楊 勇，盛海華，張廣嘉，王堅俊

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基于無縫接入模式的母線保護智能化改造方法

楊 勇1,2，盛海華1，張廣嘉3，王堅俊2

(1.國網(wǎng)浙江省電力公司，浙江 杭州 310000；2.國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，浙江 杭州 310009；3.長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057)

母差保護裝置接入支路多、運行方式多樣、改造復雜，因此，母差保護裝置在改造過程中面臨長期停電及運行方式不靈活等諸多問題。針對這一情況，結(jié)合現(xiàn)場多次改造經(jīng)驗，在分析現(xiàn)場具體二次回路配置的基礎上，分別提出基于傳統(tǒng)母線保護改造智能接口及GOOSE出口轉(zhuǎn)接的改造方案。基于現(xiàn)場多種模式情況下都可以在不改動現(xiàn)場二次回路接線的情況下，實現(xiàn)智能站母線保護的不停電改造工作。通過該方案的應用，解決了傳統(tǒng)站智能化改造的關鍵問題，對于推進智能電網(wǎng)的建設具有重要意義。

母線保護；無縫接入；智能接口設備；不停電改造

0 引言

隨著智能站的發(fā)展，傳統(tǒng)變電站改造成智能站成為一種必然的趨勢，常規(guī)變電站的智能化改造工程正在逐步增多。如何使當前正在運行的傳統(tǒng)變電站平滑地過渡到智能化變電站，是一個關系到智能化變電站能否得到快速推廣的現(xiàn)實問題。變電站改造工程中，運行的設備只能按間隔停運，對于跨間隔設備不能長時間退出運行，SCD配置文件不能頻繁修改，又由于母線保護裝置存在接入支路多、運行方式多樣、改造復雜等情況，因此在智能化改造過程中面臨諸多問題，這使得母線保護的智能化改造方法的研究顯得尤為重要。

從變電站運行可靠性及工程改造操作性考慮，需要找到可行的改造方案，以解決母線保護裝置從傳統(tǒng)到數(shù)字化過渡過程中出現(xiàn)的問題，確保改造期間母線保護一直運行。如何解決母線保護裝置在改造過程中同時接入常規(guī)設備和數(shù)字化設備，并且實現(xiàn)常規(guī)設備改造完畢后能夠無縫切換到數(shù)字化母線保護等問題，是常規(guī)變電站改造成智能站的關鍵[1-4]。

1 當前主要方案及問題分析

目前，對于母線保護的智能化改造主要包括如下幾種方案。

1) 按照母線來劃分傳統(tǒng)及智能站模式

若主接線為雙母線接線，可通過讓I、II段母線分列運行，改造前所有間隔掛接I母，接入傳統(tǒng)母線保護裝置；改造過程中，將除母聯(lián)外所有間隔依次停電進行智能化改造，將改造后的間隔掛接II母，并接入數(shù)字化母線保護裝置；當所有間隔改造完畢后再將改造完的母聯(lián)間隔接入數(shù)字化母線保護，整個改造方案完成。

優(yōu)點：改造過程簡單，接線工作量較少。

缺點：改造過程中要求母線長期處于分列運行狀態(tài)，同時改造前期全站負荷均集中于一條母線，運行方式單一，若該母線出現(xiàn)故障將導致停電面積擴大，系統(tǒng)的可靠性較低。另外，該改造方案具有局限性，對電網(wǎng)的一次接線方式要求較高，不適用于所有主接線方式[5]。

2) 單間隔數(shù)字化改造后統(tǒng)一接入數(shù)字化母線保護方案

該改造方案主要分為以下兩個階段。

第一階段，將原有傳統(tǒng)間隔按順序進行智能化改造，改造過程中常規(guī)母線保護一直投入運行。

第二階段，將所有已經(jīng)完成智能化改造的間隔接入數(shù)字化母線保護，經(jīng)測試正確后投入運行，將原有常規(guī)母線保護退出，并取消所有模擬量接線，整個改造過程完成。

優(yōu)點：不需要增加母線保護子機。

缺點：單間隔保護必須具備既能接受數(shù)字量又能接受模擬量的功能，改造過程中第一階段與第二階段均需要對改造間隔交流采樣并對開入開出模擬量接線進行更改，其中第一階段需保留母線相關回路的接線，第二階段需將相關端子接線拆除。施工過程較復雜，工作量大，改造過程中安全風險及停電次數(shù)都較高，同時工作效率也較低[6]。

