220kv数字化变电站保护解决方案综述[期刊理解]

220kv数字化变电站保护解决方案综述[期刊理解]

本文围绕双母接线型 220kV 数字化变电站，系统阐述了继电保护的实施方案、配置逻辑、故障处理机制及配合关系，核心重点可从以下五大维度梳理：重点内容：

1. 核心背景与数字化变革差异：传统变电站与数字化变电站在继电保护实现方式上存在本质区别；
2. 双母接线型保护核心配置方案：数字化变电站双母接线场景下，保护装置、过程层网络及辅助设备采用 “双重化为主、单套为辅” 的配置原则；
3. GOOSE 配置与关键信号交互逻辑：GOOSE（面向通用对象的变电站事件）是数字化保护的 “神经中枢”，核心配置与信号流向决定保护配合有效性；
4. 典型故障下的保护配合方案：本文针对双母接线变电站 4 类核心故障（母线、线路、主变、母联），明确了保护动作逻辑与配合机制；

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1 数字化变革

对比维度	传统变电站	数字化变电站
信号传输	依赖二次直流回路电缆，通过 “端子 - 端子” 硬接线连接	取消电缆，保护装置间信息交互完全通过GOOSE 报文实现
配合工作阶段	设计阶段明确	易延迟至施工、调试阶段，导致配合理解不足、GOOSE 信息配置不全
核心问题	接线复杂、扩展性差	需解决保护装置间 GOOSE 配置、故障时联闭锁 / 失灵启动信号的可靠传输

2 双母接线型保护核心配置方案-数字化GOOSE

数字化变电站双母接线场景下，保护装置、过程层网络及辅助设备采用 “双重化为主、单套为辅” 的配置原则，确保可靠性与经济性平衡；

2.1 保护装置配置

保护类型	配置方式	覆盖范围
母线保护	220kV 侧单套配置，110kV 侧双套配置	实现母线故障检测、失灵保护启动
线路保护	双套配置	含主保护（快速跳闸）、重合闸、远跳功能，接入不同过程层网络
主变保护	双套配置	覆盖高 / 中 / 低压侧，含差动保护、瓦斯保护、失灵联跳保护
母联保护	单套配置	检测母联故障、死区故障，配合母线保护切除故障
测控装置	单套配置	同时接入两套过程层网络，实现设备状态监测与控制

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2.2 过程层网络与关键设备

• ​过程层网络​：按​双网独立配置，一套网络异常 / 退出不影响另一套，双重化保护分别接入不同网络，避免单点故障。

• ​核心辅助设备：

  • 合并单元（MU）：110kV 侧及主变各侧双套配置，负责采集电流 / 电压信号并数字化传输；
  • 智能终端：110kV 侧及主变各侧双套配置，接收 GOOSE 跳闸指令，驱动断路器动作，同时反馈设备位置（如断路器 / 隔刀位置）、闭锁信号（如低气压闭锁重合闸）。

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3 GOOSE 配置与关键信号交互逻辑

GOOSE（面向通用对象的变电站事件）是数字化保护的 “神经中枢”，核心配置与信号流向决定保护配合有效性；

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4 典型故障下的保护配合方案

本文针对双母接线变电站 4 类核心故障（母线、线路、主变、母联），明确了保护动作逻辑与配合机制；

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A 附录

A.1 理解图1

理解这张数字化变电站系统图中各单元的作用及配合逻辑，需从设备功能和信息流组织两个维度解析；

一、核心单元的功能说明

1. 合并单元（MU）

• ​作用​：将传统电磁式互感器（ECT、ECVT、EVT）或电子式互感器的模拟量信号​数字化采样，并通过光纤以标准化协议（如 IEC 61850-9-2）传输给保护、测控装置。

• ​场景：

  • 母线电压合并单元：采集 EVT（电子式电压互感器）的母线电压信号，供母线保护、测控等装置使用；
  • 线路 / 主变间隔合并单元：采集 ECT（电子式电流互感器）、ECVT（电子式电容电压互感器）的电流、电压信号，为线路保护、主变保护提供数字化采样值。

2. 智能终端

• ​作用​：是​断路器与二次系统的 “接口” ，接收保护装置的 GOOSE 跳闸 / 合闸指令，驱动断路器动作；同时采集断路器位置、隔刀位置、设备闭锁信号（如低气压闭锁），以 GOOSE 报文上送保护、测控装置。
• ​场景：线路间隔智能终端接收线路保护的跳闸指令跳开线路断路器，同时反馈断路器位置给线路保护和测控；主变间隔智能终端同理，实现主变三侧断路器的控制与状态反馈。

