王 敬，許 可

(1. 北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，北京 100085；2. 三峽國(guó)際能源投資集團(tuán)有限公司，北京 100033)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及制造能力的增強(qiáng)，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化等二次保護(hù)設(shè)備逐步在全球占有一席之地，打破了西門子、ABB、施耐德等傳統(tǒng)國(guó)外品牌的市場(chǎng)壟斷。隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的深入發(fā)展，電力企業(yè)走出去的同時(shí)，也帶著中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)及二次設(shè)備一起走出去，特別是在東南亞、非洲、拉美等地區(qū)，使得國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在全球的知名度有了更進(jìn)一步的提升。在這個(gè)過程中，國(guó)外品牌的二次設(shè)備和國(guó)內(nèi)品牌的二次設(shè)備從保護(hù)原理、產(chǎn)品特性、組網(wǎng)方式等多方面存在差異，同時(shí)“一帶一路”的諸多國(guó)家的電力公司對(duì)于二次設(shè)備也有著明確的準(zhǔn)入門檻、入網(wǎng)要求、管理規(guī)范，為了更好使產(chǎn)品適應(yīng)國(guó)際化需求，滿足不同國(guó)家的當(dāng)?shù)匾?guī)范要求，本文簡(jiǎn)要的闡述了國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品間的幾個(gè)典型差異及國(guó)內(nèi)外的使用習(xí)慣。

1 保護(hù)產(chǎn)品通訊協(xié)議的差異

微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品的通訊接口以RS485/232串口和以太網(wǎng)為主，目前主流市場(chǎng)以以太網(wǎng)通訊方式居多。而通訊規(guī)約大多以以太網(wǎng)IEC61850及串口IEC103為主，在規(guī)約的處理機(jī)制和組網(wǎng)方案上，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)及國(guó)內(nèi)外品牌的繼電保護(hù)設(shè)備存在著一定的差別。

國(guó)外品牌(西門子、ABB、施耐德等)保護(hù)裝置支持的協(xié)議為PRP和HSR冗余協(xié)議。HSR(high available seamless ring)協(xié)議是裝置提供2個(gè)獨(dú)立的物理端口，首尾相連組成環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊，當(dāng)一個(gè)DANH節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)，將其復(fù)制2份分別沿環(huán)網(wǎng)的兩個(gè)方向發(fā)送，即同一報(bào)文沿著不同的路徑傳輸(見圖1)，環(huán)中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，都可以從另一方向冗余傳輸，因此可以實(shí)現(xiàn)無縫自愈。

圖1 HSR協(xié)議路徑傳輸環(huán)網(wǎng)圖

PRP(parallel redundancy protocol)協(xié)議采用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)冗余的方式，每個(gè)DANP有兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)口，分為A網(wǎng)段(LAN A)和B(LAN B)網(wǎng)段，A網(wǎng)段設(shè)備接入交換機(jī)A，B網(wǎng)段設(shè)備接入交換機(jī)B，交換機(jī)獨(dú)立組環(huán)網(wǎng)組成雙環(huán)網(wǎng)(見圖2)，也可以組成雙星型網(wǎng)(見圖3)。這種網(wǎng)絡(luò)的并行冗余，即使一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，仍有另一套網(wǎng)絡(luò)及各設(shè)備的冗余端口是正常工作的，系統(tǒng)可無延時(shí)自愈[1-2]。

圖2 PRP協(xié)議路徑傳輸環(huán)網(wǎng)圖

圖3 PRP協(xié)議路徑傳輸星型網(wǎng)圖

國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品均支持以太網(wǎng)IEC61850及串口103規(guī)約，同時(shí)支持國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)103規(guī)約。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用不適用HSR協(xié)議，而是每臺(tái)保護(hù)提供兩個(gè)不同的獨(dú)立IP地址，組成雙星型網(wǎng)或者環(huán)網(wǎng)。目前隨著國(guó)產(chǎn)設(shè)備出口國(guó)別的增多，有些公司的產(chǎn)品也逐步兼容了PRP和HSR冗余協(xié)議。

2 傳統(tǒng)RTU(remote terminal unit)模式和遠(yuǎn)動(dòng)模式的差異

國(guó)外傳統(tǒng)的通訊模式為傳統(tǒng)RTU(remote terminal unit)通訊，即將保護(hù)裝置的遙信量(斷路器和刀閘的位置信號(hào)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的位置信號(hào)、發(fā)電機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài))、遙控量(操作廠站各電壓等級(jí)的斷路器、投切SVG、發(fā)電機(jī)組的啟停等)、遙調(diào)量(改變變壓器分接頭位置(調(diào)壓)、改變發(fā)電機(jī)組P或Q的整定值、自動(dòng)裝置整定值的設(shè)定等)、遙測(cè)量(電壓、電流、有功、無功、檔位、溫度等)通過硬接線的方式接入到RTU系統(tǒng)中，進(jìn)而通過RTU將信息量上送到調(diào)度端，接入調(diào)度規(guī)約為IEC-101/IEC-104。

