胡保林

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著技術(shù)的不斷成熟，智能變電站的組網(wǎng)模式呈現(xiàn)出多元化態(tài)勢，由最初的網(wǎng)采網(wǎng)跳演變成直采網(wǎng)跳、直采直跳、模采網(wǎng)跳的多樣化組網(wǎng)模式。

網(wǎng)采網(wǎng)跳的組網(wǎng)模式會影響繼電保護(hù)的可靠性、速動性、選擇性和靈敏性，主要表現(xiàn)為：合并單元輸出的采樣值(sampled value，SV)信息經(jīng)交換機(jī)至保護(hù)接收會產(chǎn)生延遲；保護(hù)裝置跳閘至生成并發(fā)出面向通用對象的變電站事件(generic object oriented substation event，GOOSE)報文與智能終端解析出跳閘信息之間存在延遲。交換機(jī)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制決定了交換機(jī)所造成的延時不固定，因此，網(wǎng)采網(wǎng)跳站點(diǎn)對于對時系統(tǒng)的依賴性極強(qiáng)，隨著北斗時鐘系統(tǒng)的大面積推廣，倘若北斗對時系統(tǒng)在應(yīng)用時出現(xiàn)異常，網(wǎng)采網(wǎng)跳智能站均會面臨大面積誤動以及拒動風(fēng)險，甚至造成系統(tǒng)崩潰。

直采或直跳雖然能解決SV或GOOSE傳輸延時的問題，但對各裝置光口的數(shù)量有較高要求，尤其是母差等公用裝置往往難以滿足要求。同時，該方式會大大增加光纜用量且接線復(fù)雜，對于后期擴(kuò)建難度較大，需增加新的光口用于傳輸與新間隔之間的GOOSE信息，并重新修改本間隔的光口定義及配置信息，從而影響運(yùn)行間隔保護(hù)的正常工作。

此外，當(dāng)前變電站還存在著一些共性問題。

1) 大部分變電站無論直采還是網(wǎng)采只沿用了三層兩網(wǎng)的組網(wǎng)模式，與傳統(tǒng)變電站相比只是用光纜代替了電纜，雖節(jié)省了電纜，但增加了大量交換機(jī)，無論運(yùn)維還是配置都更為復(fù)雜，特別是交換機(jī)故障后會影響多個運(yùn)行間隔，維護(hù)風(fēng)險較高。

2) 變電站配置文件(substation configuration document, SCD)的配置依賴于設(shè)備廠商；各設(shè)備廠商的智能電子設(shè)備(intelligent electronic device, IED)模型各不相同，版本較多；設(shè)計(jì)院提供的虛端子表篇幅較長，不直觀且核查困難，更多依賴于現(xiàn)場調(diào)試來發(fā)現(xiàn)問題，其中漏拉或錯拉虛端子可以通過傳動驗(yàn)收等方式發(fā)現(xiàn)，而額外多拉的部分只能通過人工去識別；業(yè)內(nèi)規(guī)范并未明確規(guī)定虛端子的標(biāo)準(zhǔn)，站內(nèi)設(shè)備改造涉及全站配置文件的更改，調(diào)試時間和停電范圍較大，現(xiàn)場檢修難度增加。

3) 目前，智能變電站只是簡單將二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化分層，增加了智能終端、合并單元等中間環(huán)節(jié)，導(dǎo)致繼電保護(hù)的整組動作時間延長了5～10 ms，降低了主保護(hù)的速動性與可靠性，使得電網(wǎng)運(yùn)行于穩(wěn)定極限的邊界，因此，一次設(shè)備的智能化是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4) 當(dāng)前的智能變電站由于增加了大量過程層交換機(jī)、智能終端柜等設(shè)備，相比傳統(tǒng)變電站反而增加了占地面積，因而仍無法解決傳統(tǒng)變電站屏位緊張問題。

5) 多套保護(hù)共用合并單元、智能終端，單一元件可能引起多套保護(hù)誤動作，與快速保護(hù)獨(dú)立性原則相悖，且安全自動裝置與保護(hù)裝置共用智能終端跳閘，也與電力系統(tǒng)三道防線相互獨(dú)立原則相悖。

因此，提出一種集約化變電站組網(wǎng)模式，既能減小設(shè)備占地面積、減少光纜電纜數(shù)量，又能實(shí)現(xiàn)保護(hù)的就地化配置，提高保護(hù)的快速性和可靠性。

1 集約化變電站組網(wǎng)配置

1.1 常規(guī)變電站組網(wǎng)模式

常規(guī)變電站組網(wǎng)模式如圖1所示，一次設(shè)備通過電纜直接與保護(hù)測控裝置連接，中間經(jīng)過兩處端子排轉(zhuǎn)接后接入裝置。