3. 保护装置（母线保护、线路保护、主变保护、母联保护）

• ​母线保护：采集母线电压合并单元的电压、各间隔合并单元的电流，实现母线差动保护、失灵保护、母联保护等功能，故障时通过 GOOSE 指令跳开故障母线上的所有断路器。
• ​线路保护：采集本线路合并单元的电流、电压，实现线路主保护（如差动、距离）、重合闸、远跳等功能，故障时通过 GOOSE 指令跳开本线路断路器，并与对侧保护配合。
• ​主变保护：采集主变各侧合并单元的电流、电压，实现主变差动、瓦斯、失灵联跳等功能，故障时跳开主变三侧断路器，并与母线保护配合处理失灵情况。
• ​母联保护：采集母联间隔合并单元的电流，实现母联故障检测、死区保护等功能，配合母线保护切除母联故障。

4. 互感器（ECT、ECVT、EVT）

• ​ECT（电子式电流互感器） ：替代传统电磁式电流互感器，直接输出数字量或模拟量电流信号，供合并单元采样。
• ​ECVT（电子式电容电压互感器） ：替代传统电容式电压互感器，输出电压信号供合并单元采样。
• ​EVT（电子式电压互感器） ：采集母线电压，输出电压信号供母线电压合并单元采样。

二、单元间的组织配合逻辑

整个系统以 “互感器→合并单元→保护装置→智能终端→断路器” 为核心信息流，通过过程层网络（GOOSE、采样值报文） 实现交互：

1. 采样流：模拟量→数字量的转换与传输

• 互感器（ECT、ECVT、EVT）采集一次设备的电流、电压信号，传递给合并单元；合并单元对信号数字化处理后，通过光纤将采样值报文发送给对应的保护装置（如线路保护接收本线路合并单元的采样值）。
• 控制流：保护决策→断路器动作的执行

1. 保护装置（如线路保护）根据采样值判断故障后，生成 GOOSE 跳闸指令，通过过程层网络发送给本间隔的智能终端；智能终端接收指令后，驱动断路器跳闸，同时将断路器位置等状态以 GOOSE 报文回传保护装置和测控装置。

2. 协同流：多保护间的故障配合

   • 若母线故障，母线保护通过 GOOSE 指令跳开故障母线上所有间隔的智能终端（如线路、主变、母联间隔的智能终端），同时与主变保护配合：若主变断路器失灵，母线保护发送 “失灵启动” GOOSE 指令给主变保护，主变保护联跳其余侧断路器。
   • 若线路故障，线路保护跳开本线路断路器的同时，通过 GOOSE 发送 “远跳” 指令给对侧线路保护，实现对侧跳闸；若本线路断路器失灵，线路保护发送 “失灵启动” GOOSE 指令给母线保护，母线保护跳开母联及所在母线。

简言之，各单元通过 采样数字化、指令 GOOSE 化、交互网络化 的方式，实现了数字化变电站保护系统的信息共享与协同动作，替代了传统变电站的电缆硬接线，大幅提升了保护的可靠性与灵活性。

A.2 母联解释

在变电站的母线系统中，母联是 “母线联络断路器” 的简称，它的核心作用是​连接变电站内的两段母线，实现母线之间的电能传输与故障隔离。

母联主要与​两段母线（例如变电站的 Ⅰ 段母线和 Ⅱ 段母线）相联，具体来说：

• 当两段母线需要并列运行时，母联断路器合闸，使两段母线电气连通，可实现电能在两段母线间的调配；
• 当其中一段母线发生故障时，母联断路器可配合母线保护动作，及时断开，避免故障扩散到另一段母线，保障非故障母线的正常运行。

此外，母联还会与母线保护、母联保护等装置配合：母线保护可通过母联的电流、位置信息判断母线故障范围，母联保护则专门用于检测母联自身的故障（如母联断路器失灵、死区故障等），确保母联相关故障能被快速切除。

A.3 理解图2

这张图展示了数字化变电站中线路保护、母线保护、变压器保护、母联保护之间的 GOOSE 信号交互逻辑，核心是通过 GOOSE（面向通用对象的变电站事件）实现各保护装置的信息共享与故障协同处理。

