崔運(yùn)光，趙 俊，張 帆，吳 馳，紀(jì) 潔

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

針對(duì)智能變電站在實(shí)際運(yùn)行中暴露的諸多問題，國(guó)內(nèi)眾多繼電保護(hù)專家提出建設(shè)以繼電保護(hù)裝置就地化為典型特征的第三代智能變電站。繼電保護(hù)裝置貼近一次設(shè)備就地布置，通過減少電纜敷設(shè)長(zhǎng)度及中間環(huán)節(jié)，可提升繼電保護(hù)的速動(dòng)性和可靠性；基于接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的工廠化調(diào)試、模塊化安裝和更換式檢修，減少了一次設(shè)備停電時(shí)間，二次設(shè)備安裝、調(diào)試和檢修時(shí)間；通過一體化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的小型化、集成化，減少設(shè)備類型及設(shè)備數(shù)量，降低整體設(shè)備缺陷率；保護(hù)間信息交互標(biāo)準(zhǔn)化，可不依賴SCD (substation configuration description，全站系統(tǒng)配置文件)文件，減少保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

1 就地化保護(hù)的總體特征

1.1 保護(hù)就地化

保護(hù)裝置采用小型化、高防護(hù)、低功耗設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)就地化安裝，貼近一次設(shè)備，縮短電流電壓以及跳合閘等信號(hào)的傳輸距離，保障主保護(hù)的獨(dú)立性和速動(dòng)性。就地化保護(hù)裝置采樣和跳閘二次回路采用電纜直接聯(lián)系，降低配置文件的復(fù)雜程度，提高配置的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化水平。

1.2 元件保護(hù)專網(wǎng)化

為保證保護(hù)的獨(dú)立性和可靠性，設(shè)置全站保護(hù)裝置專用通信網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱保護(hù)專網(wǎng))。保護(hù)專網(wǎng)由SV，GOOSE，MMS三網(wǎng)合一，全站按A，B套裝置分別冗余配置。元件保護(hù)分散采集各間隔數(shù)據(jù)，裝置間通過光纖直連，形成高可靠無(wú)縫冗余的內(nèi)部專用雙向雙環(huán)網(wǎng)，保護(hù)功能及二次回路不受變電站SCD文件變動(dòng)的影響。

1.3 信息共享化

就地化繼電保護(hù)智能管理單元集中管理全站保護(hù)設(shè)備，作為保護(hù)與變電站監(jiān)控的接口，采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)保護(hù)與變電站監(jiān)控之間的信息交互。

就地化保護(hù)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)連接器后，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)裝置的工廠化調(diào)試、模塊化安裝和更換式檢修，因此保護(hù)裝置的功能驗(yàn)證均可在調(diào)試中心完成，檢修人員在變電站只需進(jìn)行該保護(hù)裝置與相鄰設(shè)備間二次回路的驗(yàn)證以及整組傳動(dòng)試驗(yàn)。原本變電站內(nèi)保護(hù)屏柜均布置于保護(hù)室內(nèi)，而就地化保護(hù)裝置轉(zhuǎn)移至戶外一次設(shè)備旁，取消了保護(hù)裝置人機(jī)交互界面，保護(hù)裝置狀態(tài)查看、運(yùn)行操作、壓板投退、定值整定以及置檢修、信號(hào)復(fù)歸等一系列功能由保護(hù)室內(nèi)的智能管理單元實(shí)現(xiàn)，單臺(tái)智能管理單元上集中了數(shù)套就地化保護(hù)裝置的操作管理功能，這要求檢修人員首先熟悉智能管理單元的使用方法。無(wú)論何種類型的保護(hù)裝置，檢修人員必須在戶外進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)需要檢修人員在室內(nèi)智能管理單元查看相應(yīng)的模擬量、開入開出、變位以及保護(hù)動(dòng)作等情況，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)增大。

