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        變電站就地化保護設(shè)計方案探討

        2017-10-21 01:44:56呂青孫浩云劉琳
        華東科技 2017年10期
        關(guān)鍵詞:環(huán)網(wǎng)保護裝置間隔

        文/呂青 孫浩云 劉琳

        變電站就地化保護設(shè)計方案探討

        文/呂青 孫浩云 劉琳

        隨著變電站二次設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,智能變電站成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能變電站的顯著優(yōu)點是實現(xiàn)了就地數(shù)字化、 跨間隔數(shù)據(jù)共享,二次回路簡單,無二次長電纜等。目前智能變電站標(biāo)準化設(shè)計采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu),在功能邏輯上由站控層、間隔層、過程層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成:站控層由監(jiān)控主機兼操作員工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機及網(wǎng)絡(luò)打印機等設(shè)備構(gòu)成;間隔層由保護、測控、計量、錄波、網(wǎng)絡(luò)記錄分析、相量測量等若干個二次子系統(tǒng)組成;過程層由合并單元、智能終端等構(gòu)成,完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能,包括實時運行電氣量的采集、設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行。

        隨著智能變電站的發(fā)展,以下問題日漸凸顯:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,中間環(huán)節(jié)多,由于合并單元以及智能終端的處理延時,保護的整組動作時間比常規(guī)變電站保護增加7~8ms;合并單元故障影響范圍大,SV網(wǎng)采數(shù)據(jù)同步對時間同步系統(tǒng)依賴性高;交換機數(shù)量多,配置工作量大,故障影響范圍廣,增加建設(shè)成本和維護難度;過程層配置復(fù)雜多變,安裝調(diào)試及運維檢修工作量大,改擴建技術(shù)難度高。

        就地化保護新技術(shù)將有效解決以上問題,對智能變電站的推廣應(yīng)用提供了有利的技術(shù)支撐。就地化保護通過貼近一次設(shè)備高防護就地安裝布置,采用電纜直接采樣直接跳閘,取消過程層合并單元和智能終端設(shè)備,減少中間傳輸環(huán)節(jié),提升保護速動性與可靠性;基于接口標(biāo)準化設(shè)計,實現(xiàn)保護裝置的即插即用、工廠化預(yù)制、集中式調(diào)試、模塊化安裝和更換式檢修,提升工作質(zhì)量和效率,減少停電時間;通過一體化設(shè)計,縱向集成單間隔功能,實現(xiàn)繼電保護裝置小型化、集成化,減少設(shè)備類型及數(shù)量,降低整體設(shè)備缺陷率。

        目前110kV及以上就地化線路保護樣機以及相關(guān)的管理單元設(shè)備已通過中國電科院檢測,并在黑龍江漠河、新疆吐魯番、浙江舟山等8個典型特殊氣候地區(qū)掛網(wǎng)運行。

        就地化保護裝置結(jié)構(gòu)特點

        就地化保護裝置采用小型化結(jié)構(gòu),模塊化設(shè)計,便于整體安裝、拆卸及更換。

        保護裝置對外接口采用專用電連接器和專用光纖連接器形式,通過預(yù)制電纜與預(yù)制光纜實現(xiàn)對外連接。各個電連接器與光纖連接器之間具有物理防誤插措施,包括本連接器不同方向以及不同連接器之間可能出現(xiàn)的防誤插措施。

        裝置采用金屬全密封機箱結(jié)構(gòu),裝置的IP防護等級滿足IP67的要求。裝置適應(yīng)于環(huán)境溫度:-40℃~+70℃。裝置電磁兼容性能:工頻電場強度19kV/m,工頻磁場強度1130μT。裝置具有防振動、抗跌落的機械結(jié)構(gòu),機械振動、沖擊和碰撞性能滿足DL/T 478-2013中4.10.4的規(guī)定。

        就地化保護性能特點

        就地化保護具有以下優(yōu)點:

        1)單間隔就地化線路保護減少了保護采樣、跳閘信號中間傳輸環(huán)節(jié),比目前智能化變電站保護的整組動作時間縮短7ms~8ms。

        2)單間隔線路保護取消了保護裝置與間隔合并單元、智能終端間SV、GOOSE虛端子配置,減少配置工作量。

        3)跨間隔就地化保護通過雙向環(huán)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余,任一節(jié)點通信中斷,環(huán)網(wǎng)通信不受影響,可靠性高。

