李永周 侯偉 段運(yùn)鑫

摘要：現(xiàn)有智能變電站多采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，存在占地大、成本高、故障率高、速動(dòng)性和可靠性低等缺點(diǎn)。作者分析了就地化保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，提出了一套220kV智能變電站就地化保護(hù)全站配置方案，對(duì)就地化保護(hù)的普及和應(yīng)用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能變電站；就地化保護(hù)；配置方案

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0075-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，智能變電站的核心技術(shù)經(jīng)歷了跨越式的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟。較傳統(tǒng)變電站而言，智能變電站具有集成化、數(shù)字化、智能化的特點(diǎn)，其建設(shè)周期短，運(yùn)行效率高，但隨著智能變電站大規(guī)模建設(shè)和投運(yùn)，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中也暴露出了一系列的問題。如過程層設(shè)備數(shù)量多，硬件成本增加，故障幾率增加，降低了繼電保護(hù)系統(tǒng)的速動(dòng)性和可靠性；戶外運(yùn)行環(huán)境較差，發(fā)熱量大，長(zhǎng)期運(yùn)行故障率較高，日常維護(hù)難度增大；需要設(shè)置專門的繼電保護(hù)小室，占地面積大，現(xiàn)有模式還有繼續(xù)優(yōu)化的空間。鑒于以上問題，國(guó)家電網(wǎng)公司制定了《國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展綱要》，確定了220kV及以下電壓等級(jí)常規(guī)采樣就地化保護(hù)整體技術(shù)方案，因此采用就地化保護(hù)成為大勢(shì)所趨。

1 智能變電站就地化保護(hù)的特點(diǎn)

與智能變電站微機(jī)保護(hù)+合并單元+智能終端模式相比，就地化保護(hù)具有小型化、高可靠性、高防護(hù)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無防護(hù)安裝和即插即用。具體有以下特點(diǎn)：（1）就地化保護(hù)裝置小型化，接口標(biāo)準(zhǔn)化，即插即用，簡(jiǎn)化二次接線。（2）就地化保護(hù)采用SV、GOOSE、MMS三網(wǎng)合一共口輸出，構(gòu)建全站保護(hù)專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備信息交互。（3）采用預(yù)制式航插，標(biāo)準(zhǔn)化配置，互操作性強(qiáng)，有效防止現(xiàn)場(chǎng)“誤接線”。（4）可實(shí)現(xiàn)“工廠化調(diào)試”和“更換式檢修”，安裝、調(diào)試、檢修、更換更加方便，大幅縮短停電時(shí)間，減少運(yùn)維工作量。（5）電纜采樣、直接跳閘，減少數(shù)據(jù)傳輸中間環(huán)節(jié)，提高保護(hù)的可靠性和速動(dòng)性。（6）保護(hù)功能不依賴于外部對(duì)時(shí)系統(tǒng)，也不受SCD文件影響。（7）IP67防護(hù)等級(jí)，滿足就地化安裝環(huán)境條件及長(zhǎng)壽命要求。（8）取消保護(hù)屏柜，就地安裝，節(jié)約土地面積，減少光纜和電纜使用量，實(shí)現(xiàn)降本增效。

2 全站配置方案

全站采用IEC61850體系，取消過程層，站控層和間隔層分別采用雙星型以太網(wǎng)；保護(hù)裝置就地化配置，電纜直接采樣，直接跳閘，通過光纖分別接入保護(hù)專網(wǎng)A和保護(hù)專網(wǎng)B。保護(hù)專網(wǎng)負(fù)責(zé)傳輸SV、GOOSE、和MMS報(bào)文，保護(hù)專網(wǎng)A/B之間采用隔離裝置隔離，二者獨(dú)立。智能管理單元同時(shí)連接保護(hù)專網(wǎng)A/B和站控層網(wǎng)絡(luò)，作為二者的橋梁。

220kV保護(hù)裝置、管理單元、錄波器、保護(hù)專網(wǎng)和站控層網(wǎng)絡(luò)均采用雙重化配置。就地化線路保護(hù)獨(dú)立完成保護(hù)功能；就地化變壓器保護(hù)采用分布式模式，按側(cè)配置保護(hù)子機(jī)；就地化母線保護(hù)采用積木式可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，每個(gè)子機(jī)支持多個(gè)間隔，根據(jù)變電站實(shí)際規(guī)模靈活配置子機(jī)數(shù)量。其中變壓器保護(hù)和母線保護(hù)分別設(shè)置高可靠無縫冗余的雙向雙環(huán)網(wǎng)，用于各子機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。智能管理單元組柜安裝于主控室，各保護(hù)子機(jī)在其就地化保護(hù)端子箱側(cè)壁外掛安裝，主變保護(hù)子機(jī)安裝在主變對(duì)應(yīng)側(cè)儀控柜內(nèi)，母線保護(hù)子機(jī)就近安裝在對(duì)應(yīng)支路附近儀控柜內(nèi)。

系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 線路保護(hù)配置方案

（1）配置原則：保護(hù)采用雙套冗余配置，功能相互獨(dú)立，兩套保護(hù)均具備完整獨(dú)立的主后備保護(hù)功能；通過電纜完成模擬采樣、開關(guān)量采集和保護(hù)出口；具備SV、GOOSE和MMS共口輸出功能，通過保護(hù)專網(wǎng)與其他設(shè)備交互信號(hào)；按間隔在就地控制柜中配置兩套操作箱，完成對(duì)本間隔斷路器的跳合閘控制功能。

