智能变电站继电保护有关技术原则及实施方案.doc

智能变电站继电保护有关技术原则及实施方案一、 总则1 本标准内容是在现行标准、规范基础上对智能变电站设计所作的补充规定，与现行标准、规范不一致之处以本标准为准。2 继电保护技术应用的研究与探索，应以进一步提高保护的性能和安全可靠性为目的。继电保护在功能实现上，是统一的整体，需要一次设备、二次回路、通道、保护装置之间的配合协调，才能发挥其整体性能。3 继电保护必须满足“可靠性、选择性、速动性、灵敏性”之要求，遵循“双重化设计”原则，保证每套保护装置功能独立完备、安全可靠；4 按照国家标准（GB/T 14285-2006）继电保护和安全自动装置技术规程要求“除出口继电器外，装置内的任一元件损坏时，装置不应误动作跳闸”。智能化变电站中的MU、光纤网络、智能操作箱、交换机等任一个元件、环节损坏，不应引起保护误动作跳闸。5 电子式互感器、MU、保护装置、智能终端、交换机等设备之间的互连都应该采用光纤通道，对于正常运行中的光纤通道，应有实时监测通道状态的措施。6 双重化配置的两套保护，其信息输入、输出环节应完全独立。在过程层网络中，GOOSE网的组网方式采用双重化独立组网，第一套保护挂在A网，第二套保护挂在B网，网络采用星形网络。保护双重化配置时，任一套保护装置不应跨接双重化配置的两个网络。7 110kV电压等级的保护宜按照双重化配置。8 保护装置宜独立分散、就地安装。就地安装时，MU和保护装置应一起安装于智能控制柜内，其电磁兼容、环境温度、湿度等运行环境应满足相关标准。9 当采用电子式互感器时，应针对电子式互感器特点优化相关保护算法、提高保护性能；10 保护的采集应遵循如下原则：1) 保护装置应不依赖于外部对时系统实现其保护功能；2) 保护应直接采样，对于单间隔的保护应直接跳闸，涉及多间隔的保护（母线保护）宜直接跳闸。对于涉及多间隔的保护（母线保护），如确有必要采用其他跳闸方式，相关设备应满足保护对可靠性和快速性的要求。11 一套ECT内有两个保护线圈，每个保护线圈由两路独立的采样系统进行采集（双A/D系统），进入一个MU，每个MU出两路数字采样值由一路通道进入一套保护装置。12 一套EVT内有两个线圈，每个线圈由两路独立的采样系统进行采集（双A/D系统），进入相应MU，每个MU出两路数字采样值由一路通道进入一套保护装置。13 110kV及以下保护宜采用保护测控一体化的原则，10kV保护就地下放开关柜的模式。对于110kV户内GIS的场站，保护设备宜下放至开关室布置，并采用电缆直接跳闸方式。14 保护信息子站功能宜纳入监控系统；15 线路过电压及就地判别装置与线路保护整合。16 继电保护装置的输入与输出网口，应采用独立的数据网口控制器。17 双母线等接线型式变电站线路、变压器单独配置三相ECVT。二、 智能变电站继电保护配置原则1. 线路保护1) 每回线路配置2套包含有完整的主、后备保护功能的线路保护装置，各自独立组屏。 2) 纵联保护应支持一端为电子式互感器、另一端为常规互感器或两端均为电子式互感器的配置形式。2. 3/2接线断路器保护和短引线保护1) 断路器保护按开关双重化配置，组一面屏。2) 边开关断路器保护还包含短引线保护功能。3. 变压器保护1) 每台主变配置2面主变保护屏，各包含1套含有完整主、后备保护功能的主变保护装置。2) 变压器保护对于各侧开关，采用直接采样、直接跳闸方式。主变保护对于跳母联、分段开关及闭锁备投、启动失灵、解除失灵保护电压闭锁等可采用GOOSE网络传输。主变保护可通过GOOSE网络接收失灵保护跳闸命令，并实现失灵直跳主变各侧开关。3) 对于采用分布式变压器保护方式，宜按电压等级分侧布置子机。4) 非电量保护就地直采直跳，信息上过程层网（联闭锁信号和故障录波）。4. 