藍(lán)海濤
(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司,重慶 400039)
智能變電站技術(shù)代表了未來(lái)變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。作為銜接智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵,智能變電站是智能電網(wǎng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調(diào)整電壓的重要電力設(shè)施,是智能電網(wǎng)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”三流匯集的焦點(diǎn),它對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)具有極為重要的作用。
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的整體部署,十二五期間,國(guó)家電網(wǎng)公司將全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)。各網(wǎng)省公司積極開(kāi)展智能變電站的實(shí)踐,積累了大量成功經(jīng)驗(yàn),有力地推動(dòng)了這一新技術(shù)在我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展和推廣。目前智能變電站技術(shù)的實(shí)踐主要集中在技術(shù)層面,主要關(guān)注新設(shè)備和新標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用,而對(duì)于與之相適應(yīng)的變電站二次專業(yè)的運(yùn)維組織模式研究很少。在眾多二次專業(yè)中,以繼電保護(hù)對(duì)安全性、可靠性要求最高,因此研究和制定與智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)相適應(yīng)的二次安全措施實(shí)施規(guī)范顯得十分必要和迫切。
智能變電站采用“三層兩網(wǎng)”的結(jié)構(gòu)體系,分別為站控層、間隔層和過(guò)程層,站控層與間隔層之間為站控層網(wǎng)絡(luò),間隔層與過(guò)程層之間為過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。常規(guī)變電站繼電保護(hù)采用以裝置為中心的組態(tài)模式,而智能變電站則基于過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了跨間隔信息共享,因此其繼電保護(hù)采用以保護(hù)功能模塊化為理念的靈活組態(tài)形式,其保護(hù)實(shí)現(xiàn)形式不再依賴于裝置而是取決于保護(hù)需求與網(wǎng)絡(luò)性能。
(1)常規(guī)微機(jī)保護(hù)裝置通常采用模塊化設(shè)計(jì),主要是由模擬量輸入接口、A/D 轉(zhuǎn)換、保護(hù)邏輯處理、開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口、人機(jī)對(duì)話五大模塊組成,如圖1 所示。一次設(shè)備采集模擬量、開(kāi)關(guān)量,通過(guò)二次電纜傳輸?shù)奖Wo(hù)裝置,保護(hù)裝置對(duì)各種采集數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算,滿足動(dòng)作條件,則出口動(dòng)作于相應(yīng)斷路器。保護(hù)裝置對(duì)一次設(shè)備的控制信號(hào)、保護(hù)裝置間的聯(lián)閉鎖信息通過(guò)二次電纜傳輸實(shí)現(xiàn)。
圖1 常規(guī)微機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)示意
(2)智能變電站數(shù)字化保護(hù)由合并單元、保護(hù)裝置、智能終端三大模塊組成,如圖2 所示。合并單元負(fù)責(zé)全站電流、電壓模擬量的采集。合并單元的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了全站模擬量信息的集中采集,不同的保護(hù)、測(cè)控及其他裝置所需的電流、電壓數(shù)據(jù)均來(lái)自于合并單元。保護(hù)裝置僅負(fù)責(zé)保護(hù)動(dòng)作的邏輯運(yùn)算處理。智能終端作為一、二次設(shè)備的接口,實(shí)現(xiàn)了整間隔內(nèi)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備的控制及狀態(tài)信息的采集。保護(hù)裝置與合并單元、智能終端的連接采用“直采直跳”方式,保護(hù)裝置之間的聯(lián)閉鎖信息、失靈啟動(dòng)等信息采用GOOSE 網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。