（2）配置方案：線路保護(hù)雙重化配置，每套保護(hù)具備完整獨(dú)立的主后備保護(hù)功能，兩套保護(hù)之間相互獨(dú)立。裝置就地安裝于本間隔就地控制柜。裝置采用單端預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)電連接器完成電纜直采直跳，并通過保護(hù)專網(wǎng)與其他設(shè)備交互信號(hào)。裝置采用光B碼對(duì)時(shí)。具體配置如圖2所示。

2.2 變壓器保護(hù)配置方案

（1）配置原則：變壓器保護(hù)采用分布式設(shè)計(jì)，就地安裝；所有子機(jī)均通過電纜完成本側(cè)模擬采樣、開關(guān)量采集和保護(hù)出口；子機(jī)之間通過光纖雙向雙環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信；子機(jī)保護(hù)功能冗余配置，各保護(hù)子機(jī)可獨(dú)立完成所有保護(hù)功能。

（2）配置方案：變壓器保護(hù)配置差動(dòng)保護(hù)、高/中/低后備保護(hù)，在高、中、低和中性點(diǎn)側(cè)（可選）分別配置保護(hù)子機(jī)，子機(jī)之間采用千兆光纖雙向雙環(huán)網(wǎng)通訊。保護(hù)采用無主模式，各子機(jī)完成對(duì)應(yīng)側(cè)模擬量、開關(guān)量采集，通過環(huán)網(wǎng)通信進(jìn)行信息交互，各個(gè)子機(jī)下裝相同的定值，獨(dú)自完成全部保護(hù)功能。子機(jī)下放各側(cè)端子箱，就地安裝。裝置采用光B碼對(duì)時(shí)。具體配置如圖3所示。

2.3 母線保護(hù)配置方案

（1）配置原則：母線保護(hù)采用模塊化可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，就地安裝。電纜直接采樣，直接跳閘；各子機(jī)通過保護(hù)專用環(huán)網(wǎng)進(jìn)行電壓電流及開關(guān)量的傳送，子機(jī)獨(dú)立運(yùn)算、獨(dú)立出口；子機(jī)保護(hù)功能冗余配置，每臺(tái)均具有完整的母線保護(hù)功能；每臺(tái)子機(jī)最多接入7個(gè)間隔元件，就近安置于所接入間隔附近；子機(jī)之間通過光纖雙向雙環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信；跳母聯(lián)、分段、啟動(dòng)失靈等通過保護(hù)專網(wǎng)采用 GOOSE 方式實(shí)現(xiàn)。

（2）配置方案：母線保護(hù)采用積木式設(shè)計(jì)，根據(jù)支路數(shù)目設(shè)置一個(gè)或多個(gè)母線子機(jī)。每臺(tái)子機(jī)可接入8個(gè)間隔元件，就近安置于所接入間隔附近。每個(gè)子機(jī)通過元件保護(hù)環(huán)網(wǎng)接收其他子機(jī)采集的模擬量和開關(guān)量信息，獨(dú)立完成所有保護(hù)功能。裝置采用光B碼對(duì)時(shí)。具體配置如圖4所示。

2.4 智能錄波器配置方案

智能錄波器采用雙套冗余配置。智能錄波器接入保護(hù)專網(wǎng)和站控層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)SV、GOOSE、MMS所有應(yīng)用數(shù)據(jù)的完整記錄、全景可視化展示、綜合分析與診斷、遠(yuǎn)傳及管理、PMU等功能。

2.5 智能管理單元配置方案

智能管理單元雙套冗余配置，與保護(hù)專網(wǎng)連接，獲取保護(hù)數(shù)據(jù)，同時(shí)連接站控層MMS網(wǎng)，將保護(hù)數(shù)據(jù)傳送給其他站控層設(shè)備。智能管理單元通過新增網(wǎng)關(guān)機(jī)接入調(diào)度保護(hù)主站。

智能管理單元作為全站就地化保護(hù)裝置的人機(jī)接口，支持不同廠家之間的互聯(lián)互通，全景展示實(shí)時(shí)采樣、告警信息、定值參數(shù)和軟壓板狀態(tài)，完成參數(shù)設(shè)置、定值整定和軟壓板投退等操作，同時(shí)對(duì)SCD中其他信息修改可能對(duì)保護(hù)造成的影響起到隔離作用，實(shí)現(xiàn)全站保護(hù)裝置的全壽命周期管理。

3 結(jié)語

目前，就地化保護(hù)的應(yīng)用還處于掛網(wǎng)試運(yùn)行階段，由于之前變電站裝置都是防護(hù)型安裝，因此對(duì)于無防護(hù)的安裝方式，目前多建立在理論分析基礎(chǔ)上，缺少實(shí)際數(shù)據(jù)支撐，需要收集裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)，并以此原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分析，不同的安裝環(huán)境、安裝方式、運(yùn)行方式，對(duì)于裝置的運(yùn)行性能的影響，并嘗試找出最佳方案。本文在分析了智能變電站就地化保護(hù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一整套220kV智能變電站就地化保護(hù)配置方案，該方案相比傳統(tǒng)的智能變電站配置，具有占地面積小、就地化程度高、安裝維護(hù)和檢修方便、防護(hù)等級(jí)強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，而且功耗降低70%，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間縮短35%、光纜數(shù)量使用降幅近60%，保護(hù)屏柜數(shù)量降幅達(dá)60%，整站安裝調(diào)試時(shí)間縮短70%以上。該方案已在國(guó)家電網(wǎng)某220kV變電站掛網(wǎng)試運(yùn)行，通過對(duì)試運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集、分析和優(yōu)化，對(duì)之后就地化保護(hù)的普及和應(yīng)用都具有重要意義。