母线保护1) 220kV及以上母线配置两套母线保护，每套保护独立组屏。2) 如母线元件数不超过8个，采用直接采样、直接跳闸方式，元件数8个以上时，宜采用分布式母线保护方式，也可采用GOOSE网络跳闸方式。5. 高压并联电抗器保护1) 双重化配置组两面屏。2) 并联电抗器的采样采用独立的电子互感器（含CT和PT）和MU，跳闸需要智能单元预留一个GOOSE接口。6. 220kV母联（分段）过流保护1) 母联（分段）开关的智能单元、合并单元均按双重化配置。2) 当母联（分段）过流保护单套配置时，应接入GOOSE单网。3) 过流保护跳母联（分段）开关采用点对点直接跳闸方式，其它保护跳母联（分段）开关可采用GOOSE网络传输。4) 母联（分段）过流保护启动母差失灵可采用GOOSE网络传输。7. 35kV和10kV间隔保护1) 按间隔、单套配置保护设备。2) 每个间隔的保护、测控、智能单元、合并单元功能宜按间隔合并实现。3) 跨间隔信息交换采用GOOSE网络传输。8. 故障录波装置1) 故障录波采样值传输可采用点对点或网络方式，开关量采用GOOSE网络传输。2) 如采用SMV采样网，采用以太网接口，规约采用IEC61850-9-2；3) 220kV及以上故障录波器双重化配置。4) 故障录波器的相关技术要求符合现行规程要求。9. 安全自动装置1) 集中式低周低压减载装置电压量取自母线电压。2) 备投过载联切功能可通过站控层网络实现。3) 单间隔的安控装置跳闸，应采用点对点直接跳闸方式。10. 其它1) 母线电压合并单元可接收至少2组电压互感器，并能够支持向其它合并器提供母线电压数据，并根据需要提供PT切换/并列功能。各间隔合并单元所需母线电压量通过PT合并单元转发。三、 辅助设备配置原则1 电流MU按开关双重化配置，线路（变压器）PT的MU按间隔双重化配置；2 220kV及以上电压等级智能单元按断路器双重化配置；3 过程层网和站控层网完全独立；4 站控层MMS网络应独立组网，网络拓扑采用独立的星形网；5 SMV采样值网络与GOOSE网络应独立组网；6 合并单元、智能单元、保护装置通过光纤IRIG-B（DC）码对时，也可采用IEEE1588（IEC-61588）标准进行网络对时，对时精度要求1ms。四、 智能变电站继电保护装置接口要求1) 采样值采用点对点接入方式。2) 保护装置应配备以下接口：MU输入接口、智能终端接口（跳闸及开关接点、闭锁信息）、以太网接口（GOOSE）、MMS（制造报文规范）接口。3) 采用点对点方式的开出量如下：线路保护故障跳闸接点、变压器电量保护跳闸接点、母线保护跳闸接点、电抗器电量保护跳闸接点、重合闸接点、辅助保护（开关、短引线保护、串补保护、解列、过电压及就地判别）等跳闸接点。4) 采用GOOSE网络方式传输的开入、开出量：测控合分闸命令、断路器位置接点、刀闸辅助接点、启动失灵接点、启动/闭锁重合闸接点、启动闭锁备投、保护跳闸、解除电压闭锁、告警信号接点等。5) 采用直接电缆跳闸的开出量：变压器、电抗器等需要跳闸的非电量保护跳闸采用电缆直接跳闸。五、 智能变电站相关设备技术要求1. 电子互感器技术要求1) 电子互感器（含MU）应如实反映一次电流或电压，复合误差不大于5%、响应时延不大于2ms。2) 电子互感器一个保护线圈对应一个MU装置。3) 电子互感器用于双重化保护的两个线圈由不同的电源供电。4) 电子互感器选型时应充分考虑电网实际短路水平的要求。5) 对于3/2接线方式，其线路EVT应置于线路侧。6) 电子式互感器需提供采集器状态、辅助电源/自身取电电源状态、检修测试状态等信号输出；在数字量输出时相关辅助信号也以数字方式输出。7) 电子式互感器采样数据的品质标志应实时反映自检状态，不应附加任何延时或展宽。2. 