基于信息分布收集集中决策的预制舱变电站综合保护系统设计.pdf

2023.27 科学技术创新基于信息分布收集集中决策的预制舱变电站综合保护系统设计张连超(中国电建集团贵州工程有限公司，贵州 贵阳)使用预制舱变电站能够在短时间内，使用较小的占地面积完成建设，而且能满足一定范围内的变电需求，所以具有比较高的性价比。同时，预制舱变电站也具有高度集成的特性，所以对变电站的控制、保护，需要结合其高度集成的特点，进行信息收集和控制，使得目前信息分布收集集中决策的综合保护系统设计成为预制舱变电站的主要发展方向。1预制舱变电站综合保护系统基本功能和设计分析1.1预制舱变电站综合保护系统功能1.1.1实现预制舱变电站内各个间隔的全部保护110 kV 线路需要进行变电站建立联机保护，很多变压器设备已经配置了非电量保护，在制定保护策略时，可以结合采气量、开关量制定保护策略，完成保护工作1。通过使用信息集中的特点，实现对保护策略的优化，有效改善保护机制。1.1.2整合集成控制在集成化综合设计的前提下，能让变电站结构简化，减少系统二次设备数量，提升变电站的变电效率，也进一步降低预制舱变电站对空间的占用。1.2系统结构图 1 为系统结构框图，使用 IEC61850 协议建立GOOSE 网和 SV 网，在系统线路中，GIS 舱、变压器仓、10 kV 线路仓的信息会被发送到综合保护系统，为了达到简化目的，可以直接取消 10 kV 线路仓，利用系统的综合保护达到控制安全的目的2。各个单元和终端都和系统网络相连，使用综合保护系统对整个变电站的运行信息进行收集，并根据情况对负荷等参数进行调整，实现对变电站的保护控制2。图 1综合保护系统结构框图2基于信息集中决策的变压器过负荷保护策略2.1常见变压器过负荷保护方法原理对于无人看守的变电站，符合保护可以通过出口跳闸保护变电站的安全。令过负荷保护电流整定值为Iset，应躲过变压器的额定电流为 IN，有：（1）式中：Krel是可靠系数，一般为 1.05；Kre为返回系数，一作者简介：张连超（1980-），男，本科，高级工程师，研究方向：新能源发电及运维、传统大型火力发电、高低压输配电、大数据、储能及其他智慧清洁能源。摘要：预制舱变电站具有信息集中的优势，因此可以建立信息分布收集集中决策的预制舱变电站综合保护系统，实现对变电站的保护，并具有更高的灵活性。本文首先分析综合保护系统的基本功能，通过模拟分析进行保护系统性能的验证，确定了方案的可行性和有效性。帮助技术人员发挥预制舱变电站的优势，并提升对变电站的保护效果。关键词：信息集中决策；预制舱变电站；综合保护中图分类号院TM63文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤27-0013-04re13-科学技术创新 2023.27般为 0.85，过负荷保护动作的时间需要大于同间隔的电流保护动作时间，一般为 810 s。2.2变压器过负荷保护改进原理和实现路径利用馈线的开关状态和馈线电流大小，可以实现对断路器运行状态的判断，之后可以将各个馈线的重要级别进行排序，以及针对馈线的运行负荷进行排序，确定重要的高级别馈线，制定保障重要符合运行的控制策略，之后选择中等重要的馈线，并确定切除负荷的最合理组合，计算分析所选组合能否满足切除负荷后达到保护目的的要求3。图 2 是某 110 kV 变电站的示意，在该变电站中，变压器的容量为 SN，图中的 DL104 和 DL201 是主变高压侧断路器和主变低压侧断路器。L1-L7 是 7 个10 kV 馈线，其实施负荷量和重要性级别如表 1 所示。表 1馈线实时负荷量和重要性级别结合过负荷保护动作定值按照电流整定，保护定值 Sset整定为电容进行计算，以降低判断难度，则：（2）图 2110 kV 变电站连接示意试验中将负荷一次投入，之后 7 条馈线逐渐达到满载运行状态。运行过程中，系统可能会发生过负荷，为了确保安全，并避免切断重要的负荷，需要系统能够在无锁闭的情况下完成过负荷保护动作。以 驻P 为过负荷量，为实时保护量，有过负荷保护启动的判断依据：（3）在启动过负荷保护之后，需要进行切除过载量的计算，之后结合馈线的重要性，以及馈线的负荷大小选择馈线的切除方法，以及确定馈线的最优组合。以Pi为各个馈线的实时负荷量，在的情况下，结合过负荷的具体情况和数值，应该选择重要性级别为 3 的线路进行切除，即从 L5、L6、L7 选择馈线进行切除；如果，需要在切除所有重要性级别为 3 馈线的基础上，还要继续切除重要性级别为 2 的 L4 和 L5。3低频减载改进策略3.1减载线路选择方法目前的低频减载方案并不能满足实时负荷的需求，会造成负荷出现过切或者欠切的情况，为了避免这类问题，应该针对传统低频减载策略进行改进4。为了能更好地选择线路，并避免重要线路切断，可以从保留线路的角度进行选择，选择过程中以负荷量为基础进行选择，如以下公式，保留负荷量 Ph的计算方法为：（4）式中：Pij是馈线的实时负荷；Pxq为需要切除的负荷量。结合管理需要，切除和保留负荷量时应该遵从切除低重要性负荷，保留高重要性负荷的基本原则，然后继续对系统负荷进行优化，以 P*h为进一步调整的负荷量，则计算方法为：（5）式中：Psj是 j 重要程度所有负荷的总负荷量，计算结果作为调整后的保留负荷，并以此为基础继续计算下一个重要性等级所需要保留的负荷，最后进一步调整的负荷量为零，或者全部等级的负荷都完成了调整，完成所有计算。3.2低频减载方案馈线 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 负荷 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 重要性级别 1级 1 级 2 级 2 级 3级 3 级 3 级 14-2023.27 科学技术创新为了确保低频减载的过程中保证系统的稳定性，应结合系统特性进行调节，由于负荷具有一定的自身调节能力，可以跟随系统状况开展调节工作5，可以将负荷的调节特性表示为：（6）式中：P 为频率为 f 时系统的有功负荷；PDN是频率 fN状态下系统的有功负荷，即额定负荷；琢0、琢1、琢2、.