圖2 數(shù)字化保護(hù)結(jié)構(gòu)示意
(1)常規(guī)微機(jī)保護(hù)屏柜的端子排是保護(hù)裝置與外部一、二次設(shè)備之間的接口,二次設(shè)備廠家根據(jù)用戶或設(shè)計(jì)院的要求將保護(hù)裝置背板插件端子引至屏柜端子排,保護(hù)裝置通過(guò)二次電纜與其他一、二次設(shè)備構(gòu)成各種復(fù)雜的二次回路,同時(shí)各保護(hù)屏柜之間的聯(lián)系也通過(guò)端子排之間的二次電纜實(shí)現(xiàn)。
(2)智能變電站中采用光纖或網(wǎng)絡(luò)取代了傳統(tǒng)的二次電纜,過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了二次回路的功能。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)分為SV 網(wǎng)和GOOSE 網(wǎng),SV 網(wǎng)傳輸交流采樣值信息,GOOSE 網(wǎng)傳輸各種各樣的開(kāi)關(guān)量信息。利用過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)技術(shù),復(fù)雜的二次回路的連接變成了網(wǎng)絡(luò)通信連接。設(shè)備廠家根據(jù)用戶需要提供裝置的GOOSE 輸入輸出端子定義,設(shè)計(jì)單位根據(jù)該定義設(shè)計(jì)二次接線虛端子圖,系統(tǒng)集成商(綜自廠家)通過(guò)GOOSE 組態(tài)工具和設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)文件,組態(tài)形成變電站系統(tǒng)配置描述文件(SCD 文件),各二次設(shè)備廠家使用裝置配置工具和全站統(tǒng)一的系統(tǒng)配置描述文件(SCD 文件),提取GOOSE網(wǎng)絡(luò)收發(fā)的配置信息并下裝至各具體裝置。
從上述過(guò)程可知,智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)與常規(guī)綜自站相比發(fā)生了很大的變化。智能變電站各層設(shè)備通過(guò)光纖和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,設(shè)備間的連接是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào),原有二次回路中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電纜連接被網(wǎng)絡(luò)化的光纜連接所取代,已不再有傳統(tǒng)的端子的概念。
常規(guī)微機(jī)保護(hù)壓板包含出口壓板和功能壓板等,壓板形式為硬壓板。智能變電站中保護(hù)裝置的壓板,僅保留了一塊“投檢修態(tài)”硬壓板,其他壓板(保護(hù)裝置的“出口壓板”、“功能壓板”)采用軟壓板的形式,保護(hù)屏的壓板布置變得清晰、簡(jiǎn)單。采用軟壓板為實(shí)現(xiàn)智能變電站的高級(jí)應(yīng)用——“順序控制”提供了技術(shù)上的支撐。
常規(guī)微機(jī)保護(hù)中同樣存在“投檢修態(tài)”硬壓板,但該壓板在功能上僅局限于控制各種軟報(bào)文信息的上傳,不會(huì)影響保護(hù)裝置本身跳閘邏輯。智能變電站數(shù)字化保護(hù)裝置的“投檢修態(tài)”硬壓板可以控制裝置GOOSE報(bào)文中的檢修狀態(tài)位,投入“投檢修態(tài)”壓板后裝置發(fā)出的GOOSE 報(bào)文均為檢修態(tài)報(bào)文。處于檢修狀態(tài)的裝置可以接收檢修狀態(tài)GOOSE 報(bào)文,運(yùn)行狀態(tài)(未投入“投檢修態(tài)”壓板)的設(shè)備則不處理檢修狀態(tài)GOOSE 報(bào)文。
常規(guī)變電站繼電保護(hù)二次安措的執(zhí)行,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是斷開(kāi)檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備之間在二次回路上的一切聯(lián)系。具體來(lái)說(shuō),可分為兩大類:一類是設(shè)備運(yùn)行中帶電檢修消缺;另一類是設(shè)備停電檢修、定期校驗(yàn)。
(1)在帶電的電流互感器二次回路上工作時(shí),嚴(yán)禁將互感器二次側(cè)開(kāi)路,不得將回路的永久接地點(diǎn)斷開(kāi);短路電流互感器二次繞組,必須使用短路片或短路線,短路應(yīng)妥善可靠,嚴(yán)禁用導(dǎo)線纏繞;嚴(yán)禁在電流互感器與短路端子之間的回路和導(dǎo)線上進(jìn)行任何工作。在帶電的電流互感器二次回路上工作時(shí),要防止二次側(cè)開(kāi)路產(chǎn)生高電壓的危險(xiǎn)。