一、各保护装置的 GOOSE 输入 / 输出信号说明

1. 线路保护

• ​GOOSE 输入：接收断路器分 / 合闸位置（TWJ、HWJ）、母线刀闸位置（1 母、2 母分 / 合位）、重合闸停用指令、设备低气压闭锁重合闸、远传 / 远跳指令等，用于判断线路运行状态和故障逻辑。
• ​GOOSE 输出：发送分相跳闸（跳 A、B、C 出口）、重合闸、永跳、远传信号，以及 “启动失灵” 指令（当线路断路器失灵时，触发母线保护的失灵逻辑）。

2. 母线保护

• ​GOOSE 输入：接收母联失灵启动、母联手合、母联断路器位置、各元件刀闸（1G、2G）位置、各支路失灵开入、主变支路失灵解电压开入等，用于识别母线故障范围和失灵场景。
• ​GOOSE 输出：发送各元件跳闸出口、主变备用出口、主交联跳出口、启动分段失灵出口等，实现母线故障时的跳闸控制和失灵联动。

3. 变压器保护

• ​GOOSE 输入：接收高压侧失灵联跳指令，用于主变高压侧断路器失灵时的联跳逻辑。
• ​GOOSE 输出：发送跳高压侧 / 中压侧 / 低压侧、启动高压侧失灵、解除复压闭锁、跳各侧母联、闭锁备投等指令，实现主变故障及失灵时的多侧联动。

4. 母联保护

• ​GOOSE 输入：接收断路器跳位信号，用于判断母联断路器状态。
• ​GOOSE 输出：发送跳闸出口、失灵启动指令，配合母线保护处理母联故障或失灵。

二、信号交互的核心逻辑（故障协同场景）

这张图的本质是​通过 GOOSE 信号串联各保护装置，实现 “一处故障、多装置联动” 的可靠切除，典型场景如下：

• ​线路断路器失灵：线路保护检测到失灵后，发送 “启动失灵” GOOSE 给母线保护→母线保护结合刀闸位置判断故障母线，发送跳闸指令给对应元件→若主变支路涉及，母线保护发送 “主变支路失灵解电压开入” 给主变保护→主变保护启动高压侧失灵，联跳主变多侧。
• ​主变高压侧失灵：主变保护检测到高压侧失灵→发送 “高压侧失灵联跳” GOOSE 给母线保护→母线保护启动失灵逻辑，跳开故障母线及母联→同时主变保护发送跳中压侧 / 低压侧、闭锁备投等指令，隔离主变故障。
• ​母线故障：母线保护检测到故障→发送各元件跳闸 GOOSE 给线路、主变、母联保护→线路保护跳闸本线路，主变保护跳开主变各侧，母联保护跳开母联，实现母线故障的快速隔离。

简言之，这张图清晰呈现了数字化变电站中线路、母线、主变、母联保护之间的 “信息互通、故障联动” 机制，是 GOOSE 技术在继电保护协同中的典型应用，确保了复杂故障下各装置的精准配合与可靠动作。

A.4 理解图3

这是一张​变电站母线及电气设备的故障点示意图，用于说明不同位置故障时的保护动作逻辑，核心元件和故障点的含义如下：

一、元件说明

• ​1 母、Ⅱ 母：变电站的两段母线，是电能汇集和分配的核心环节。

• ​QF1~QF5（断路器） ：用于控制电路的通断，故障时可快速跳闸隔离故障。其中：

  • QF1：母联断路器，连接 1 母和 Ⅱ 母，实现两段母线的并列或分列运行；
  • QF2、QF3、QF4、QF5：分别是主变、线路等间隔的断路器。

• ​变压器：实现电能的电压等级转换，图中为三绕组变压器，连接不同电压等级的电网。

二、故障点说明（K₁~K₄）

• ​K₁（1 母故障） ：1 母发生短路故障时，母线保护会动作，跳开 1 母上所有连接的断路器（如 QF1、QF2 等），隔离 1 母故障，保障 Ⅱ 母正常运行。
• ​K₂（线路故障） ：线路发生故障时，线路保护动作，跳开 QF3、QF4，隔离线路故障，不影响母线和主变运行。
• ​K₃（主变故障） ：主变内部或引出线发生故障时，主变保护动作，跳开 QF2、QF5（主变各侧断路器），隔离主变故障。
• ​K₄（母联故障，含死区） ：母联断路器 QF1 附近发生故障（如死区故障，即故障位于母联断路器两侧电流互感器之间）时，母联保护和母线保护协同动作：若母联在合位，两段母线的母线保护会先后动作，跳开所有相关断路器以隔离故障。

这张图通过标注不同故障点，直观展示了变电站中母线、线路、主变、母联等设备的故障范围及保护动作的隔离对象，是分析继电保护配合逻辑的典型示意图。

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