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摘 要： 为解决传统变电站后备保护在配置和原理方面的问题，提高变电站的运行可靠性。本文研究了站域保护控制系统在220kV马山智能变电站中的应用。介绍了站域保护控制系统的设计方案和功能，站域保护控制系统利用全站网络上共享的信息，优化了后备保护和母线保护功能，提高了变电站的保护性能和运行可靠性。
关键词： 智能变电站；可靠性；站域保护
中图分类号：TP273 文献标志码：B
1 引 言
近年来，随着新一代智能变电站的普及，电网结构和运行方式更加复杂，给保护自动化装置带来了严峻的考验。目前，智能变电站的保护配置方案采用快速跳闸的主保护和多段后背保护相配合的双套保护方案。通过定值和动作时间相配合的方式来保证选择性。保护装置结构复杂，成本高。
针对上述问题，本文研究了站域保护控制系统在智能变电站中的应用。站域保护系统利用全站网络上共享的信息，简化了后备保护的配置，通过一套装置实现了原来多套独立保护装置的功能，节约了建设投资成本，提高了变电站的保护性能和运行可靠性。为新一代智能变电站的发展开拓了一条新的思路。
2站域保护控制系统
站域保护控制系统是在智能变电站高速通信网络的基础上，利用全站共享的信息，根据网络拓扑结构，对故障进行快速、可靠、精确的定位并切除，将后备保护和控制系统集成并整合与一体来简化后备保护配置，改善保护及控制系统性能的系统。
站域保护的核心思想是利用过程层通信网络实时地获取各元件的SV、GOOSE实时信息，在划分冗余信息应用范围的基础上，采取多信息融合算法来识别故障位置，并通过设计的优化逻辑策略来执行开关跳闸，对故障进行快速可靠的切除，改善了后备保护性能的同无需考虑复杂的整定配合规则，缩短了故障切除的时间，保证变电站运行的可靠性和稳定性。
站域保护控制系统主要分为两类：集中式站域保护和分布式站域保护。
集中式站域保护是指以差动保护为主保护的单元件保护模块为间隔级保护，以基于拓扑理论的网络保护模块为全站系统级保护的方案。该方案将保护及测控功能集中于一套保护测控装置内。在智能变电站的建设初期，集中式保护的优点是通信基础简单，缺点是网络传输共享上存在不足。
分布式站域保护由中央处理器和间隔单元构成。在保护上实现分布式母线保护，在控制上实现网络化备自投及低频低压减载等功能。分布式母线保护需解决的两个问题：一是大量数据的可靠、实时传输；二是高精度的同步采样。若分布接入点过多，传输设备及通信链路的可靠性将是影响保护性能的重要因素，可以通过引入“冗余”同步时钟源解决。分布式站域保护各间隔功能独立，可扩展性和开放性好。缺点是成本高，缺乏整体配合性。
3站域保护控制系统在智能变电站中的应用
为检验站域保护控制系统的性能，试验地区选择在辽宁省朝阳市220kV马山智能变电站。全站采用三层两网结构，二次系统建立在IEC-61850通信技术规范基础上，实现站内智能电气设备（IED）间的信息共享及互操作。220kV系统保护装置、合并单元、智能终端均为双套配置，66kV站用变保护、本体智能终端、合智一体装置为单套配置。
3.1 站域保护控制系统的设计
站域保护控制系统主要由站域保护服务器、合并单元、智能终端、时钟同步装置、高速以太网交换机等组成。站域保护控制装置是一个多输入多输出的控制处理器，通过网采网跳的方式实现了将多个间隔的保护控制功能集成在一起。站内电压、电流信息通过SV同步采样，开关量信息通过GOOSE 报文传送给站域保护控制系统。在数据总线上按间隔接入不同的功能模块，每个间隔的保护控制功能相互独立。各个模块都通过光纤以太网接入过程层网络，各个模块分别写入其保护功能对应保护原理的程序。站域保护控制装置对各间隔的保护控制相互独立，避免了某间隔失去保护，影响其他间隔的保护。
3.2 站域保护控制系统实现的功能
（1） 冗余保护功能： 作为单套配置保护的冗余，包含带重合闸功能的66kV 线路后备距离、零序方向过流保护、66kV 主变冗余保护和母联分段过流保护。
（2） 优化后备保护： 包含断路器跳闸失灵保护功能。实现变电站内部故障定位，加速主变低压侧过流保护。基于GOOSE 信息的简易母线保护功能。
（3） 安全自动控制： 包含低周低压减载功能，主变过负荷联切、负荷均分功能，站域备自投功能。
（4） 广域保护支撑： 实现站域信息的采集、处理及发送以及作为区域电网保护控制子站的功能。
3.3 站域保护控制系统在智能变电站中的应用效果