合并单元技术要求a) MU应支持IEC60044-8（GB-20840）、IEC61850-9-2等规约。b) MU输出保护采样值应不依赖于外部对时系统解决采样数据同步问题。IEC60044-8要求采样值发送间隔离散值小于10us；IEC61850-9-2采样值发送间隔离散值小于50us。c) MU接口类型：MU对保护、测控、计量、故录、安自、PMU、以太网接口（GOOSE）、MU对时接口（预留）、调试接口。d) MU应支持多种采样频率，建议IEC60044-8（GB-20840）规约的采样频率为4000Hz。e) 双母线接线方式按间隔配置MU，3/2接线方式按断路器配置电流MU，线路PT单独配置MU（或分配至关联的两个MU），变压器按侧配置MU，零序CT并入相应侧MU。f) 每个MU配置采用12路输入和8路输出。3. 智能单元1) 智能单元应具备以下接口：接点跳闸接口，保护的点对点跳闸接口（可灵活配置，最大考虑10个），GOOSE网络跳闸接口。2) 具备对时功能。3) 具备事件报文记录功能。4) 跳令需要两帧确认。5) 智能单元的动作时间不大于7ms。6) 智能单元接收到跳闸命令后，通过GOOSE网发出收到跳令的报文。7) 智能单元具备跳/合闸命令输出的监测功能。8) 智能单元还应满足如下要求：智能单元应具备功能：接收保护跳合闸命令、测控的手合/手分命令及刀闸、地刀等GOOSE命令；输入开关位置、刀闸及地刀位置、开关本体信号（含压力低闭锁重合闸）；跳合闸自保持功能；控制回路断线监视功能等。 智能单元应至少提供两组跳闸接点和一组合闸接点，智能单元配置单工作电源。 智能单元不配置液晶显示屏；GOOSE口数量满足点对点跳闸方式和网络跳闸方式的要求。 具备指示灯位置显示和告警。智能单元不设置防跳功能，防跳功能由开关本体实现。4. 过程层网络交换机1) 保护用交换机应采用工业级或以上等级产品。2) 任两保护装置之间的数据传输路由不应超过4个交换机。当采用级联方式时，不应丢失数据。3) 交换机的配置原则：根据间隔数量合理分配交换机数量，每台交换机的光纤端口数量不宜超过16个。六、 3/2接线型式继电保护实施方案保护配置方案1 线路保护每回线路配置2套包含有完整的主、后备保护功能的线路保护装置，各自独立组屏，线路保护中还应包含过电压保护和远跳就地判别功能。 线路间隔的保护、MU、智能单元按双重化配置，MU按开关分电流接入保护装置，线路电压MU单独接入线路保护装置（或分配至关联的两个MU），智能单元设计时宜考虑作用于两个跳闸线圈以及一个合闸线圈。具有分相跳、合闸功能。技术实施方案图如下所示：图1 线路保护技术实施方案2 断路器保护和短引线保护断路器保护按开关双重化配置，组一面屏。边开关断路器保护还包含短引线保护功能。当边开关断路器保护考虑三相同期重合闸功能时，母线电压经电压MU分别接入线路PT的MU。技术实施方案图如下所示：图2 断路器保护技术实施方案示意图3 变压器保护每台主变配置2面主变保护屏，各包含1套含有完整主、后备保护功能的主变保护装置。非电量保护就地直采直跳，信息上GOOSE网（联闭锁信号和故障录波）。3/2侧电压独立接入保护装置，电流分开关接入保护装置。变压器的双母线或单母线侧电压和电流合并接入MU点对点接入保护装置。技术实施方案图如下所示：图3 变压器保护合并单元配置图图4 变压器保护高压侧、公共绕组系统图图5 变压器保护中压侧系统图图6 变压器保护低压侧系统图4 母线保护一条母线配置两套母线保护，每套保护独立组屏。母线保护如果接入元件数不超过8个，采用直接采样、直接跳闸方式，元件数8个以上时，宜采用分布式母线保护方式，也可采用GOOSE网络跳闸方式。边开关失灵经GOOSE网络传输启动母差失灵功能。技术实施方案图如下所示：图7 母线保护技术实施方案示意图5 高压并联电抗器保护按双重化配置组两面屏。