國(guó)內(nèi)通用的通訊模式為測(cè)控(BCU bay control unit)和遠(yuǎn)動(dòng)(gateway)相結(jié)合的方式，即遙測(cè)量、遙控量、遙調(diào)量、遙測(cè)量通過測(cè)控(BCU)采集，遠(yuǎn)動(dòng)裝置直接從測(cè)控裝置采集信息上送到調(diào)度，接入調(diào)度規(guī)約為IEC-101/IEC-104。此種方式節(jié)約了線纜，直接通過通訊規(guī)約的方式將信息上送到調(diào)度(見圖4)。

圖4 國(guó)內(nèi)220 kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)差異

國(guó)外變電站組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為星型網(wǎng)和環(huán)網(wǎng)共存，非洲等國(guó)家受中國(guó)配置影響較多，所以他們傾向使用星型網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，印度尼西亞等國(guó)家保護(hù)裝置多用西門子、施耐德、阿爾斯通等裝置，所以他們的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)更傾向于環(huán)網(wǎng)(見圖5)。

國(guó)內(nèi)變電站組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為星型網(wǎng)，110 kV及以上的變電站考慮可靠性，采用雙星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)(見圖6)，110 kV以下的變電站多采用單星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)[3]。

4 繼電保護(hù)(母線保護(hù))配置選型差異

母線是電力系統(tǒng)中的樞紐元件，母線故障的不及時(shí)切除或者母線保護(hù)的誤動(dòng)作都會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的影響，因此要求母線保護(hù)要有絕對(duì)的可靠性和快速的動(dòng)作性。目前微機(jī)式母差保護(hù)是目前應(yīng)用最為廣泛的母線保護(hù)。

圖5 變電站環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖6 國(guó)內(nèi)星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

母差保護(hù)分為集中式母差保護(hù)和分布式母差保護(hù)。與集中式母差保護(hù)相比，分布式母差保護(hù)有優(yōu)越性，比如，某個(gè)母差保護(hù)單元偶爾誤跳閘時(shí)只誤跳一個(gè)回路，不會(huì)造成整個(gè)母線停電；節(jié)省了從電流互感器到控制室長(zhǎng)距離敷設(shè)的大量二次電纜；能夠適應(yīng)于變電站主接線，以及系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化。分布式母差在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問題，比如價(jià)格昂貴；如果保護(hù)間隔不分散布置，間隔數(shù)量少，分布式母差無優(yōu)勢(shì)。

國(guó)外保護(hù)尤其是220 kV以上的母線保護(hù)多采用分布式母差，分布式母差包括主單元和子單元，主單元匯集所有單元采樣數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)等信息供母差保護(hù)完成功能計(jì)算，并向相關(guān)回路的母線子單元發(fā)出跳閘命令，在被保護(hù)母線所連接的每一個(gè)元件回路上裝設(shè)的母線保護(hù)單元為子單元，只負(fù)責(zé)采樣和執(zhí)行跳閘。國(guó)內(nèi)保護(hù)多采用集中式母差，集中式母差為將各個(gè)連接元件的交流、直流回路均引至主母線保護(hù)中，對(duì)電流、電壓以及開關(guān)量進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，根據(jù)一定的算法進(jìn)行計(jì)算、判斷及跳閘。目前，國(guó)內(nèi)保護(hù)廠家也逐步具有了分布式母差保護(hù)，產(chǎn)品的種類更加全面[4-5]。

5 結(jié) 論

本文從保護(hù)通訊協(xié)議、傳統(tǒng)RTU和遠(yuǎn)動(dòng)模式、繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及繼電保護(hù)(母線保護(hù))配置選型四個(gè)主要方面，總結(jié)了微機(jī)繼電保護(hù)及其自動(dòng)化系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)中的差異。在進(jìn)行國(guó)外項(xiàng)目配置時(shí)，不能簡(jiǎn)單照搬國(guó)內(nèi)電網(wǎng)配置模式，首先需要了解并熟悉當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的規(guī)范要求與習(xí)慣，在因地制宜的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)設(shè)備配置方案的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，進(jìn)而不斷提高國(guó)內(nèi)二次設(shè)備企業(yè)走出去的競(jìng)爭(zhēng)力。