3) 母線分段智能化改造方案

此方案需要按照“主機+子機”的模式進行。改造分為以下兩個階段。

第一階段，將一次母線停電后打斷母線連接，把需要改造的間隔所連接的母線完全隔離，然后進行這部分間隔的智能化改造。

第二階段，改造后的間隔投運前，再停電進行母線連接，同理，分階段完成其余的間隔。

優(yōu)點：二次接線簡單，改造后的間隔可直接接入母線智能化設備。

缺點：停電次數(shù)多，相應的倒閘操作頻繁，電網(wǎng)運行的可靠性較低；運行方式復雜，負荷轉(zhuǎn)移困難；施工難度大，施工周期較長，危險因素多，工作效率較低。

從變電站運行可靠性及工程改造的操作性考慮，上述方案均存在一些問題。其中分母線改造要求母線長期處于分列運行狀態(tài)，同時改造前期全站負荷均集中于一條母線，運行方式單一，運行母線故障將導致停電面積擴大，系統(tǒng)可靠性較低。另外，該方案對電網(wǎng)的一次接線方式要求較高，不適用于所有主接線方式；單間隔改造時保留母差接線方案，要求單間隔保護必須具備既能接收數(shù)字量又能接收模擬量的功能，改造過程中需要對改造間隔的交流采樣以及開入開出模擬量的接線進行更改，施工過程較復雜，工作量大，增加改造過程中安全風險及停電次數(shù)，同時降低了工作效率。

針對以上問題，本文提出了以智能接口設備為基礎的無縫接入智能化改造方案。

2 無縫接入方式的改造方案

2.1 硬件改造方案

基于改造過程中傳統(tǒng)二次電纜接線改造的復雜性，考慮利用原有母線保護的二次電纜接線，對原有傳統(tǒng)母線保護進行改造，成為智能接口裝置(下文以全間隔子機替代)，這樣就解決了二次電纜變化帶來的問題?，F(xiàn)場基于傳統(tǒng)BP-2B母線保護進行改造，是將現(xiàn)場原有的BP-2B改造為全間隔子機，使之充當臨時數(shù)字化母線保護數(shù)據(jù)采集及控制的角色。具體來講，通過更改CPU板、增加光口板等模式將其改造成為全間隔子機，該子機能夠?qū)⒃械膫鹘y(tǒng)開入開出量以及交流采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后再通過光纖接入數(shù)字化母線保護主機。改造過程中，已完成智能化改造間隔的合并單元與智能終端通過光纖接入母差保護主機，未改造的傳統(tǒng)間隔通過全間隔子機接入母線保護主機。全部間隔智能化改造完成后，母線保護主機接入所有間隔的合并單元與智能終端，全間隔子機可完全撤除。

2.2 母線保護子機無縫切換過程

要實現(xiàn)全間隔保護子機的無縫切換，需要滿足如下條件。

按照全站改造的最終模式配置SCD文件，其中MU、智能終端、所有保護ICD及關聯(lián)信息不再發(fā)生變化。

全間隔子機可以實現(xiàn)多個SV和GOOSE發(fā)送，按間隔發(fā)送，且發(fā)送內(nèi)容與單間隔合并單元及智能終端發(fā)送內(nèi)容一致。

全間隔子機的交流采樣和開入開出回路均為原有的接線，無需更改。SCD文件配置好后，使用SCD工具對其進行私有化配置后下裝到全間隔子機，將數(shù)字化母差需要的所有未改造完成間隔的配置信息均修改為由全間隔子機發(fā)送，同時將數(shù)字化母差GOOSE跳閘信息中需要常規(guī)跳閘的虛端子關聯(lián)到全間隔子機進行開出。如此，改造期間每完成一個間隔，僅需將該間隔光纖連線由全間隔子機改為該間隔智能終端、MU即可。

(1) 針對SV配置，通過新建ICD文件實現(xiàn)，步驟如下所述。

按照最終版SCD文件中MU的ICD及其發(fā)送特性新建全間隔子機的ICD文件，將配置好的ICD文件導入配置好的SCD，然后將全間隔子機配置為單IED下多SV包發(fā)送并修改每個SV發(fā)送的SMV控制塊與現(xiàn)場實際MU的SMV實際控制塊一致，再將全間隔子機生成的“MU.CFG”文件導入全間隔子機裝置，接下來測試驗證全間隔子機與數(shù)字化母線保護通信及間隔關聯(lián)的正確性。

SV發(fā)送配置流程如圖1所示。

圖1 全間隔子機SV配置流程圖

(2) 針對GOOSE發(fā)送配置，全間隔子機的GOOSE發(fā)送通過修改最終版本SCD文件中的智能終端以及各間隔保護裝置GOOSE發(fā)送通道的虛端子短地址實現(xiàn)。具體步驟如下：