（1）优化部分保护功能
主要包括：后备保护配置的优化和母线保护装置的优化两部分。站域保护控制系统通过过程层网络获取站内信息，后备保护根据获取的信息进行综合分析，快速定位及切除故障，优化了后备保护的功能。当中低电压等级设备的断路器失灵时，传统方法是依靠上级元件的后备保护延时跳闸切除故障。在站域保护中，由于各元件保护动作信息和支路电流信息均可实时获取，能够通过GOOSE网跳方式控制各路断路器，进而完成全站断路器失灵保护。对于66kV及以下电压等级的母线，通常没有装设专用的母线保护装置，母线故障主要依靠变压器中低压侧的后备保护动作来切除。利用站域保护控制系统过程层网络获取的站内信息，可对站内母线提供快速近后备保护功能。对于只装设一套主保护的设备，做到主保护的双重化配置。对于没有装设母线保护的传统低压母线，可自动获得母线保护功能。
（2）提高站内安全自动控制功能
站域保护控制装置功能替代站内独立分散的低周低压减载、备自投等安全自动装置，提升了变电站层面的安全自动控制功能。减少了保护设备及屏柜的数量，使保护室面积大幅度减小。站内数据采集采用光纤直连，跳闸采用网络出口，节约了大量电缆及光纤。同时，站域保护控制方式灵活，变电站扩建时可通过软件及时更改从而避免重复性投资。
（3）推动广域保护的应用
智能变电站站域保护系统可看作是有限范围的广域保护系统。同时，也可考虑在其中预留广域通讯接口，通过该接口将本站保护的动作信息经广域通讯网络上传至广域保护主站，借此完成区域电网的集中保护功能。
4 结 论
本文介绍了站域保护控制系统在智能变电站中的应用。并在220kV马山智能变电站试点挂网运行，验证了站域保护控制系统的实用性与有效性。站域保护系统利用全站网络上共享的信息，优化了后备保护和母线保护功能。随着智能变电站的大力推广，站域保护控制系统在未来会有广阔的应用前景。■
参考文献
[1] 蔡小玲，王礼伟，林传伟，等.基于智能变电站的站域保护原理和实现[J].电力系统及其自动化学报，2012，24（6）：128-133.
[2] 魏承志，王凯，文安，等.基于站域保护的简易母线研究[J] . 江苏电机工程，2016，35（2）：72-76.
[3] 李志坚，潘书燕，宋斌，等.智能变电站站域保护控制装置的研制[J].电力系统自动化，2016，40（13）：107-113.
[4] 王青云，肖凡.新一代智能變电站站域保护控制系统应用研究[J].电气开关，2016，2：44-46.
关键词： 智能变电站；可靠性；站域保护
中图分类号：TP273 文献标志码：B
1 引 言
近年来，随着新一代智能变电站的普及，电网结构和运行方式更加复杂，给保护自动化装置带来了严峻的考验。目前，智能变电站的保护配置方案采用快速跳闸的主保护和多段后背保护相配合的双套保护方案。通过定值和动作时间相配合的方式来保证选择性。保护装置结构复杂，成本高。
针对上述问题，本文研究了站域保护控制系统在智能变电站中的应用。站域保护系统利用全站网络上共享的信息，简化了后备保护的配置，通过一套装置实现了原来多套独立保护装置的功能，节约了建设投资成本，提高了变电站的保护性能和运行可靠性。为新一代智能变电站的发展开拓了一条新的思路。
2站域保护控制系统
站域保护控制系统是在智能变电站高速通信网络的基础上，利用全站共享的信息，根据网络拓扑结构，对故障进行快速、可靠、精确的定位并切除，将后备保护和控制系统集成并整合与一体来简化后备保护配置，改善保护及控制系统性能的系统。
站域保护的核心思想是利用过程层通信网络实时地获取各元件的SV、GOOSE实时信息，在划分冗余信息应用范围的基础上，采取多信息融合算法来识别故障位置，并通过设计的优化逻辑策略来执行开关跳闸，对故障进行快速可靠的切除，改善了后备保护性能的同无需考虑复杂的整定配合规则，缩短了故障切除的时间，保证变电站运行的可靠性和稳定性。
站域保护控制系统主要分为两类：集中式站域保护和分布式站域保护。
集中式站域保护是指以差动保护为主保护的单元件保护模块为间隔级保护，以基于拓扑理论的网络保护模块为全站系统级保护的方案。该方案将保护及测控功能集中于一套保护测控装置内。在智能变电站的建设初期，集中式保护的优点是通信基础简单，缺点是网络传输共享上存在不足。
