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特高压输电继电保护与监控技术研究

特高压输电继电保护与监控技术研究

特高压输电继电保护与监控技术研究

       介绍了国外1 000 kV特高压输电继电保护与监控技术的研发情况,提出了我国在这方面需要研究的有关技术问题。给出了一种基于IEC 61850标准构建的变电站继电保护与监控系统平台,该平台能适应特高压输电的特点,实时性很强,是一种将继电保护、紧急控制和系统稳定一体化的信息平台。 
关键词: 特高压输电;继电保护;监控系统;电力系统 
   目前,中国已形成东北、西北、华北、华东、华中和南方电网互联的大区电网。随着大型水电基地、火电基地及核电基地的建设,必然出现远距离、大容量超高压或特高压输电的需求。在我国现已运行的电网中,直流最高电压等级为±500 kV,交流最高电压等级也为500 kV。今后几年,即将出现交流750 kV,甚至交流1 000 kV及以上电压等级。因此,对特高压输变电技术,特别是一些关键技术问题进行深入研究十分必要。

1 国内外特高压输电技术现状及发展趋势

  从国外情况看,美国、加拿大、巴西、委内瑞拉和南非等国已有交流750 kV电压等级的输电线路在运行;哈萨克斯坦Ekibastuz
Kokchetav输电线路的电压等级为1 200 kV,该线路于1985年投运,仅单回线,长900 km,采用8分裂导线A1/ST330/43。
  意大利Enel电力公司在比萨附近建立了一条1 000 kV试验性单回线。但在意大利电网上,却迄今未使用这个电压等级进行输电。1975~1979年间,美国BPA电力公司在俄勒冈州投运了一条最高电压为1 200 kV的试验性线路,旨在研究在此电压等级下的环境影响问题。但在BPA电网中,至今没有采用这个电压等级。日本东京电力公司现正在建设世界上第一条电压等级1 000 kV,长287 km的交流双回架空线路。该输电线路最高工作电压为1 100 kV,最大持续电流为8 000 A,每回线自然容量约为5 000 MW,双回线输送容量约为13 000 MVA,走廊宽度仍限制到100 m,铁塔高度约110 m,平均档距549 m,导线相间距9 m。采用8分裂导线,8根钢芯铝绞线,每根截面610 mm2或810 mm2,排成八角形,其有效直径约1 m,这种分裂导线的电场均匀,电晕噪声很小。两根架空地线用于防雷保护,每根架空地线内装有5组6根光纤。每个绝缘子组装件包括2个或4个绝缘子串,每串有40个绝缘子,绝缘子串的长度约9 m。
  我国以前曾对交流500 kV以上电压等级的输变电技术和设备进行过一些基础性的初步研究。为了配合西北电网750 kV系统继电保护招标工作,并为750 kV系统继电保护的设计、运行、科研提供必要的技术数据,西北电网公司委托中国电力科学院系统所动模实验室进行了750 kV系统继电保护装置的动模试验。该实验室是中国第一个可以模拟750 kV系统的动模实验室,它对南瑞继保、四方继保、国电南自、许继集团、ABB、GE、ALSTOM和TMT&D 这8个著名继电保护生产厂商的共37套继电保护产品进行了线路保护、电抗器保护、变压器保护和母线保护等方面的动模试验,试验规模之大在国内尚属首次,受到国内外的广泛关注。    

2 国外特高压输电继电保护与监控技术的研发情况

  (1) AREVA公司。上海AREVA电力自动化有限公司于2001年9月由AREVA集团(控股59%)和上海输配电股份有限公司(控股41%)合资建立,并整体收购了法国阿尔斯通公司输配电部。AREVA电力自动化有限公司已经与清华大学共同成立了继电保护与控制研究中心,这是AREVA电力自动化有限公司在中国成立的第一家研究中心。该研究中心的主要任务是开展特高压输电线路继电保护原理研究和技术开发,开发出适合特高压电力系统的继电保护装置和其他安全自动装置。   
  (2) 西门子公司。西门子公司提供的SIPROTEC系列适用于超高压电力系统和发电机的微机继电保护产品,不仅能够对超高压一次设备进行控制,也能够实时显示测量值,并实现按间隔控制。该产品拥有完整的间隔数据库和各种规约的通信接口,用户可自行对其保护数据进行分析和管理。SIPROTEC系列微机继电保护装置最引人注目的特点是各种与二次设备相关的功能都可采用人工智能技术集成于每一个间隔的单一设备中。SIPROTEC系列的微机继电保护装置也可以作为SICAM变电站自动化系统的组成部分,以实现最佳配置。
  (3) GE公司。虽然GE进入我国市场比较早,但其继电保护和监控系统产品的进入却相对较晚,因此该产品在我国电力用户中的业绩较少。GE公司的基于ALPS技术的超高压变电站继电保护产品自适应性较强,带串联补偿、单相跳闸、三相跳闸及重合闸的线路都可选用,是多功能的数字式保护装置。
  (4) TMT&D公司。与其他公司不同,TMT&D公司的一次设备和继电保护产品均没有1 000 kV及以上电压等级的运行业绩,当然也没有1 000 kV及以上电压等级产品的研发、试验、建设和运行经验。虽然其保护种类齐全,但配置方式和人机界面与我国有较大差异。

3 基于IEC 61850标准的变电站继电保护与监控系统平台

  中国电力科学研究院已经完成了基于IEC 61850标准的实现变电站自动化的前期试验研究工作,已经成功开发了基于IEC 61850标准的变电站继电保护与监控系统平台。该系统平台结构见图1。

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