2 500 kV斷路器保護(hù)就地化配置方案

500 kV斷路器保護(hù)就地化目前存在按串雙重化配置、按斷路器單套配置以及按斷路器雙套配置三種配置應(yīng)用方案。

2.1 按串雙重化配置

500 kV二分之三接線串內(nèi)三臺(tái)斷路器的保護(hù)功能全部集成在一臺(tái)裝置內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)串內(nèi)完整的三個(gè)斷路器保護(hù)，包括各斷路器失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、重合閘、三相不一致、充電過流保護(hù)等功能，配置如圖1所示。采用模擬量電纜采樣，采集三個(gè)斷路器電流互感器電流、兩個(gè)間隔電壓。通過保護(hù)專網(wǎng)以GOOSE形式發(fā)送啟失靈信號(hào)給本側(cè)線路保護(hù)、母線保護(hù)和主變保護(hù)，通過線路保護(hù)通道發(fā)送遠(yuǎn)傳信號(hào)。雙套斷路器串保護(hù)通過電纜相互閉鎖重合閘（三重方式）。

2.2 按斷路器雙套配置

按斷路器雙套配置實(shí)現(xiàn)單個(gè)斷路器的失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、重合閘、三相不一致、充電過流保護(hù)等功能，配置如圖2所示。斷路器保護(hù)采用模擬量電纜采樣，采集本斷路器電流和線路電壓、同期電壓。通過保護(hù)專網(wǎng)以GOOSE形式發(fā)送啟失靈信號(hào)給本側(cè)線路保護(hù)、母線保護(hù)和主變保護(hù)，通過線路保護(hù)通道發(fā)送遠(yuǎn)傳信號(hào)；失靈聯(lián)跳相鄰斷路器可通過電纜直接跳相鄰斷路器或通過GOOSE組網(wǎng)跳相鄰斷路器。按斷路器雙套配置的方案，與現(xiàn)階段江蘇境內(nèi)500 kV智能變電站斷路器保護(hù)配置特點(diǎn)類似，因此檢修作業(yè)模式不會(huì)發(fā)生原則性變化。

2.3 按斷路器單套配置

按斷路器單套配置的斷路器保護(hù)配置原則上基本與按斷路器雙套配置的情況一致，但為滿足保護(hù)裝置數(shù)據(jù)信息同時(shí)上送至保護(hù)專網(wǎng)A和B，需要增加安全隔離裝置，配置如圖3所示，這增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)快速性不利。雖然安全隔離裝置可保持保護(hù)專網(wǎng)間的獨(dú)立性，但仍然存在裝置故障導(dǎo)致A，B網(wǎng)數(shù)據(jù)互通的風(fēng)險(xiǎn)。從運(yùn)行安全性的角度不建議大規(guī)模推廣按斷路器單套配置的方案。

3 檢修作業(yè)模式變化的研究

3.1 現(xiàn)階段500 kV斷路器保護(hù)檢修作業(yè)模式

目前江蘇境內(nèi)已投運(yùn)的500 kV常規(guī)變電站斷路器保護(hù)按斷路器單套配置，智能變電站斷路器保護(hù)按斷路器雙套配置，以滿足智能變電站雙網(wǎng)的配置要求。二次檢修主要包含保護(hù)校驗(yàn)、技改擴(kuò)建、緊急消缺以及基建驗(yàn)收四大類工作，除部分緊急消缺及母線保護(hù)不停電校驗(yàn)外，其余工作均需結(jié)合一次設(shè)備停電檢修或申請(qǐng)相關(guān)一次設(shè)備停電。

3.1.1 保護(hù)校驗(yàn)

除母線保護(hù)校驗(yàn)外，線路及主變保護(hù)校驗(yàn)均會(huì)配套對(duì)其兩側(cè)的斷路器保護(hù)進(jìn)行校驗(yàn)。待一次設(shè)備停電，運(yùn)維人員執(zhí)行安全措施并許可工作后，二次檢修人員方可開始保護(hù)校驗(yàn)的工作。執(zhí)行二次安措，將停運(yùn)設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行隔離，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該保護(hù)裝置的外觀、保護(hù)功能、二次回路、后臺(tái)信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，并進(jìn)行整組傳動(dòng)試驗(yàn)。500 kV各類型保護(hù)校驗(yàn)范圍及時(shí)間如表1所示。