(2)在帶電的電壓互感器二次回路上工作時(shí),要嚴(yán)格防止二次側(cè)短路或接地。在取下或投入電壓端子連接片及線頭時(shí),必須小心謹(jǐn)慎,不得觸碰旁邊的端子或接地部分,拆開(kāi)的電壓線頭應(yīng)做好記號(hào)并用絕緣布包好。操作時(shí)應(yīng)使用絕緣工具,戴絕緣手套。必要時(shí),在征得值班負(fù)責(zé)人或調(diào)度員同意后,可在工作前停用相關(guān)的保護(hù)裝置。接臨時(shí)負(fù)載時(shí),必須裝有專用的隔離開(kāi)關(guān)(刀閘)和熔斷器(保險(xiǎn)),熔斷器的熔絲熔斷電流必須與電壓互感器保護(hù)熔絲配合。
(3)對(duì)于在消缺過(guò)程中可能誤動(dòng)的保護(hù)裝置,必要時(shí),在消缺前征得值班員或調(diào)度員同意后,可退出相關(guān)保護(hù)跳閘回路及其失靈啟動(dòng)回路。
(1)斷開(kāi)與被檢修設(shè)備聯(lián)系的電流回路和電壓回路。
(2)斷開(kāi)被檢修設(shè)備電流互感器至母線保護(hù)之間的電流回路。
(3)斷開(kāi)被檢修設(shè)備與運(yùn)行斷路器之間的跳閘回路,如主變后備保護(hù)跳母聯(lián)、分段、旁路斷路器的跳閘回路。
(4)斷開(kāi)被檢修設(shè)備啟動(dòng)失靈保護(hù)跳閘回路,包括啟動(dòng)遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)斷路器的相關(guān)回路。
(5)斷開(kāi)被檢修設(shè)備啟動(dòng)中央信號(hào)、故障錄波回路。
智能變電站用光纜取代了常規(guī)變電站的電纜接線方式,各設(shè)備由傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬節(jié)點(diǎn)信號(hào)傳輸方式變?yōu)橛蒅OOSE、SMV、MMS 網(wǎng)絡(luò)組成的虛擬報(bào)文傳輸方式。這一轉(zhuǎn)變帶來(lái)了二次回路構(gòu)成的重大改變,與之相對(duì)應(yīng)的二次回路安全措施也發(fā)生了很大的變化。根據(jù)智能變電站二次設(shè)備的特征實(shí)施相關(guān)措施,才能保證在二次系統(tǒng)上工作的安全。
智能變電站中檢修設(shè)備與其他運(yùn)行設(shè)備的聯(lián)系主要依靠光纖和網(wǎng)絡(luò),在不破壞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下,物理上就不能完全將檢修設(shè)備和運(yùn)行設(shè)備隔離。要實(shí)現(xiàn)有效的隔離,只有通過(guò)對(duì)裝置進(jìn)行各種設(shè)置,改變信息發(fā)送方和接收方的狀態(tài),才能避免誤跳運(yùn)行回路等情況的發(fā)生。
單間隔設(shè)備不停電裝置檢修是指,一次設(shè)備不停電,需要處理的裝置為本間隔單套保護(hù)的某一臺(tái)裝置。下面以220 kV 雙母線接線的線路間隔為例,說(shuō)明智能站不停電裝置檢修時(shí)繼電保護(hù)二次安措的實(shí)施。圖3 為220 kV 雙母線接線的線路保護(hù)構(gòu)成示意。
圖3 220 kV 雙母線接線的線路保護(hù)構(gòu)成示意
3.1.1 合并單元消缺
智能變電站保護(hù)所需電流、電壓數(shù)據(jù)取自合并單元(配置獨(dú)立的三相ECVT 的間隔可不配置合并單元)。A 套合并單元的故障導(dǎo)致電流、電壓數(shù)據(jù)異常時(shí),將影響到該間隔第A 套線路保護(hù)、第A套母線保護(hù),通常也會(huì)影響到該間隔遙測(cè)回路;B套合并單元故障將影響到該間隔第B 套線路保護(hù)、第B 套母線保護(hù)。因此檢修合并單元時(shí),凡使用其采樣數(shù)據(jù)的裝置必須全部退出運(yùn)行。其二次安措具體包括以下內(nèi)容:
(1)投入需檢修合并單元“投檢修態(tài)”壓板;
(2)退出對(duì)應(yīng)線路保護(hù)“跳閘出口GOOSE 發(fā)送軟壓板”、“重合閘出口GOOSE發(fā)送軟壓板”和“啟動(dòng)失靈GOOSE 發(fā)送軟壓板”;
(3)退出對(duì)應(yīng)線路斷路器失靈保護(hù)“啟動(dòng)失靈GOOSE 發(fā)送軟壓板”、“跳閘出口一GOOSE 發(fā)送軟壓板”、“跳閘出口二GOOSE 發(fā)送軟壓板”;
(4)退出對(duì)應(yīng)母線保護(hù)的所有間隔“跳閘出口GOOSE 發(fā)送軟壓板”;
(5)必要時(shí),退出對(duì)應(yīng)智能終端“出口跳閘”、“重合閘”硬壓板。
如果電流、電壓采用傳統(tǒng)互感器接入合并單元采樣的形式,則同時(shí)需采取防止電流二次回路開(kāi)路、電壓二次回路短路的措施。
3.1.2 線路保護(hù)裝置消缺
