周立龍，王新宇，吳　謙（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

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基于智能變電站保護裝置跳閘方式比較

周立龍，王新宇，吳謙（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

現(xiàn)如今的智能變電站，在基于IEC61850通信規(guī)約保護設(shè)置的出口跳閘方式重點包含直接跳閘與網(wǎng)絡(luò)跳閘兩種。本文對比了智能變電站保護裝置的直接跳閘與網(wǎng)絡(luò)跳閘這兩種方式的優(yōu)點和缺點，以及彼此之間存在的差異，希望為該領(lǐng)域的發(fā)展貢獻自己的一份力量。

智能變電站；保護裝置；跳閘方式

1　引言

保護裝置直跳，指的是保護裝置出口跳閘經(jīng)由光前直接引到只能智能終端，保護跳閘信號經(jīng)由直跳光纜傳送，其他的信號經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送；保護裝置網(wǎng)跳，指的是保護裝置與智能終端都是引接到過程層交換機，跳閘等另外的GOOSE信號經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送。該兩種方式都有各自的優(yōu)勢與劣勢。

2　母線保護直跳方案與網(wǎng)跳方案接線及交換機配置差異

2.1母線保護直跳方式與網(wǎng)跳方案接線差異分析

智能變電站保護跳閘方式重要包含三種方式：直采直跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳以及直采網(wǎng)跳。由于網(wǎng)采網(wǎng)跳方式重點用在低電壓等級，所以，以下主要對直采直跳以及直采網(wǎng)跳進行研究。直采直跳跟直采網(wǎng)跳的差別主要是繼電保護的跳閘實現(xiàn)模式，保護直跳，指的是保護裝置到智能終端單獨的引一根光纖，而保護跳閘信號則經(jīng)過該光纖直接傳輸，其他的信號則經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外一種就是保護網(wǎng)跳，指的是保護裝置與智能終端都引接到過程層的交換機當中，從而保護全部GOOSE信號都可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸。這兩種方案接線上的重點區(qū)別就是第一個方案比第二個方案增加了直跳光纜；跳閘模式上直跳方案的跳閘是經(jīng)由跳閘光纜傳送，并沒有任何中間環(huán)節(jié)；而網(wǎng)絡(luò)跳閘方案以及報文都需要經(jīng)過交換機傳輸。

2.2母線保護直跳方案與網(wǎng)跳方案交換機配置差異分析

智能變電站的自動化系統(tǒng)是由三層兩網(wǎng)組成的，兩層網(wǎng)絡(luò)分別是由站控層交換層與過程層交換機所組成，因為保護選用的是直跳方案還是網(wǎng)跳方案，僅僅能夠影響到過程層與間隔層間的接引線，跟站控層交換機與接線沒有關(guān)系，所以，該兩種跳閘方案對于站控層交換機配備與接線是完全一致的。對于過程層網(wǎng)絡(luò)交換機配備是否一致，我們應(yīng)該開展詳盡的分析：過程層網(wǎng)絡(luò)重點負責(zé)過程層設(shè)施跟間隔層設(shè)施之間、過程層設(shè)施之間以及間隔層設(shè)施之間的數(shù)據(jù)通信，過程層網(wǎng)絡(luò)負責(zé)傳送的信息重點包含遙測、遙調(diào)、遙控、遙信信號與繼電保護間的連閉鎖、失靈重啟等信號；不同是繼電保護跳閘在直跳的時候過程層網(wǎng)絡(luò)傳送的信息并不包括跳閘信號，但是網(wǎng)絡(luò)跳閘會包括跳閘信號。

3　保護裝置直跳與網(wǎng)跳的可靠性分析

3.1直跳方式

3.1.1優(yōu) 點

智能變電站保護裝置直跳方式選取的是點對點傳送，它并不依靠網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的故障對于保護裝置動作的跳閘出口并不會有所影響，所以采用點對點傳送，可以防止利用交換機所引起的一些問題。即可以防止交換機延時所引起的保護誤動，避免交換機收到電磁擾動使得采樣值丟包閉鎖保護，此外，還能夠有效防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等。