修改最終版SCD中智能終端、間隔保護裝置的GOOSE發(fā)送通道虛端子短地址為全間隔子機的短地址，生成各智能終端與間隔保護裝置等IED對應的GOOSE配置文件，然后修改各個GOOSE配置文件名稱并按順序排列，再將排列好的各間隔GOOSE配置文件下裝到全間隔子機中，最后測試驗證全間隔子機與數(shù)字化母線保護通信及間隔關聯(lián)的正確性。

GOOSE發(fā)送配置流程如圖2所示。

圖2 全間隔子機GOOSE發(fā)送配置流程圖

(3) 針對全間隔子機的GOOSE接收，通過新增全間隔子機ICD文件實現(xiàn)，具體實現(xiàn)步驟如下所述。

新增全間隔子機GOOSE接收用的ICD文件，然后將新增的ICD文件導入SCD中，再在SCD中將數(shù)字化母差的各支路跳閘及聯(lián)跳出口關聯(lián)到全間隔子機對應的開入虛端子，接下來將全間隔子機生成的“GOOSE.CFG”文件名稱修改為“GOOSERx. CFG”后導入全間隔子機裝置。最后測試驗證數(shù)字化母線保護GOOSE出口與全間隔子機跳閘出口關聯(lián)的正確性。

GOOSE接收配置具體流程如圖3所示。

圖3 全間隔子機GOOSE接收配置流程圖

3 智能化改造實例

以雙母線母線接線方式為實例，對改造過程進行進一步詳細說明：

如圖4所示的雙母線接線，有L1/L2/L3/L4/ L5/ L6六個間隔，其中L1為母聯(lián)，掛在母線的所有間隔均須逐個進行數(shù)字化改造。

圖4 一次系統(tǒng)接線圖

全間隔子機無縫切換為過程層設備接入母線保護過程詳述如下。

3.1 母線保護改造為全間隔子機

改造的第一步驟是將原常規(guī)母線保護改造為全間隔子機的微機母線保護裝置，即保持原所有開入開出回路不變的情況下，將原CPU板改為帶光口的智能CPU板，將母線保護裝置改造為全間隔子機，裝置改造前后示例圖如圖5所示。

圖5 母線保護改造為全間隔子機示例圖

3.2 形成全間隔子機MU配置

SCD中數(shù)字化母差所接收的7個實際MU配置情況如下。

母線MU：采集M1和M2母線三相電壓， SMV控制塊為MM5001AMU1/LLN0$SV$Smvcb1，通道數(shù)為23；

L1母聯(lián)MU：采集L1母聯(lián)三相電流，SMV控制塊為MF5001AMU1/LLN0$SV$Smvcb1，通道數(shù)為18；

L2支路MU：采集L2支路三相電流，SMV控制塊為ME5002AMU1/LLN0$SV$Smvcb1，通道數(shù)為18。

L3~L6支路MU配置類似，此處省略。

將上述7個MU的SV發(fā)送數(shù)據(jù)集導出，合并形成一個大的ICD文件，修改ICD文件中M1和M2母線三相電壓采集短地址改為全間隔子機電壓采集的短地址，L1~L6支路三相電流采集的短地址改為全間隔子機對應各支路電流采集的短地址，其他數(shù)字化母差未使用的短地址修改為全間隔子機備用通道短地址。

將該ICD文件通過SCD工具生成MU.CFG配置文件，配置文件中包含7個獨立MU發(fā)送包和7個獨立發(fā)送口，第一個SV發(fā)送口發(fā)送的SMV控制塊為MM5001AMU1/LLN0$SV$Smvcb1，通道數(shù)為23，與母線MU發(fā)送的控制塊和通道數(shù)完全一致，其中電壓采樣值為全間隔子機電壓采樣值；第二個SV發(fā)送口發(fā)送的SMV控制塊為MF5001AMU1/ LLN0$SV$Smvcb1通道數(shù)為18，與L1母聯(lián)MU發(fā)送的控制塊和通道數(shù)完全一致，其中母聯(lián)采樣值為全間隔子機母聯(lián)采樣值。

