刻全站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及橫向和縱向比較,更快更準(zhǔn)地確定故障點(diǎn)和故障情況。并且廣域保護(hù)的故障錄波圖不僅可以直觀地看到某條線路的故障波形,而且能通過故障波形的相位、阻抗、動(dòng)作區(qū)域等分析圖深入分析事故發(fā)生時(shí)的各種參數(shù)變化,還有專業(yè)故障錄波分析軟件,能實(shí)現(xiàn)全站故障分析功能,為故障分析提供盡可能詳盡的數(shù)據(jù),為快速清除故障、恢復(fù)送電提供強(qiáng)有力的保障。

4結(jié)語

本次陽煤電網(wǎng)廣域保護(hù)系統(tǒng)共改造111臺(tái)保護(hù),系統(tǒng)中配置有111套線路保護(hù)、55套光纖差動(dòng)保護(hù),實(shí)現(xiàn)了模擬量(包括電流量、電壓量)、開入量的數(shù)字化,所有數(shù)據(jù)能通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖上送至礦區(qū)110kV站和電力調(diào)度,不僅克服了原先電網(wǎng)系統(tǒng)中傳統(tǒng)保護(hù)的局限性,而且有效降低了區(qū)域電網(wǎng)故障率,使陽煤集團(tuán)35kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置的配合更加協(xié)調(diào)完善,功能更加齊全,在有效消除當(dāng)前繼電保護(hù)裝置缺陷的同時(shí),也提高了電網(wǎng)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益,保證了煤礦安全可靠連續(xù)供電,杜絕了煤礦全?；騾^(qū)域停電事故的發(fā)生。