高压并联电抗器的采样值，采用独立的电子互感器（含CT和PT）和MU，跳闸需要智能单元预留一个GOOSE接口。技术实施方案图如下所示：图8 电抗器保护技术实施方案示意图1. GOOSE网组网方案1.1 组网方案要求a) 所有GOOSE跳闸采用以太网接口，接口规约采用IEC61850-8-1；b) 过程层网和站控层网完全独立；1.2 组网系统图图9 过程层网组网方案示意图2. 合并单元技术方案MU的接口如图10，11，12所示：图10 边开关MU的接口说明图11 中开关MU的接口说明图12 电压MU的接口说明3/2接线一个串的MU配置示意图如下：图13 3/2接线MU配置示意图3. 智能单元技术方案智能单元按断路器双重化配置，每个智能单元配置足够的以太网接口，按照IEC61850-8-1规约通讯。智能单元的接口如下图所示：图14 边开关智能单元的以太网口说明图15 中开关智能单元的以太网口说明七、 双母线接线型式继电保护实施方案1、 220kV线路保护每回线路应配置2套包含有完整的主、后备保护功能的线路保护装置，各自独立组屏。合并单元、智能单元均应采用双套配置，保护采用安装在线路上的组合ECVT获得电流电压。线路间隔内，实现智能单元、合并单元与保护装置之间的点对点直接跳闸方式。采样值采用点对点传输。跨间隔信息（启动母差失灵功能和母差保护动作远跳功能等）采用GOOSE网络传输方式。技术实施方案图如下所示：220kV线路保护配置示意图5、220kV母差保护保护按双重化进行配置，每套保护独立组屏。各间隔合并单元、智能单元均应采用双套配置。开入量（失灵启动、刀闸位置接点、母联开关过流保护启动失灵、主变保护动作解除电压闭锁等）采用GOOSE网络传输。技术实施方案图如下所示：220kV母线保护配置示意图（变电站终期规模220kV间隔数8个及以上）220kV母线保护配置示意图（变电站终期规模间隔数在8个以下）6、220kV变压器保护保护按双重化进行配置，包含各侧合并单元、智能单元均应采用双套配置（110kV智能单元按单套配置）。非电量保护应就地安装，有关非电量保护时延均在就地实现，直采直跳，现场配置智能单元上传非电量动作报文和调档及接地刀闸控制信息。技术实施方案图如下所示：220kV主变保护配置示意图7、220kV母联（分段）保护技术实施方案图如下所示：图5 220kV母联保护配置示意图附件； 术语和定义1. 智能变电站 smart substation采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。2. 智能设备 intelligent equipment一次设备与其智能组件的有机结合体，两者共同组成一台（套）完整的智能设备。3. 智能组件 intelligent combination对一次设备进行测量、控制、保护、计量、检测等一个或多个二次设备的集合。4. 智能单元 smart unit一种智能组件。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、刀闸、主变压器等）的测量、控制等功能。5. 电子式互感器 electronic instrument transformer 一种装置，由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用于传输正比于被测量的量，供测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。6. 电子式电流互感器 electronic current transformer；ECT一种电子式互感器，在正常适用条件下，其二次转换器的输出实质上正比于一次电流，且相位差