第三至第七發(fā)送口發(fā)送的MU配置參照執(zhí)行。

3.3 形成全間隔子機GOOSE發(fā)送配置

SCD中數(shù)字化母差接收的6個實際智能終端和間隔保護配置情況如下。

L1智能終端：采集A、B、C三相斷路器位置；

L2~L6智能終端：采集L2~L6支路1G和2G刀閘位置；

L1間隔保護：L1保護失靈啟動開入；

L2~L6間隔保護：L2~L6三相啟動失靈開入。

將SCD文件中上述智能終端和間隔保護通道的短地址全部改為全間隔子機的對應開入通道的短地址，其他數(shù)字化母差未使用通道全部改為全間隔子機備用開入短地址。然后分別生成L1~L6智能終端的GOOSE配置文件和L1~L6間隔保護的GOOSE配置文件，并與全間隔子機約定好名稱后下裝到全間隔子機。

3.4 全間隔子機接收數(shù)字化母差GOOSE接收配置

SCD中數(shù)字化母差需要發(fā)送的出口如下：01~ 06支路跳閘出口；02和03支路失靈聯(lián)跳出口；M1和M2母線保護動作出口。

將全間隔子機ICD文件導入SCD中，將數(shù)字化母差上述跳閘出口分別關聯(lián)至全間隔子機的開入(對應各支路跳閘出口和失靈聯(lián)跳出口)，生成全間隔子機GOOSE配置文件，與全間隔子機約定好名稱后下裝到全間隔子機。

3.5 數(shù)字化母線保護聯(lián)跳并投運

對數(shù)字化母差、MU、智能終端、保護裝置和全間隔子機設備進行聯(lián)調(diào)后，即可將數(shù)字化母差和全間隔子機運至改造現(xiàn)場[7-8]，待數(shù)字化母差安裝調(diào)試完畢，將原常規(guī)母差停運，修改為全間隔子機，數(shù)字化母差和全間隔子機順利投入運行。

3.6 逐個間隔改造過程

假設從L2支路開始改造，將L2支路一次開關斷開，其他支路正常投入運行，將L2支路改造為MU、智能終端，直接將原接入全間隔子機的L2支路對應光纖改接入MU、智能終端，同時將全間隔子機L2支路失靈發(fā)送GOOSE包屏蔽[9-10]。不需修改數(shù)字化母差和全間隔子機配置，即可恢復數(shù)字化母差正常通信和保護投入，實現(xiàn)無縫切換。改造期間，整站改造過程中網(wǎng)絡示意圖如圖6所示。

3.7 改造完畢，全間隔子機退出

所有間隔改造完畢后，全間隔子機可退出運行，整站改造完畢后網(wǎng)絡示意圖如圖7所示。

圖6 整站改造過程網(wǎng)絡示意圖

圖7 整站改造完畢網(wǎng)絡示意圖

4 結(jié)論

基于對可靠性及運行方式的要求，傳統(tǒng)站改造為智能站是一項時間緊、難度大的工作，對于關系全站接入的母線保護改造，更是要具備行之有效的解決方案。本文依據(jù)工程現(xiàn)場改造實踐，充分考慮現(xiàn)場改造工作的效率及安全性，提出一種全間隔子機無縫切換為過程層設備接入母線保護的方法，有效地實現(xiàn)了傳統(tǒng)變電站平滑地過渡到智能化變電站，大幅降低了改造成本，縮短了改造周期，提高了現(xiàn)場改造回路安全性，解決了傳統(tǒng)站智能化改造的難題，為推進智能電網(wǎng)的建設步伐起到重要的作用。

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(編輯 魏小麗)

Intelligent reconstruction scheme for bus protection based on the seamless access mode

YANG Yong1, 2, SHENG Haihua1, ZHANG Guangjia3, WANG Jianjun2

(1. State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou 310000, China; 2. Hangzhou Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou 310009, China;3. CYG SUNRUI Co., Ltd., Shenzhen 518057, China)

Considering the multi-access branches, the diversity of operation modes, and the complex reconstruction, there exist many problems such as long-term power failure, inflexible operation mode during the reconstruction for the bus differential protection device. In view of this situation, combined with the abundant reconstruction experience, based on the analysis of the specific secondary circuit configuration, the modification scheme of intelligent interface based on the traditional bus protection device and the GOOSE export transfer is proposed. In this way, it can be possible to realize the reconstruction with uninterrupted power for bus protection in intelligent substation under the situation of multiple modes without any changing of the secondary circuit wiring. Through the application of the scheme, the key issues of intelligent reconstruction for the traditional substation can be solved. Besides, it is significant to promoting the intelligent substation construction.

bus protection; seamless access; intelligent interface equipment; reconstruction with uninterrupted power

10.7667/PSPC152052

2015-11-25；

2016-01-11

楊 勇(1968-)，男，高級工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化；盛海華(1966-)，男，高級工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化；張廣嘉(1977-)，男，高級工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護及控制。E-mail: zhanggj@sznari.com