琢n是频率在 0，1，2，.n 次方程正比的负荷占 PDN的百分数。系统频率稳定在额定范围内时，负荷频率调节特性曲线接近直线，可以用以此函数表示，计算方法为：（7）结合频率调节特性因素，系统可以进行低频减载方案的优化调整。系统中，重要程度为 j 的第 i 条馈线负荷量为 Pij，并且系统频率为 f。在低频减载的过程中，系统会利用减载机制使系统的频率恢复到 fres，负荷会受到系统的影响，转变有功频率，变为 P*ij，计算方法为：（8）通过将上述虚拟有功频率带入到前文的 Ph中，就可以得到经过调整的 Ph，通过该方案进行修复，会通过改变负荷量恢复核定频率，经过低频减载后，能够获得更接近额定频率的调整后频率，并且可以避免过切超调的问题，提升预制舱变压器的稳定性。4预制舱变电站综合保护系统性能仿真验证4.1过负荷保护方案验证改进前的负荷保护策略如图 2 所示，在保护调节过程中，其整定值为 0.259 kA，图 3 中，实线是高压侧电流，1 s 开始线路运行，经过 20 ms 后，电流高出整定值，系统采用传统变压器过负荷保护模式，转变侧开关会在一定延时之后跳开。预制舱变压器具有信息集中的特点，采用经过改进后的过负荷保护动作，并进行模拟，在负荷达到线路保护的整定值 Iset后，开始启动过负荷保护策略，进行个条馈线实时负荷、重要性的排序，计算出整体过负荷保护量为 0.579 MVA，综合负荷的大小和重要性程度，需要从 3 级馈线开始计算是否切除，由于 L5 负荷为 1.4 MVA，单独切除 L5 就可以满足保护要求，因此采用了切除 L5 的策略，改进后的电流变化如图 4所示。图 4综合保护模式下过负荷保护电流的变化4.2低频减载方案验证图 5 是传统低频减载方案和利用综合保护系统下，模拟出的频率曲线变化。通过进行改进，能够在规定时间内完成对频率的恢复，与传统方法相比，相同耗时的情况下更为稳定，避免了由于使用传统方法出现的超调问题，可以避免对负荷切除的选择不合理，出现了负荷过切的问题，最终使频率恢复到 50.2 Hz。适用综合保护系统后，能够避免由于过切导致频率超调的情况，而且重要性较高的负荷也能保持运行，频率恢复效果相对也更好，更接近 50 Hz 的额定频率。与传统保护方法相比，通过信息集中决策综合保护可以获得更好的低频减载效果，能避免过切超调的情况，可以保证系统的稳定性，并且恢复的频率更接近额定频率。图 5综合保护系统和传统模式下的低频减载效果图 3传统模式下过负荷保护电流的变化15-科学技术创新 2023.27Design of a Comprehensive ProtectionSystem for Prefabricated Cabin SubstationBased on Information DistributionCollection and Centralized Decision MakingZhang Lianchao(China Power Construction Group Guizhou Engineering Co.,Ltd.,Guiyang,China)Abstract:Prefabricated cabin substations have the advantage of centralized information,so a comprehen原sive protection system for prefabricated cabin substations can be established for information distribution,col原lection,and centralized decision-making,achieving protection for substations and having higher flexibility.Thisarticle first analyzes the basic functions of the comprehensive protection system,verifies the performance ofthe protection system through simulation analysis,and determines the feasibility and effectiveness of thescheme.Help technical personnel leverage the advantages of prefabricated cabin substations and improve theprotection effect of the substations.Key words:centralized decision-making of information;prefabricated cabin substation;comprehensive pro原tection结束语预制舱变电站具有信息集中的特点，能够综合利用信息实现对变电系统的保护，在设计变电站综合保护系统时，应该充分结合这一特点进行设计，实现对变电站保护的优化，也能进一步提升变电站的集成性，满足保护需求。针对变压器过负荷保护和低频减载策略的设计，应充分考虑变电站的特点和实时数据，并发挥负荷自身的调节特性，形成更为有效的综合保护机制，满足变电站的综合保护需要。参考文献1王彦峰,雷翔胜,王流火，等.预制舱变电站综合保护系统的设计与研究J.智慧电力,2022,50(8):54-60.2王林.变电站综合自动化保护关键技术分析J.决策探索(中),2020(3):63.3徐长宝,王玉磊,赵立进，等.基于信息趋势预测和组合赋权的智能变电站继电保护系统状态模糊综合评价J.电力自动化设备,2018,38(1):162-168.4陈国信.变电站微机综合自动化保护系统的设计与实现J.技术与市场,2016,23(7):95，97.5韩启华,李爱玲.变电站综合自动化保护系统应用研究J.科技创新导报,2015,12(22):34-35.16-