表1 500 kV各類型保護(hù)校驗(yàn)范圍及時(shí)間

3.1.2 技改擴(kuò)建

變電站擴(kuò)建工程一般是配合一次設(shè)備擴(kuò)建新增相應(yīng)的保護(hù)及自動(dòng)化裝置，主要分為擴(kuò)建完整串、擴(kuò)建不完整串以及不完整串?dāng)U為完整串三類。前兩類擴(kuò)建工程在基建及新設(shè)備驗(yàn)收階段無(wú)需停電，搭接試驗(yàn)階段需申請(qǐng)輪停母線保護(hù)，對(duì)于不完整串?dāng)U為完整串，不同之處在于基建階段還需申請(qǐng)陪停相鄰斷路器。

變電站二次技改工程一般是對(duì)保護(hù)及自動(dòng)化裝置進(jìn)行更換升級(jí)，相應(yīng)一次設(shè)備配合停電。由于目前電網(wǎng)中運(yùn)行的保護(hù)裝置新老混雜，很多變電站已經(jīng)多次改造，因此技改工程情況相對(duì)復(fù)雜，不具備一定的規(guī)律性，每次需更換的保護(hù)裝置需視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。與保護(hù)校驗(yàn)類似，斷路器保護(hù)會(huì)結(jié)合相應(yīng)的線路保護(hù)、主變保護(hù)一并進(jìn)行更換。與擴(kuò)建工程類似，更換后的新裝置在搭接試驗(yàn)階段，也需要申請(qǐng)輪停母線保護(hù)或相鄰斷路器。

3.1.3 緊急消缺

對(duì)于變電站內(nèi)雙重化配置的保護(hù)裝置，緊急消缺工作無(wú)需申請(qǐng)一次設(shè)備停電，而只需申請(qǐng)停用該套保護(hù)裝置。待現(xiàn)場(chǎng)缺陷消除后，將保護(hù)裝置投入運(yùn)行。涉及保護(hù)裝置本身故障時(shí)，更換相應(yīng)板卡。對(duì)于常規(guī)變電站單套配置的斷路器保護(hù)，由于不允許一次設(shè)備無(wú)保護(hù)運(yùn)行，因此需停一次斷路器配合消缺工作。

3.1.4 基建驗(yàn)收

大檢修體系下，江蘇檢修公司負(fù)責(zé)500 kV基建工程的竣工預(yù)驗(yàn)收工作，二次檢修專業(yè)對(duì)新建部分涉及的保護(hù)及自動(dòng)化裝置、相關(guān)二次回路、施工工藝、各項(xiàng)資料進(jìn)行驗(yàn)收，確保新建部分具備啟動(dòng)投運(yùn)條件。500 kV各類型保護(hù)驗(yàn)收時(shí)間如表2所示。

3.2 按串配置斷路器保護(hù)檢修模式

按串配置的斷路器保護(hù)將整串三個(gè)斷路器保護(hù)功能及斷路器間的二次回路集成在一套保護(hù)裝置中，裝置設(shè)置一個(gè)檢修軟壓板，投入后整套保護(hù)裝置也就是三個(gè)斷路器保護(hù)功能模塊均轉(zhuǎn)變?yōu)闄z修態(tài)；分別設(shè)置三個(gè)功能投入軟壓板對(duì)應(yīng)三個(gè)斷路器保護(hù)功能模塊，退出后單個(gè)斷路器保護(hù)模塊被屏蔽，不參與邏輯運(yùn)算，單個(gè)斷路器之間的啟失靈及失靈聯(lián)跳回路由裝置內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn)。針對(duì)斷路器串保護(hù)的特點(diǎn)，應(yīng)拋開傳統(tǒng)斷路器保護(hù)運(yùn)維檢修的思維模式，將串內(nèi)三臺(tái)斷路器視為整體。結(jié)合就地化保護(hù)工廠化調(diào)試和更換式檢修的特點(diǎn)，斷路器串保護(hù)的二次檢修模式也將發(fā)生一系列的改變。

表2 500 kV各類型保護(hù)驗(yàn)收時(shí)間

3.2.1 保護(hù)校驗(yàn)

