肖 闖，李 煒，李能昌

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

水電廠房與開(kāi)關(guān)站之間的空間距離從幾十米到幾千米不等，由此帶來(lái)兩側(cè)保護(hù)裝置信息傳遞方式的差異。近年來(lái)，智能水電廠和智能變電站建設(shè)也為水電廠房與開(kāi)關(guān)站間保護(hù)信息傳遞方式帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

1 水電廠房與開(kāi)關(guān)站間保護(hù)通信需求

國(guó)內(nèi)水電站大多采用發(fā)電機(jī)經(jīng)出口母線連接升壓變后再經(jīng)架空線或是高壓電纜送入高壓開(kāi)關(guān)站的方式，水電站廠房與開(kāi)關(guān)站間保護(hù)通信需求如下：（1）發(fā)變組保護(hù)（電氣量）跳開(kāi)關(guān)站斷路器并啟失靈；（2）變壓器非電量保護(hù)跳開(kāi)關(guān)站側(cè)斷路器；（3）開(kāi)關(guān)站斷路器失靈保護(hù)停發(fā)變組進(jìn)線；（4）兩側(cè)刀閘等位置聯(lián)閉鎖信息交互；（5）穩(wěn)控決策機(jī)與執(zhí)行機(jī)信息交互；（6）進(jìn)線線路保護(hù)兩側(cè)信息交互。

針對(duì)這些信息傳輸需求，通常有電纜和光纖兩種方案。

2 電纜通信的特點(diǎn)及相關(guān)問(wèn)題

控制電纜在繼電保護(hù)二次回路中得到了廣泛的應(yīng)用，但大量的電纜通信也給水電廠建設(shè)和運(yùn)行帶來(lái)了難題。

對(duì)于同一根電纜芯線，信號(hào)不能疊加傳輸。當(dāng)廠房與開(kāi)關(guān)站間通信量較大且為滿足保護(hù)雙重化等要求時(shí)，需要敷設(shè)大量的電纜，不僅投資大，而且給維護(hù)、防火等帶來(lái)了較大的壓力。

水電站廠房和開(kāi)關(guān)站之間的空間距離較遠(yuǎn)時(shí)，需要敷設(shè)長(zhǎng)距離的二次電纜。長(zhǎng)距離的二次電纜將影響到電流互感器、電壓互感器帶二次負(fù)載的能力，同時(shí)廠房與開(kāi)關(guān)站間難以保持等電位，當(dāng)二次電纜絕緣損壞發(fā)生接地瞬間，極易在CT回路中產(chǎn)生附加電流而引起保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)于開(kāi)關(guān)量，當(dāng)直流系統(tǒng)接地或交流竄入直流時(shí)，會(huì)通過(guò)長(zhǎng)電纜的分布電容構(gòu)成回路，產(chǎn)生電容電流，導(dǎo)致一些動(dòng)作值低、靈敏度高的繼電器誤動(dòng)，如果出現(xiàn)在跳閘回路將會(huì)導(dǎo)致斷路器偷跳，國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)生過(guò)多起類(lèi)似事件。

3 光纖通信及光纖傳輸裝置應(yīng)用

光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，光纖保護(hù)已經(jīng)成為當(dāng)下電力系統(tǒng)的主流保護(hù)。

3.1 光纖通信的優(yōu)勢(shì)

（1）絕緣性能好；（2）抗電磁干擾；（3）光纖尺寸小、重量輕；（4）材料來(lái)源豐富；（5）無(wú)輻射，有利于信息安全；（6）通信容量大、傳輸遠(yuǎn)；（7）能夠監(jiān)視通道狀態(tài)。

3.2 水電廠房與開(kāi)關(guān)站間I/O信息光纖傳遞方式

由于長(zhǎng)電纜分布電容影響可能造成保護(hù)誤動(dòng)等嚴(yán)重后果，因此可以運(yùn)用光纖傳輸距離長(zhǎng)、不受電磁干擾的優(yōu)勢(shì)解決這一問(wèn)題，如圖1所示。

對(duì)于采用光纖傳輸?shù)姆桨福趪?guó)內(nèi)水電廠和核電廠都有較為成熟的應(yīng)用，很好地解決了長(zhǎng)電纜分布電容對(duì)于開(kāi)關(guān)量影響可能造成保護(hù)誤動(dòng)的情況。同時(shí)，由于光纖內(nèi)可以同時(shí)傳輸多組信息，改為光纖后，維護(hù)工作量小，火災(zāi)隱患也大大降低。

當(dāng)需要對(duì)水電廠房與開(kāi)關(guān)站間高壓輸電線路進(jìn)行保護(hù)時(shí)，可用目前成熟的光纖差動(dòng)保護(hù)方案進(jìn)行升級(jí)改造，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行安全可靠。

4 智能變電站建設(shè)對(duì)于保護(hù)信息傳遞帶來(lái)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