分布式站域保护由中央处理器和间隔单元构成。在保护上实现分布式母线保护，在控制上实现网络化备自投及低频低压减载等功能。分布式母线保护需解决的两个问题：一是大量数据的可靠、实时传输；二是高精度的同步采样。若分布接入点过多，传输设备及通信链路的可靠性将是影响保护性能的重要因素，可以通过引入“冗余”同步时钟源解决。分布式站域保护各间隔功能独立，可扩展性和开放性好。缺点是成本高，缺乏整体配合性。
3站域保护控制系统在智能变电站中的应用
为检验站域保护控制系统的性能，试验地区选择在辽宁省朝阳市220kV马山智能变电站。全站采用三层两网结构，二次系统建立在IEC-61850通信技术规范基础上，实现站内智能电气设备（IED）间的信息共享及互操作。220kV系统保护装置、合并单元、智能终端均为双套配置，66kV站用变保护、本体智能终端、合智一体装置为单套配置。
3.1 站域保护控制系统的设计
站域保护控制系统主要由站域保护服务器、合并单元、智能终端、时钟同步装置、高速以太网交换机等组成。站域保护控制装置是一个多输入多输出的控制处理器，通过网采网跳的方式实现了将多个间隔的保护控制功能集成在一起。站内电压、电流信息通过SV同步采样，开关量信息通过GOOSE 报文传送给站域保护控制系统。在数据总线上按间隔接入不同的功能模块，每个间隔的保护控制功能相互独立。各个模块都通过光纤以太网接入过程层网络，各个模块分别写入其保护功能对应保护原理的程序。站域保护控制装置对各间隔的保护控制相互独立，避免了某间隔失去保护，影响其他间隔的保护。
3.2 站域保护控制系统实现的功能
（1） 冗余保护功能： 作为单套配置保护的冗余，包含带重合闸功能的66kV 线路后备距离、零序方向过流保护、66kV 主变冗余保护和母联分段过流保护。
（2） 优化后备保护： 包含断路器跳闸失灵保护功能。实现变电站内部故障定位，加速主变低压侧过流保护。基于GOOSE 信息的简易母线保护功能。
（3） 安全自动控制： 包含低周低压减载功能，主变过负荷联切、负荷均分功能，站域备自投功能。
（4） 广域保护支撑： 实现站域信息的采集、处理及发送以及作为区域电网保护控制子站的功能。
3.3 站域保护控制系统在智能变电站中的应用效果
（1）优化部分保护功能
主要包括：后备保护配置的优化和母线保护装置的优化两部分。站域保护控制系统通过过程层网络获取站内信息，后备保护根据获取的信息进行综合分析，快速定位及切除故障，优化了后备保护的功能。当中低电压等级设备的断路器失灵时，传统方法是依靠上级元件的后备保护延时跳闸切除故障。在站域保护中，由于各元件保护动作信息和支路电流信息均可实时获取，能够通过GOOSE网跳方式控制各路断路器，进而完成全站断路器失灵保护。对于66kV及以下电压等级的母线，通常没有装设专用的母线保护装置，母线故障主要依靠变压器中低压侧的后备保护动作来切除。利用站域保护控制系统过程层网络获取的站内信息，可对站内母线提供快速近后备保护功能。对于只装设一套主保护的设备，做到主保护的双重化配置。对于没有装设母线保护的传统低压母线，可自动获得母线保护功能。
（2）提高站内安全自动控制功能
站域保护控制装置功能替代站内独立分散的低周低压减载、备自投等安全自动装置，提升了变电站层面的安全自动控制功能。减少了保护设备及屏柜的数量，使保护室面积大幅度减小。站内数据采集采用光纤直连，跳闸采用网络出口，节约了大量电缆及光纤。同时，站域保护控制方式灵活，变电站扩建时可通过软件及时更改从而避免重复性投资。
（3）推动广域保护的应用
智能变电站站域保护系统可看作是有限范围的广域保护系统。同时，也可考虑在其中预留广域通讯接口，通过该接口将本站保护的动作信息经广域通讯网络上传至广域保护主站，借此完成区域电网的集中保护功能。
4 结 论
本文介绍了站域保护控制系统在智能变电站中的应用。并在220kV马山智能变电站试点挂网运行，验证了站域保护控制系统的实用性与有效性。站域保护系统利用全站网络上共享的信息，优化了后备保护和母线保护功能。随着智能变电站的大力推广，站域保护控制系统在未来会有广阔的应用前景。■
参考文献
[1] 蔡小玲，王礼伟，林传伟，等.基于智能变电站的站域保护原理和实现[J].电力系统及其自动化学报，2012，24（6）：128-133.
[2] 魏承志，王凯，文安，等.基于站域保护的简易母线研究[J] . 江苏电机工程，2016，35（2）：72-76.
[3] 李志坚，潘书燕，宋斌，等.智能变电站站域保护控制装置的研制[J].电力系统自动化，2016，40（13）：107-113.
[4] 王青云，肖凡.新一代智能變电站站域保护控制系统应用研究[J].电气开关，2016，2：44-46.