以某變電站500 kV完整線-變串(第X串)某條線路停電檢修為例，一次停電設(shè)備包括該線路以及兩側(cè)50X2，50X3斷路器，如圖4所示，二次檢修需對(duì)該線路保護(hù)及兩側(cè)斷路器保護(hù)進(jìn)行保護(hù)校驗(yàn)的工作。由于50X1斷路器不停電，在就地化保護(hù)更換式檢修模式下，需在停電期間申請(qǐng)輪停A，B兩套斷路器串保護(hù)，以避免50X1斷路器無(wú)保護(hù)運(yùn)行。

保護(hù)校驗(yàn)工作需分為A，B兩個(gè)階段進(jìn)行，A階段校驗(yàn)A套線路保護(hù)及A套斷路器串保護(hù)，B階段校驗(yàn)B套線路保護(hù)及B套斷路器串保護(hù)。A套斷路器串保護(hù)停用后，由運(yùn)維人員退出斷路器串保護(hù)操作箱上的50X1跳合閘出口硬壓板，退出邊斷路器失靈啟動(dòng)母差；退出50X1，50X2失靈聯(lián)跳X號(hào)主變出口軟壓板，投入裝置檢修軟壓板。相關(guān)電流電壓回路二次安措由二次檢修人員執(zhí)行，更換保護(hù)裝置后，無(wú)需校驗(yàn)保護(hù)裝置功能及斷路器間回路，需驗(yàn)證50X2，50X3斷路器保護(hù)模塊與A套線路保護(hù)間二次回路，進(jìn)行整組傳動(dòng)試驗(yàn)，核對(duì)后臺(tái)信號(hào)。A套斷路器串保護(hù)和A套線路保護(hù)校驗(yàn)完成后，將A套斷路器串保護(hù)改為運(yùn)行，停用B套斷路器串保護(hù)，并按同樣的原則進(jìn)行B階段保護(hù)校驗(yàn)。在保護(hù)校驗(yàn)過程中，需要確保斷路器串保護(hù)更換后，50X1斷路器功能模塊的工程配置未發(fā)生變化；同時(shí)與運(yùn)維人員核對(duì)保護(hù)定值時(shí)，建議核對(duì)該斷路器串保護(hù)內(nèi)的所有定值項(xiàng)。

輪停斷路器串保護(hù)進(jìn)行保護(hù)校驗(yàn)，改變了現(xiàn)階段的檢修習(xí)慣，對(duì)變電站運(yùn)維檢修人員提出了新的要求，繼而增加了不確定性和安全風(fēng)險(xiǎn)。如需避免斷路器串保護(hù)輪停的二次檢修模式，需申請(qǐng)整串全停，即三個(gè)斷路器全部停電，對(duì)串內(nèi)兩個(gè)間隔的保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，但該停電模式涉及設(shè)備較多，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性提出更高的要求。

對(duì)于不完整串的保護(hù)校驗(yàn)工作而言，以不完整串帶線路運(yùn)行為例(第Y串)，如圖4所示。對(duì)于這種情況，不涉及退出運(yùn)行斷路器的保護(hù)功能，因此不需要申請(qǐng)輪停斷路器串保護(hù)，可按現(xiàn)階段保護(hù)校驗(yàn)的停電模式進(jìn)行保護(hù)校驗(yàn)工作。

3.2.2 保護(hù)更換

斷路器串保護(hù)需更換改造時(shí)，如果停電范圍只涉及半串，仍以圖4為例(第X串)，此時(shí)需按A，B套斷路器串保護(hù)輪停分兩階段進(jìn)行保護(hù)更換工作。與保護(hù)校驗(yàn)檢修模式類似，由運(yùn)維檢修人員執(zhí)行相應(yīng)安全措施。由于就地化保護(hù)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)連接器，因此現(xiàn)場(chǎng)只需施工單位進(jìn)行少量的二次電纜拆除搭接工作，可直接由二次檢修人員更換保護(hù)裝置，預(yù)制電纜在使用壽命范圍內(nèi)無(wú)需更換，由檢修人員驗(yàn)收新保護(hù)間回路并進(jìn)行整組傳動(dòng)試驗(yàn)。同理，對(duì)于不完整串更換斷路器串保護(hù)時(shí)，不涉及退出運(yùn)行斷路器的保護(hù)功能，因此不需要申請(qǐng)輪停斷路器串保護(hù)。