3.1.2缺 點

①對保護設(shè)備的硬件要求太高。在進行網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)臅r候，保護設(shè)備的CPU僅僅需要處理一個斷口的數(shù)據(jù)；而在點對點模式之下，保護裝置的數(shù)據(jù)接口會大幅度加大（500kV的智能終端為10個端口，而線路保護最少需要7個端口），CPU需要同時處理每個端口的數(shù)據(jù)，處理工作量加大，而且一定要采用高性能的CPU才可以滿足數(shù)據(jù)處理的即時性要求。因為數(shù)據(jù)端口的增多，保護裝置內(nèi)循環(huán)處理的時間就會比處理單獨端口的時間長。②保護裝置的硬件成本加大。在點對點模式之下，設(shè)備之間的光纜接線與光纖熔接點遠遠比網(wǎng)絡(luò)化傳輸模式多，加大了現(xiàn)場的施工量。光纜的連接比較復(fù)雜，增大了運行與維護的難度與工作量，與此同時，熔接點的增多也會給數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定程度帶來一定的隱患。③增加了保護裝置發(fā)生故障的概率。保護裝置端口數(shù)目的增多，使得CPU的發(fā)熱量比常規(guī)保護設(shè)施大，這也導(dǎo)致保護裝置的運行環(huán)境變得非常惡劣，而且光纖熔接點比較多，都增加了故障發(fā)生的概率。

3.2網(wǎng)跳方式

3.2.1優(yōu) 點

保護裝置的出口跳閘選用網(wǎng)絡(luò)化傳送，光纖的鋪設(shè)量較少，現(xiàn)場網(wǎng)架清晰。與此同時，降低了設(shè)備之間相互調(diào)試的麻煩，減少了工程建設(shè)的周期。另外，過程層全部的數(shù)據(jù)都在網(wǎng)絡(luò)上傳送，方便利用網(wǎng)絡(luò)保溫記錄來了解設(shè)備實時監(jiān)視設(shè)施之間的信息交互過程，進而能夠及早發(fā)現(xiàn)問題，也有助于故障之后不同設(shè)備商家之間的責(zé)任劃分，防止出現(xiàn)推諉，不利于故障的分析。

3.2.2缺 點

①對于交換機的可靠程度要求較高。網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)淖畲髥栴}在于交換機的性能。數(shù)據(jù)在交換機上傳輸難免會存在延時，怎樣科學(xué)分配網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，盡量降低傳輸延時，同時提升交換機自身硬件的質(zhì)量，以此適應(yīng)長時間穩(wěn)定運行的需求，是網(wǎng)絡(luò)化傳輸需要亟待解決的問題?，F(xiàn)如今，因為交換機的價格非常昂貴，在一定程度上限制了網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。②延時長。因為采樣值經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸會引起一定的延時，為了確保數(shù)據(jù)之間的同步，一定要提供高可靠程度的對時系統(tǒng)。

4　保護裝置直跳與網(wǎng)跳方式經(jīng)濟技術(shù)比較

4.1取費標準

智能變電站光纜費用是材料費與敷設(shè)費的總和，通常按照30元/m、每根光纜150m來計算。結(jié)合通信行業(yè)定額，光纜熔接的費用每點按照125元計算。考慮到保護裝置與智能終端因為直采直跳引起端口增多的軟硬件成本改變，結(jié)合廠家給出的指導(dǎo)性收費標準，設(shè)備沒增多一個光口，費用就增多500元。

4.2經(jīng)濟技術(shù)比較

因為保護裝置不管采取直跳還是網(wǎng)跳的模式，保護裝置與智能終端都需要接到GOOSE網(wǎng)絡(luò)，與交換機的配置是沒有關(guān)系的。所以，僅需要比較兩種跳閘方式增多的光口數(shù)目、熔接點以及光纜長度。以下針對500kV智能變電站當中不同類型保護裝置的兩種跳閘方式，開展經(jīng)濟技術(shù)的分析與比較。在保護設(shè)備端口方面，如果保護裝置的出口跳閘選取直跳方式的時候，500kV線路保護需要增多2個直跳出口，邊（中）斷路器智能端口個加上一個光口，一共增多4個端口；如果有7個500kV串，500kV母線保護就需要多出直跳出口7個，各串邊（中）斷路器只能終端個多出光口1個，一共增多14個端口。在光纜上，如果保護裝置的出口跳閘選取直跳方式的時候，500kV線路保護直跳的光纜應(yīng)該采取單獨一根的時候，應(yīng)該加2根到斷路器智能終端的光纜；跟GOOSE網(wǎng)絡(luò)共同使用一根光纜的時候，需要增多4個熔點、4根尾纖。

