基于阳煤电网的广域后备保护研究与应用

引言

阳煤电网结构单一,目前仅有一座110kV变电站,接带23所35kV变电站的用电负荷。随着阳煤电网规模日益扩大,负荷日益增多,运行方式越来越复杂,因此电网的保护和稳定控制也越来越重要。近年来发生的几次停电事故都凸显了目前电力系统存在着继电保护和安全自动装置之间不能很好配合的缺陷,使我们进一步认识到应该从整体或区域电网角度加强继电保护和自动控制,不仅要加强继电保护本身的可靠性,还要使继电保护和自动控制装置的动作相配合。广域保护系统在获取电网广域测量信息基础上,以全新的方式解决了大电网继电保护和安全自动装置之间的协调问题,是今后继电保护的发展方向。故阳煤电网采用广域保护显得尤为重要,其所起的作用也可想而知。

1阳煤电网保护存在的问题

阳煤集团电网由于在综自改造过程中选择和使用保护系统时采用的厂家较多,部分线路无法配合,各站微机保护装置厂家不同的问题集中体现为电网的保护配合困难,这在很大程度上影响了阳煤电网的安全稳定运行。广域保护系统是常规保护和电力数据采集系统/能量管理系统(SCADA-EMS)之间的系统保护和控制方法。在阳煤35kV电网实现广域保护系统,首先可以统一有效地管理阳煤电网现有的线路保护装置,通过广域后备保护在技术上的先进性,在设备发生故障时准确隔离故障点,缩小事故的停电范围并对故障设备进行整体录波,有助于事故的深层次分析:其次,能够实时掌握并充分利用电网的输电能力,实时监控所有设备的实际运行状况,确保阳煤电网经济效益最大化。

2广域后备保护介绍

2.1广域后备保护定义

广域后备保护是一套完整的保护方案,它获取电网多点信息,利用这些信息判断故障元件并隔离,同时考虑故障切除之后对系统稳定性带来的影响,以防止保护动作导致系统崩溃。在广域保护中,继电保护和自动控制装置融为一体,相互配合,协调动作,保证系统安全稳定运行。

2.2广域后备保护和传统继电保护的区别

传统的继电保护主要集中于元件保护,以线路、母线、变压器、发电机和电动机等为保护对象。传统保护以切除被保护元件内部故障为己任,主要通过开关动作来实现故障隔离。

广域保护更注重保护整个系统的安全稳定运行,可识别系统的各种运行状态(正常状态、警戒状态等),通过调节系统的P-8、0-v和各种保护措施,同时实现继电保护和自动控制的功能,其中可能会有本地、远程开关的动作,以避免局部或整个系统大面积停电或崩溃等严重事故的发生,保证电网在故障后仍能保持所需的安全稳定工况。

2.3广域后备保护系统组成

广域后备保护采用分散采集、集中处理模式,系统中主要设备有:光合并服务器、光交换服务器、GPS时钟服务器、数据采集终端、集成保护测控装置。

3阳煤电网总系统广域后备保护的实现

3.1阳煤电网广域系统设置的基本情况

阳煤集团电网总系统集中光纤差动保护方案改造所涉及的变电站(电厂)共计111台高压开关。保护屏和综合屏安装在矿区110kV站,分别在每个变电站放置光合并服务器,各个合并单元的光纤通过跳线引入至本站安装的光合并服务器,每个变电站的光合并服务器以级联的形式通过站上原有光纤将数据接入到矿区110kV站光交换服务器。

安装在矿区110kV站的集成保护测控装置将针对系统所需功能配置相应的保护测控单元,本系统将配置三台集成保护测控装置,其中两台集成保护测控装置主要用于系统中集中差动保护及线路后备保护功能,另外一台集成保护测控装置主要用于系统高级应用,另外再配置一台专用型故障录波仪。