保護(hù)裝置就地化將極大地改變現(xiàn)有二次技改工程模式，施工單位的角色會(huì)被極大地弱化，甚至無(wú)需施工單位參與保護(hù)裝置改造更換工作。保護(hù)相關(guān)工作可由檢修人員獨(dú)立完成，有助于提高現(xiàn)場(chǎng)安全管控效果，降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，但也給檢修人員提出了更高的技能水平要求。

3.2.3 擴(kuò)建工程

擴(kuò)建新串時(shí)，與現(xiàn)階段施工與驗(yàn)收模式類似，由施工單位完成新保護(hù)屏柜組立、電纜敷設(shè)、新保護(hù)調(diào)試工作，由檢修人員完成新裝置的驗(yàn)收工作。需要注意的是對(duì)于斷路器串保護(hù)，應(yīng)區(qū)分?jǐn)U建完整串與不完整串時(shí)二次虛回路的配置，特別是不完整串中應(yīng)預(yù)留出一個(gè)斷路器保護(hù)模塊供遠(yuǎn)景使用。由于斷路器串保護(hù)中三個(gè)斷路器保護(hù)功能模塊按邊、中、邊依次配置，因此在一期工程時(shí)必須確認(rèn)兩個(gè)新建斷路器的實(shí)際位置，以免后期擴(kuò)建時(shí)產(chǎn)生混淆。

不完整串?dāng)U建成完整串時(shí)，無(wú)需新上斷路器保護(hù)，只需增加相應(yīng)擴(kuò)建間隔的元件保護(hù)(線路保護(hù)、主變保護(hù))，新增的元件保護(hù)與斷路器保護(hù)進(jìn)行搭接試驗(yàn)時(shí)，需要申請(qǐng)輪停斷路器串保護(hù)。

3.2.4 緊急消缺

對(duì)于雙套配置的斷路器串保護(hù)，任意一套保護(hù)裝置故障，都無(wú)需設(shè)備停電，只需申請(qǐng)停用該保護(hù)，更換上新保護(hù)裝置，由檢修人員檢查采樣及功能，確認(rèn)保護(hù)裝置無(wú)異常信號(hào)后即可將保護(hù)投入運(yùn)行。

4 思考與討論

保護(hù)就地化是通過在一次設(shè)備區(qū)就地布置保護(hù)裝置減少變電站占地面積以及二次電纜的用量，提高變電站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性；通過工廠化調(diào)試、模塊化安裝和更換式檢修來提高檢修作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工作效率。但就地化保護(hù)裝置與人機(jī)交互界面分離將改變檢修人員現(xiàn)有的工作習(xí)慣。根據(jù)上述討論情況，以現(xiàn)階段各類型保護(hù)裝置檢修工作模式，特別是按串配置斷路器就地化保護(hù)時(shí)，在某些情況下，將改變現(xiàn)有的運(yùn)維檢修模式，增加運(yùn)維檢修人員的操作復(fù)雜性，增加檢修作業(yè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此從運(yùn)維檢修角度考慮，需通過工程應(yīng)用進(jìn)一步探索總結(jié)就地化保護(hù)的運(yùn)檢風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)階段檢修工作的停電習(xí)慣，制定最優(yōu)停電方案。

5 結(jié)論

(1) 就地化布置導(dǎo)致保護(hù)裝置與人機(jī)交互界面分離，檢修作業(yè)需兩組人員同時(shí)配合進(jìn)行，增加了作業(yè)地點(diǎn)，對(duì)檢修作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全管控提出了更高的要求。

(2) 就地化斷路器保護(hù)按斷路器雙套配置與現(xiàn)階段智能變電站斷路器保護(hù)配置原則一致，原則上不會(huì)改變現(xiàn)有的智能站二次檢修作業(yè)模式。

(3) 就地化斷路器保護(hù)按串配置會(huì)改變保護(hù)校驗(yàn)、改擴(kuò)建以及緊急消缺工作的二次檢修模式，特定情況下需通過輪停的方式完成斷路器串保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢修作業(yè)，增加了運(yùn)維人員后臺(tái)操作以及檢修人員執(zhí)行二次安措的工作量，對(duì)運(yùn)維檢修人員技能水平提出了更高的要求。