5　母線保護直跳方式特點分析

5.1光口多，增加故障概率

設(shè)備光口數(shù)目的增多也相應(yīng)增多了光纖熔點與光纖的使用量，多光口光纖的熔接質(zhì)量與光纖的裝設(shè)技術(shù)都非常重要，如果某一光口的故障或者某根光纜斷裂或彎曲半徑太大的時候，跳閘信號或許就沒有辦法送達，母線保護就沒有辦法把跳閘信號發(fā)送至該間隔智能的終端，這套母線保護就會無法徹底消除故障。

5.2多光口接入發(fā)熱量大，影響裝置壽命及運行可靠性

裝置光口數(shù)目的增多，每個光口都會發(fā)熱，多個光口在同一個區(qū)域接入，會導(dǎo)致該區(qū)域的溫度增高。實際的測量也正是跨間隔的保護裝置。因為光口數(shù)目多，運行的溫度顯著高于光口數(shù)目比較少的單間隔保護。單間隔保護裝置因為光口的數(shù)目較少，溫度通常在40～50℃，然而跨間隔的母線保護裝置因為光口數(shù)目多溫度就會比單間隔的保護裝置高出大概15℃。溫度太高會影響到光纖的傳輸質(zhì)量與設(shè)備的使用年限；溫度過高會使得管線傳輸?shù)暮膿p增加；同時加速光纖外護套顏色的褪變，對運行維護產(chǎn)生一定的困難；如果溫度超過70℃，甚至?xí)鸸饫w的燒毀。

5.3增加CPU處理壓力，裝置光口處理時延長

因為在點對點模式下，母線保護光口的增多，母線保護需要對每個端口逐一進行處理，每個CPU需要同時處理各個端口的數(shù)據(jù)，處理的工作量是非常大的，而且一定要選擇高性能的CPU硬件或者選取多個數(shù)據(jù)處理硬件才可以滿足數(shù)據(jù)處理的相關(guān)要求。因為數(shù)據(jù)端口的增多，在裝置內(nèi)的循環(huán)處理過程中，也會比單一端口處理的時間要長。

6　母線保護網(wǎng)跳方式特點分析

6.1可靠性

直跳是跳閘信號與報文傳輸僅僅經(jīng)過保護裝置與智能終端的兩個環(huán)節(jié)，然而網(wǎng)絡(luò)跳閘增多了交換機環(huán)節(jié)，在該方面的可靠性確實有一定的降低。但是跨間隔保護如母線保護網(wǎng)跳僅僅需要一個光口，減少了眾多的光口，在該方面網(wǎng)跳的可靠程度更好。

6.2方便故障分析

過程層全部的數(shù)據(jù)都在網(wǎng)絡(luò)上傳送，能夠方便的利用網(wǎng)絡(luò)報文記錄來分析裝置，對每個設(shè)備之間的信息交互過程開展完整的實時的監(jiān)控，進而盡早發(fā)現(xiàn)故障。同時也非常有助于產(chǎn)生故障之后不同設(shè)備廠商之間責(zé)任的區(qū)分，防止產(chǎn)生推諉情況。

7　結(jié)語

綜上所述，智能變電站繼電保護跳閘的實現(xiàn)方式對變電站安全穩(wěn)定運行有著至關(guān)重要的作用。為了充分利用好智能變電站網(wǎng)絡(luò)帶來的便利，同時又不降低變電站的可靠程度，建議應(yīng)該開展與推動直跳與網(wǎng)跳相結(jié)合的模式，進而實現(xiàn)最終的保護、安全的網(wǎng)絡(luò)化傳輸出以及控制信息的可靠性。

［1］易永輝，王雷濤，陶永健.智能變電站過程層應(yīng)用技術(shù)研究［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2015（21）：29～30.

［2］王 松，陸承宇.數(shù)字化變電站繼電保護的GOOSE網(wǎng)絡(luò)方案［J］.電力系統(tǒng)自動化，2015（3）：49～50.

［3］鐘連宏，梁異先.智能變電站技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：中國電力出版社，2010.

周立龍（1983-），男，研究生，主要從事智能變電站保護工作。

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2095-2066（2016）10-0015-02

2016-3-8