        4)支持SV和GOOSE收發(fā),為站域保護等站端設(shè)備提供數(shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行支撐。

        5)簡化二次光纜、電纜接線。

        就地化保護與傳統(tǒng)智能站保護的性能對比:

        就地化保護 傳統(tǒng)智能站保護貼近一次設(shè)備安裝,僅需配置就地端子箱, 保護裝置工廠化預(yù)制、模塊化安裝需要間隔保護屏和智能匯控柜,系統(tǒng)接線復(fù)雜,占地面積大采用專用電連接器和專用光纖連接器插接,實現(xiàn)現(xiàn)場防誤、即插即用二次回路及接線復(fù)雜,易出現(xiàn)誤接線、消缺困難集中式調(diào)試、更換式檢修,簡化現(xiàn)場工作,提高人員工作效率現(xiàn)場調(diào)試、檢修,工作周期及停電時間長采用電纜直采直跳,提升速動性和可靠性應(yīng)用了光纖通信,增加了中間傳輸及光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),使得保護動作速度下降可無防護安裝 需空調(diào)環(huán)境下運行

        就地化線路保護實施方案

        1) 基于間隔內(nèi)功能縱向集成的理念,就地化線路保護集成了合并單元、智能終端功能。

        2)每套線路保護均具有完整的主后備保護功能,雙重化線路保護相互獨立配置。

        3)線路保護采用模擬量電纜直接采樣,采集本間隔保護用三相電流、電壓及同期電壓。通過SV網(wǎng)絡(luò)發(fā)布本間隔電流、電壓采樣值。

        4)線路保護采用電纜直接跳閘。通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)布本裝置的跳閘信號及其他狀態(tài)信號,通過GOOSE網(wǎng)訂閱其他保護或控制設(shè)備的相關(guān)信號。例如:啟動失靈、閉鎖重合閘。

        5)線路保護通過電纜接入必要的斷路器信息,例如:斷路器位置。

        6)線路保護具備SV和GOOSE過程層共口輸出功能,供站域等其他保護使用,采樣率為4kHz。

        7)線路保護縱聯(lián)通道分別采用兩個不同路由的通道。

        就地化線路保護方案如圖1所示。

        圖1 就地化線路保護方案示意圖

        就地化主變保護實施方案

        1)就地化主變保護由主機和子機構(gòu)成。保護主機、子機之間通過HSR環(huán)網(wǎng)發(fā)送和接收信息。

        保護主機包含全部保護功能、對外管理功能及本體子機功能,主機通過HSR環(huán)網(wǎng)接收采樣數(shù)據(jù)和開關(guān)量,進行邏輯運算。運算結(jié)果通過HSR環(huán)網(wǎng)發(fā)給子機,跨間隔開關(guān)量通過GOOSE網(wǎng)收發(fā)。

        保護子機完成本間隔模擬量采集,開關(guān)量采集及保護出口。子機采集模擬量和開關(guān)量后通過HSR環(huán)網(wǎng)發(fā)送給主機,并接收主機的開關(guān)量信號用于出口。

        2)子機應(yīng)采用電纜直接采樣和電纜直接跳閘方式,裝置接收的斷路器位置等本間隔開入信息應(yīng)采用電纜連接方式,與其他裝置間的啟動、閉鎖等信號應(yīng)采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。

        3)主機和子機具備SV和GOOSE過程層共口輸出功能,供站域等其他保護使用,采樣率為4kHz,子機同其他保護的信息交互采用GOOSE組網(wǎng)方式完成。

        4)保護裝置不依賴于外部對時系統(tǒng)實現(xiàn)其保護功能。

        需要指出的是,主變保護主機、子機之間采用環(huán)網(wǎng)通信具有較高的可靠性,當(dāng)任一節(jié)點通信中斷時環(huán)網(wǎng)通信不會受到影響。并且可根據(jù)變電站規(guī)模劃分不同子環(huán)網(wǎng),有效降低環(huán)網(wǎng)傳輸流量,提高傳輸裕量,方便間隔擴展。

        就地化母差保護實施方案

        1)母線保護按照常規(guī)互感器接入方式設(shè)計,電纜直接采樣、電纜直接跳閘。

        2)母線保護采用積木式設(shè)計,由一個基礎(chǔ)保護系統(tǒng)和若干個擴展保護系統(tǒng)構(gòu)成,以基礎(chǔ)保護系統(tǒng)為中心按星型拓撲連接。