線路保護(hù)裝置消缺的二次安措則相對(duì)簡(jiǎn)單,主要包括以下3 點(diǎn):
(1)投入線路保護(hù)“投檢修態(tài)”壓板,保證線路保護(hù)的報(bào)文不出口,不對(duì)母線保護(hù)裝置造成影響;
(2)退出線路保護(hù)“跳閘出口GOOSE 發(fā)送軟壓板”、“重合閘出口GOOSE 發(fā)送軟壓板”和“啟動(dòng)失靈GOOSE 發(fā)送軟壓板”;
(3)退出對(duì)應(yīng)母線保護(hù)“××× GOOSE 接收軟壓板”。
由于整個(gè)二次安措只有邏輯斷開(kāi)點(diǎn),而缺少硬件斷開(kāi)點(diǎn),因此在完成對(duì)線路保護(hù)的處理后,如果需要做試驗(yàn),則需要將線路保護(hù)的采樣光纖接口拔出,使用數(shù)字式測(cè)試設(shè)備直接對(duì)裝置注入采樣數(shù)據(jù),保護(hù)裝置的反饋GOOSE 信號(hào)可以從相應(yīng)的GOOSE 測(cè)試接口獲得。
3.1.3 智能終端消缺
智能終端作為一、二次設(shè)備的接口,除具備傳統(tǒng)操作箱的功能外(不具備斷路器防跳功能),還包括了整個(gè)間隔內(nèi)所有隔離開(kāi)關(guān)的遙控、遙測(cè)、遙信功能。因此,智能終端消缺的二次安措同樣相對(duì)困難。具體安措為:
(1)投入智能終端“投檢修態(tài)”壓板;
(2)斷開(kāi)智能終端“出口跳閘”、“重合閘”硬壓板;
(3)考慮到間隔內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)位置可能發(fā)生改變,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況考慮停用對(duì)應(yīng)保護(hù),并將對(duì)應(yīng)母線保護(hù)該間隔刀閘位置按實(shí)際狀態(tài)強(qiáng)制。
單間隔設(shè)備停電裝置檢修主要針對(duì)線路保護(hù)定檢或線路保護(hù)消缺必須停用一次設(shè)備的情況,其二次安措相對(duì)于帶電消缺來(lái)說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單,同樣以220 kV 雙母線接線的線路間隔為例進(jìn)行說(shuō)明,具體安措為:
(1)投入本間隔合并單元“投檢修態(tài)”壓板;
(2)退出2 套母線保護(hù)“×××間隔投入軟壓板”,保證母線保護(hù)裝置不處理本間隔合并單元的采樣數(shù)據(jù);
(3)投入本間隔線路保護(hù)“投檢修態(tài)”壓板,投入本間隔智能操作箱“投檢修態(tài)”壓板,保證本間隔的GOOSE 報(bào)文不對(duì)運(yùn)行的母線保護(hù)造成影響。
以220 kV 雙母線接線的母線保護(hù)為例,具體安措有以下2 點(diǎn)。
(1)常規(guī)220 kV 母線微機(jī)保護(hù)不停電定檢校驗(yàn)時(shí),二次安全措施的執(zhí)行步驟為:首先斷開(kāi)母線保護(hù)所有間隔出口跳閘壓板、母差保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)主變失靈跳三側(cè)壓板;然后將母線保護(hù)所有電流回路短接,拆除電壓二次回路。常規(guī)220 kV 母線微機(jī)保護(hù)校驗(yàn)整組傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí),采用測(cè)量“跳閘脈沖”的方法驗(yàn)證回路的完整性。
(2)智能變電站母線保護(hù)二次安措僅靠投入保護(hù)裝置“投檢修態(tài)”壓板、退出保護(hù)出口跳所有間隔“××× GOOSE 發(fā)送軟壓板”,顯然不夠完善,對(duì)于電流、電壓二次回路只能依靠拔光纖的方法實(shí)施。智能變電站母線保護(hù)可通過(guò)抓取GOOSE 報(bào)文的形式驗(yàn)證保護(hù)的動(dòng)作行為正確性。為了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀獲取母線保護(hù)動(dòng)作GOOSE 報(bào)文,需投入所有間隔“××× GOOSE 發(fā)送軟壓板”。由于缺少硬件上的隔離措施,采用這種方法將帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)??紤]到母線保護(hù)的重要性,通常是拔下保護(hù)直跳光纖,將其接入數(shù)字報(bào)文分析儀,從而進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作行為分析。
智能變電站繼電保護(hù)二次安全措施與常規(guī)變電站相比發(fā)生了很大變化,結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作,對(duì)智能變電站繼電保護(hù)二次安全措施標(biāo)準(zhǔn)化提出合理化建議,將其歸納為保證二次回路安全工作的“三道防線”。