圖1 常規(guī)變電站組網(wǎng)模式

1.2 智能變電站組網(wǎng)模式

1.2.1 網(wǎng)采網(wǎng)跳

部分網(wǎng)采網(wǎng)跳智能變電站組網(wǎng)模式如圖2所示。該模式獨(dú)立配置合并單元和智能終端，一次設(shè)備經(jīng)兩處端子排轉(zhuǎn)接后進(jìn)入合并單元及智能終端，然后經(jīng)光纖轉(zhuǎn)接到交換機(jī)，再由光纖轉(zhuǎn)接到保護(hù)及測控裝置。信息傳輸過程增加了兩處光纖轉(zhuǎn)接、合并單元、智能終端、過程層交換機(jī)等中間裝置。

圖2 網(wǎng)采網(wǎng)跳組網(wǎng)模式

1.2.2 直采網(wǎng)跳

部分變電站采用直采網(wǎng)跳組網(wǎng)模式，即SV+GOOSE共網(wǎng)，其思路是與一次設(shè)備匯控柜構(gòu)成一體化設(shè)計(jì)，取消了智能終端柜內(nèi)端子排轉(zhuǎn)接，減少了交換機(jī)數(shù)量，如圖3所示。但是，該模式僅僅是減少了物理轉(zhuǎn)接，中間環(huán)節(jié)依舊很多，交換機(jī)的不固定延時對跳閘命令傳輸?shù)挠绊懭詿o法消除。

圖3 SV+GOOSE共網(wǎng)模式組網(wǎng)示意

1.2.3 直采直跳

直采直跳組網(wǎng)模式雖然取消了交換機(jī)使得跳閘命令傳輸?shù)难訒r可控，但僅僅是用光纜替代原有電纜，大量光纜的使用使得各裝置光接口數(shù)量更多且裝置發(fā)熱現(xiàn)象更為嚴(yán)重，相比傳統(tǒng)變電站并無明顯優(yōu)勢，反而因此增加了智能終端等中間環(huán)節(jié)，影響動作可靠性。

1.2.4 合并單元與智能終端應(yīng)用

合并單元與智能終端的應(yīng)用則是將傳統(tǒng)變電站中保護(hù)裝置的采樣板、操作板、開入/開出板剝離出來單獨(dú)組網(wǎng)，并將過程層設(shè)備全部放置在一次GIS室內(nèi)，如圖4所示。

圖4 過程層設(shè)備演化示意

這種配置方式不僅違背了集約化配置的原則，增加了許多中間環(huán)節(jié)，從概率學(xué)的角度來說，每一個中間環(huán)節(jié)的故障都會影響到保護(hù)功能，同時新增加的裝置會占用更多空間。新一代智能變電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)應(yīng)做到 “占地少、造價省、效率高”，結(jié)構(gòu)布局合理、系統(tǒng)高度集成、技術(shù)裝備先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、環(huán)保、支持調(diào)控一體。

1.3 集約化變電站組網(wǎng)模式

在上述分析基礎(chǔ)上，提出將合并單元與智能終端功能回歸保護(hù)裝置，將保護(hù)裝置就地安裝在匯控柜內(nèi)，取消智能終端柜，打破一、二次設(shè)備的界限，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一布線，減少中間轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)，組網(wǎng)方案如圖5所示。

圖5 集約化變電站組網(wǎng)方案

集約化組網(wǎng)模式取消了合并單元、智能終端、交換機(jī)等中間環(huán)節(jié)，且就地配置取消了主控室—GIS電纜，主控室內(nèi)只放置站控層設(shè)備，可大大縮減占地面積、降低成本、提升可靠性及速動性、減少轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)、維護(hù)檢修更簡便、回路布置更清晰。

2 方案對比

從選擇性、速動性、靈敏性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性五個方面評價幾種組網(wǎng)方案的優(yōu)劣。

以傳統(tǒng)變電站為參照，選擇性與靈敏性主要考慮CPU性能、交流采樣準(zhǔn)確性等方面，其中CPU性能此處認(rèn)為各裝置一致；網(wǎng)采由于依賴GPS時鐘，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性相對較差；集約化變電站由于就地配置CT二次負(fù)載相較傳統(tǒng)站更小，CT更不易飽和，因此采樣準(zhǔn)確度更高。速動性則是指故障發(fā)生到開關(guān)跳開時間，網(wǎng)跳相對電纜跳閘更慢，集約化站由于更靠近一次設(shè)備，跳閘時間更短?？煽啃灾饕獜谋Ｗo(hù)運(yùn)行故障率考慮，網(wǎng)采或網(wǎng)跳智能變電站由于增加了合并單元、智能終端、交換機(jī)等中間環(huán)節(jié)，每一個中間環(huán)節(jié)的故障都會引起保護(hù)無法正常運(yùn)行，相比傳統(tǒng)變電站故障率會成倍增加。

綜合分析可知，相較傳統(tǒng)變電站及其他智能站，集約化變電站組網(wǎng)模式的結(jié)構(gòu)配置更簡潔，可靠性、速動性更高，經(jīng)濟(jì)性更好。

3 結(jié)束語

集約化組網(wǎng)模式的提出打破了一、二次設(shè)備的界限，大大精簡了二次回路，減少了設(shè)備故障率，提高保護(hù)的可靠性與速動性，同時解決了設(shè)備占地面積大的問題，節(jié)約了投資成本。