圖1 水電廠房與開(kāi)關(guān)站間I/O信息光纖傳遞典型方式

近年來(lái)，行業(yè)內(nèi)提出了建設(shè)智能水電廠的需求。但目前的實(shí)際情況是，變電站（開(kāi)關(guān)站）智能化程度較高，智能化設(shè)備也比較成熟。而水電廠房?jī)?nèi)設(shè)備繁多，通信規(guī)約不同，同時(shí)水電廠房保護(hù)設(shè)備智能化方案雖有部分研究，但應(yīng)用相對(duì)較少[1]。對(duì)于傳統(tǒng)水電廠房與智能變電站間通信方式，在智能變電站側(cè)要考慮保護(hù)信息GOOSE點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和GOOSE組網(wǎng)傳輸?shù)膯?wèn)題，而廠房側(cè)，仍然采取常規(guī)的硬接點(diǎn)開(kāi)入開(kāi)出方式。

5 水電廠房與智能變電站間保護(hù)信息傳遞方式

5.1 水電廠房與智能變電站間保護(hù)信息傳遞典型解決方案

如圖2，在廠房側(cè)通過(guò)短電纜實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的開(kāi)入開(kāi)出。智能變電站側(cè)，直接跳斷路器的信號(hào)通過(guò)直連光纖GOOSE點(diǎn)對(duì)點(diǎn)送入智能終端。啟動(dòng)斷路器失靈等信號(hào)通過(guò)GOOSE組網(wǎng)經(jīng)過(guò)程層交換機(jī)發(fā)送至相關(guān)保護(hù)。同時(shí)，開(kāi)關(guān)站斷路器失靈保護(hù)通過(guò)GOOSE組網(wǎng)經(jīng)過(guò)程層交換機(jī)送給本側(cè)光纖傳輸裝置，再傳輸至廠房開(kāi)出常規(guī)繼電器接點(diǎn)跳閘。

5.2 智能變電站與水電廠房?jī)蓚?cè)I/O傳輸?shù)男滦瓦\(yùn)用

使用光纖傳輸裝置提升了投資成本，增加了日常維護(hù)工作量。對(duì)于傳輸距離在1 km內(nèi)的場(chǎng)景，可以把廠房和開(kāi)關(guān)站都納入智能變電站的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，依托智能化設(shè)備自身建立的多模光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。

國(guó)內(nèi)某水電廠在220 kV開(kāi)關(guān)站智能化改造過(guò)程中進(jìn)行了相關(guān)探索和應(yīng)用。改造前，主變高壓側(cè)斷路器操作箱隨發(fā)變組保護(hù)裝置配置于廠房機(jī)旁盤(pán)。相關(guān)跳閘命令、斷路器及刀閘位置、啟動(dòng)失靈等信息均通過(guò)長(zhǎng)距離電纜傳輸。改造后，主變高壓側(cè)斷路器操作功能配置于GIS開(kāi)關(guān)站側(cè)智能匯控柜中，需解決信息傳遞問(wèn)題。在1 km內(nèi)智能終端之間光纖通信完全能夠滿足信息傳遞需求，提出僅在發(fā)變組保護(hù)盤(pán)增加兩套成熟的智能終端裝置（隨發(fā)變組保護(hù)盤(pán)雙重化配置），即實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)站與廠房保護(hù)信息接口功能，并進(jìn)行了系列驗(yàn)證試驗(yàn)，證明了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可行性。具體如圖3所示，其中啟失靈、跳母聯(lián)分段、斷路器和刀閘位置通過(guò)GOOSE組網(wǎng)傳輸；跳本間隔斷路器通過(guò)GOOSE點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與本間隔智能終端通信；穩(wěn)控裝置切機(jī)通過(guò)GOOSE點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與發(fā)變組側(cè)智能終端通信，跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)。

圖2 智能變電站與水電廠房間I/O傳遞典型方式

圖3 某水電廠220 kV智能變電站與廠房I/O信號(hào)傳遞方式

使用該方案后，智能變電站設(shè)備可以直接通過(guò)GOOSE光纖通信，避免了智能變電站設(shè)備增加外部硬接點(diǎn)開(kāi)入開(kāi)出的非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。同時(shí)，使用光纖進(jìn)行連接，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重要回路是否連接可靠，減少了大量控制電纜施放，避免電磁干擾和直流接地影響。

6 結(jié) 論

本文對(duì)水電廠房與開(kāi)關(guān)站間保護(hù)信息的電纜傳遞方式、常規(guī)站光纖傳遞方式、智能變電站條件下的光纖傳遞方式進(jìn)行了詳細(xì)介紹分析，并對(duì)業(yè)內(nèi)的一些先進(jìn)可靠解決方案進(jìn)行了分析，對(duì)于解決水電站、核電站廠房與開(kāi)關(guān)站間的保護(hù)信息傳遞問(wèn)題有重要參考意義。