(1)投入被檢修設(shè)備“投檢修態(tài)”壓板。“投檢修態(tài)”壓板的作用是將裝置發(fā)送的報(bào)文中的“test”位置“1”,目的是將本裝置正處于檢修中的信息傳遞給其他設(shè)備。收到這個(gè)信息的其他裝置雖然仍然和它有信息交換,但是不再互相操作;如果同時(shí)有多個(gè)裝置在檢修狀態(tài)中,它們之間是可以互相操作的?!巴稒z修態(tài)”壓板構(gòu)成整個(gè)二次安措的最底層防線。目前,有的保護(hù)廠家在裝置面板上缺少對(duì)該壓板狀態(tài)的明顯信號(hào)提示,只將該壓板狀態(tài)反映在保護(hù)裝置開(kāi)入位置變位中,這給保護(hù)人員實(shí)時(shí)把握該壓板實(shí)際投入狀態(tài)帶來(lái)了困難。如果由于“投檢修態(tài)”壓板接觸不良或壓板連接二次引線松動(dòng),造成壓板工作位置與實(shí)際不對(duì)應(yīng),將會(huì)帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果。因此,建議繼電保護(hù)廠家在新裝置設(shè)計(jì)中能在保護(hù)面板醒目位置給出該壓板實(shí)際投入與否的狀態(tài)信號(hào)提示。
(2)“保護(hù)出口GOOSE 發(fā)送軟壓板”、“失靈啟動(dòng)GOOSE 發(fā)送軟壓板”、“間隔投退軟壓板”、“GOOSE 接收軟壓板”的投退。軟壓板的投退給出了檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備之間的邏輯斷開(kāi)點(diǎn)。目前不同廠家設(shè)備對(duì)軟壓板的命名和功能定義沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),如220 kV 母線保護(hù)中,PCS-915 裝置采用“×××間隔投入軟壓板”,BP-2C-D 裝置采用“××× GOOSE 接收軟壓板”、“××× SV 接收軟壓板”實(shí)現(xiàn)間隔投退。因此,保護(hù)人員必須熟悉掌握不同廠家軟壓板的名稱和功能上的差異,才能做到安全措施到位、無(wú)遺漏。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)人員的專業(yè)素質(zhì)提出了很高的要求。建議在新的智能變電站繼電保護(hù)“六統(tǒng)一”標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)范不同廠家設(shè)備軟壓板的名稱和功能定義,這對(duì)保證智能變電站二次設(shè)備運(yùn)行維護(hù)有重要意義。
(3)拔除光纖形成硬隔離措施。常規(guī)微機(jī)保護(hù)在設(shè)備不停電檢修時(shí),對(duì)整組傳動(dòng)試驗(yàn)可采用測(cè)“跳閘脈沖”的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)回路完整性的檢驗(yàn)。智能變電站由于其自身的特點(diǎn),在不拔除光纖的前提下,無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的硬件隔離。光纖的反復(fù)插拔也給設(shè)備的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)的一定的隱患,一般不建議使用拔除光纖的方法。因此,必須高度重視新建變電站的調(diào)試驗(yàn)收工作,對(duì)保護(hù)的所有跳閘邏輯進(jìn)行全面細(xì)致的檢驗(yàn)。此外,保護(hù)校驗(yàn)工作也應(yīng)由定期檢修逐步向狀態(tài)檢修過(guò)渡。
智能變電站繼電保護(hù)二次安措的實(shí)施是智能變電站運(yùn)行維護(hù)的一個(gè)非常重要的課題。目前,智能變電站技術(shù)仍處在不斷發(fā)展和完善的階段,不同廠家保護(hù)裝置的差異給現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)人員執(zhí)行二次安措帶來(lái)了困難。傳統(tǒng)的作業(yè)方式正面臨著巨大的轉(zhuǎn)變,有必要在設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)行各階段達(dá)成共識(shí),形成統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的二次安全措施作業(yè)規(guī)范,這對(duì)于保證智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行,推進(jìn)智能變電站技術(shù)的發(fā)展有著非常重要的意義。
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10 Q/GDW441 智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].