        3)基礎(chǔ)保護系統(tǒng)和擴展保護系統(tǒng)能夠靈活接入8個間隔,間隔在各基礎(chǔ)保護系統(tǒng)或擴展保護系統(tǒng)的接入分配應(yīng)根據(jù)實際工程由設(shè)備制造廠在出廠前完成。

        4)基礎(chǔ)保護系統(tǒng)負責(zé)8個間隔的模擬量和開關(guān)量的采集和對應(yīng)間隔的分相跳閘出口,并完成保護邏輯功能、與智能管理單元接口功能、過程層網(wǎng)絡(luò)通信接口功能、站控層通信接口功能。

        5)擴展保護系統(tǒng)負責(zé)8個間隔的模擬量和開關(guān)量采集以及對應(yīng)間隔的分相跳閘出口。

        6)基礎(chǔ)保護系統(tǒng)和擴展保護系統(tǒng)可以靈活接入電壓模擬量或電流模擬量,每段母線的電壓按一個獨立的間隔接入,基礎(chǔ)保護系統(tǒng)和各擴展保護系統(tǒng)之間為點對點連接方式。

        7)基礎(chǔ)保護系統(tǒng)和擴展保護系統(tǒng)之間按照共口方式傳輸SV和GOOSE數(shù)據(jù)。

        8)基礎(chǔ)保護系統(tǒng)和擴展保護系統(tǒng)具備SV和GOOSE過程層共口輸出功能,供站域等其他保護使用,采樣率為4kHz。

        9)聯(lián)閉鎖信息(失靈啟動、遠跳閉重、失靈聯(lián)跳等)采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

        就地化保護智能管理單元

        就地化保護智能管理單元實現(xiàn)變電站內(nèi)就地化保護裝置的界面集中展示、配置管理、備份管理、保護設(shè)備在線監(jiān)視與診斷功能。智能管理單元與不同廠家保護裝置間具備良好的兼容性,對各廠家保護裝置采用統(tǒng)一的顯示和操作界面。

        變電站所有就地保護設(shè)備直接連接到站控層MMS網(wǎng)絡(luò)。智能管理單元采用雙機配置,部署在安全I區(qū),與站控層雙網(wǎng)連接,獲取保護數(shù)據(jù)。管理單元具體應(yīng)包含以下功能:

        1)界面展示功能:

        智能管理單元可以對菜單內(nèi)容進行相應(yīng)展示和操作;也支持保護中間節(jié)點信息上送及展示,輔助進行隱性故障識別。同時在智能管理單元中可以根據(jù)就地化保護的模擬量進行向量圖、序分量的計算,實現(xiàn)保護的負荷展示功能,方便運維人員負荷檢查,保證就地化保護的采樣準確性。

        2)備份功能:

        為保證在更換就地化保護設(shè)備時簡單易行,在就地化保護安裝完成后,智能管理單元對保護設(shè)備相關(guān)的參數(shù)進行備份,備份文件包括:CID、CCD、工程參數(shù)、定值等。

        3)保護設(shè)備在線監(jiān)視與診斷功能:

        智能管理單元可以根據(jù)就地化保護設(shè)備的上送告警信息、監(jiān)測信息等對裝置的運行狀態(tài)進行評估,并可根據(jù)監(jiān)測信息的統(tǒng)計變化趨勢進行故障預(yù)警。同時管理單元可以收集保護設(shè)備的溫度、電源電壓、光口強度等信息,能夠以圖形形式展示出來,并能對相應(yīng)數(shù)據(jù)進行分析預(yù)警。

        隨著電網(wǎng)規(guī)模的迅速擴張,電網(wǎng)亟需快速可靠、便于運維的繼電保護新技術(shù)。本文在就地化保護新技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了智能化變電站采用就地化保護配置方案;對就地化保護配置原則、裝置技術(shù)特性、設(shè)備安裝及接口方式均做了較為詳細的說明;并在就地化保護配置基礎(chǔ)上,提出了變電站采用三網(wǎng)合一的自動化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。工程中可根據(jù)實際接線和建設(shè)規(guī)模,選擇最優(yōu)的保護配置方案,保證智能變電站可靠安全運行。

        (作者均就職于華東電力設(shè)計院有限公司,文章有刪節(jié))

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