3.2改造的实施步骤

3.2.1建立主系统

电力调度和矿区110kV站作为广域系统的中心,广域后备保护主机系统先行就位,敷设好站内光缆与广域后备保护屏柜之间的光缆:矿区110kV站的广域后备保护屏柜首先布置到位,并上电达到运行状态,且能够进入到矿区110kV站的广域后备保护系统中。

3.2.2建立区域系统

在各一级站建立广域后备保护区域系统,敷设好站内光缆与广域后备保护屏柜之间的光缆,将主站所有线路合并单元接入光合并服务器,光合并服务器再由集团公司原备用2芯光纤上传数据至矿区110kV站,确保一级站至矿区110kV站的通信畅通。

3.2.3末级子站加装广域系统

区域系统平台建立完工后,在各矿末级站进行线路合并单元的安装调试工作,装配过程中需要对相应的线路进行停电,每个开关需要三根电缆(电流回路、电压回路、控制回路),所有线路合并单元接入到本站的光合并服务器,再由2芯光缆上传至区域中心站,在完成上述开关的广域后备保护改造的同时,对广域后备保护系统进行系统联调,检验相关开关的动作信息是否能够完整地上传至区域中心平台(各一级站)及广域系统中心(矿区110kV站和电力调度)。这样子站的装配工作结束后,再按照本区域末级子站到一级子站的顺序逐步完成调试工作。

3.2.4开关量接入

在变电站敷设两条线路的电流回路8×2.5mm2铠装电缆接入保护电流和测量电流,敷设电压回路8×1.5mm2铠装电缆接入母线电压。敷设工作电源8×1.5mm2铠装电缆接入工作电源,敷设8×1.5mm2铠装电缆接入开关位置(双位置)、跳闸出口(通过硬压板)。

3.2.5光纤通道回路接入

光纤通道回路采用自上而下的顺序,首先调通矿区110kV站至各一级站的光纤通道,再完成二级站与一级站之间的光纤通道连接。在站内敷设一根光缆从广域保护屏至35kV开关柜内,将熔接的光缆与柜内备用光缆对接,逐步完成本区域末级站的工作,最后进行一级站的工作。

3.2.6广域保护试验及故障录波功能验证

广域保护试验工作包括全网所有装置保护及故障录波功能的验证,所有保护定值在矿区110kV站保护屏图形终端中进行配置,配置好后下传给各站相应保护装置。当各站与矿区110kV站光纤通道完好时,所有保护定值根据图形终端中的定值来动作或告警,光纤纵差作为线路的主保护,限时速断与过流作为线路后备保护,同时闭锁速断保护:当光纤通道故障时,光纤纵差保护自动退出,速断保护投入。

通过广域保护系统的试验与验证,实现了广域系统的故障录波功能,包括某条线路波形显示、差分分析、谐波分析、向量分析以及阻抗分析等功能。

广域系统是全站数据共享的系统,因此系统能够提供基于全站模拟量、开关量的故障录波功能,可以对故障时刻全站的数据进行分析以及横向和纵向比较,更快更准地确定故障点和故障情况。并且广域保护的故障录波图不仅可以直观地看到某条线路的故障波形,而且能通过故障波形的相位、阻抗、动作区域等分析图深入分析事故发生时的各种参数变化,还有专业故障录波分析软件,能实现全站故障分析功能,为故障分析提供尽可能详尽的数据,为快速清除故障、恢复送电提供强有力的保障。

4结语

本次阳煤电网广域保护系统共改造111台保护,系统中配置有111套线路保护、55套光纤差动保护,实现了模拟量(包括电流量、电压量)、开入量的数字化,所有数据能通过点对点光纤上送至矿区110kV站和电力调度,不仅克服了原先电网系统中传统保护的局限性,而且有效降低了区域电网故障率,使阳煤集团35kV电网继电保护装置和自动装置的配合更加协调完善,功能更加齐全,在有效消除当前继电保护装置缺陷的同时,也提高了电网的安全效益和经济效益,保证了煤矿安全可靠连续供电,杜绝了煤矿全停或区域停电事故的发生。