500kV變電站智能化改造的關(guān)鍵技術(shù)

陳國陽　張曉俊

【摘? 要】伴隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)負荷的不斷增加，用戶對供電可靠性要求不斷提高，我國的智能化變電站建設(shè)也進入了快速發(fā)展時期。結(jié)合500kV變電站智能化改造工程實際，對智能變電站建設(shè)中所遇到的常見問題提出了實際解決方案。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);智能變電站;智能終端;合并單元

在我國，智能電網(wǎng)是社會、經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。[1]智能化變電站則是整個智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，智能變電站是指采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，同時具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能。[2]變電站實現(xiàn)智能化的方式無非是新建與改造兩種，而我國在已建立較為成熟可靠電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過對常規(guī)變電站的改造來實現(xiàn)智能化成為智能化變電站建設(shè)的主要方式。在智能化技術(shù)日益完善的過程中，不同的設(shè)計不同的施工方案利弊存在爭議。下面根據(jù)500kV智能化改造中的實際情況，從保護測控裝置應(yīng)用、光纜敷設(shè)等幾個方面對常見問題對智能變電站改造的實施方案進行討論。

一、智能化改造工程簡介

500kV變電站一次接線方式為：500kV 采用進線-變壓器組接線方式，2回進線各帶1臺主變，配電裝置為單母線分段接線，6回出線。

本次智能化改造工程采用站控層雙網(wǎng)配置，GOOSE（generic object oriented substation event）、SV（sampled value）采用的是點對點模式。具體的改造部分為：兩條500kV進線開關(guān)配置了國電南自PSMU602合并單元裝置和國電南自PSIU621智能終端;主變保護由原深圳南瑞ISA系列裝置更換為兩臺國電南自PST671U雙配置主變保護（保測一體）裝置;主變增加了進線合并單元國電南自PSMU602與智能終端國電南自PSIU621一體裝置，自投裝置由原ISA裝置更換為將備自投功能和智能終端一體化的國電南自PSIU641裝置。改造后設(shè)備均走IEC61850規(guī)約，出線及電容器保護不做更換，僅更新保護程序，也走IEC61850規(guī)約。本工程改造部分均采用直采直跳方式，即采樣值直接由合并單元送至相應(yīng)保護裝置，保護直接接至開關(guān)智能終端跳閘。分段備投采樣是就地接入裝置，其中分段保護跳閘（跳進線開關(guān)）采用的是電纜直跳方式，備投閉鎖信號采用的是GOOSE方式。

二、智能化保護設(shè)備應(yīng)用

1.設(shè)備采樣流程

變電站光學(xué)互感器受溫度等環(huán)境因素影響較大，精度難以保證?，F(xiàn)階段智能化變電站改造中經(jīng)常采用傳統(tǒng)互感器經(jīng)合并單元有模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的方式。站改造即為這種方式，改造后二次側(cè)模擬量接入PSMU602合并單元，電流、電壓采樣經(jīng)過合并單元打包成IEC61850-9-2報文傳送給雙配置的兩套保護裝置與測控裝置。經(jīng)過合并單元打包送給每套裝置的采樣里電流、電壓均為兩組（俗稱雙AD采樣），保護裝置收到雙AD的采樣，其中一組AD采樣用于保護啟動用，另外一組用于保護動作。當(dāng)兩組AD采樣不同時，保護裝置會因雙AD采樣不一致而報警，同時閉鎖相應(yīng)保護。合并單元發(fā)出的IEC61850-9-2報文中的采樣值為一次值，由保護采樣裝置需根據(jù)設(shè)定變比一次值調(diào)整為二次值，但變比的設(shè)定需在配置文件內(nèi)進行，這樣一來一次設(shè)備發(fā)生改變時用戶無法通過定值設(shè)定更改，只能由廠家通過程序設(shè)定，建議此項設(shè)定與定值相關(guān)聯(lián)，方便用戶更改。

關(guān)于對時問題，差動保護的采樣同步是通過合并單元實現(xiàn)的，合并單元外部通過光B碼對時或者合并單元本身程序采用插值法同步方式進行采樣同步送給保護裝置，以滿足主變高中低采樣的一致性。B碼實際是IRIG（Inter Range Instrumentation Group）碼的一種。IRIG-B碼是由美國靶場司令委員會制定的一種時間標準，共有4種并行二進制時間碼格式和6種串行二進制時間碼格式，是將時鐘源的時間信息經(jīng)過編碼，利用專用的傳輸媒體將其傳送至各個時鐘信息的接收端，[3]其中最常用的是IRIG-B時間碼格式。裝置時間對時采用是IEC61850-8-1規(guī)定的SNTP（Simple Network Time Protocol），即簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議網(wǎng)絡(luò)校時服務(wù)。SNTP屬于TCP/IP協(xié)議族，是一種基于軟件協(xié)議的同步方式。但是SNTP對時的精度是秒級的，這種對時只是提供保護測控等裝置和后臺的SOE（Sequence Of Event）提供時間用的，采樣值的同步不可以采取此種對時方式。

2.采樣異常問題

保護裝置的軟壓板中有一系列MU（Merging Unit）投入軟壓板。只有投入相應(yīng)側(cè)的MU壓板，保護才能采集到相應(yīng)側(cè)的采樣，相應(yīng)合并單元未接入的MU壓板必須“退出”，否則若保護檢測到采樣值異常而閉鎖保護。例如，假設(shè)35kV側(cè)開關(guān)采樣值未經(jīng)光纖接入主變保護，則相應(yīng)35kV側(cè)電流、電壓的MU壓板應(yīng)為“退出”狀態(tài)。同時保護裝置監(jiān)測每個通道里自身攜帶采樣的幅值與采樣的品質(zhì)，當(dāng)采樣品質(zhì)不好的時候（光纖損耗過大都可能造成采樣品質(zhì)異常），保護裝置中裝置異常節(jié)點閉合同時閉鎖保護。設(shè)備運行中一旦出現(xiàn)光纖斷線的情況，保護將受閉鎖而退出，保護將發(fā)“裝置報警”信號。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)存在兩個問題，一是當(dāng)光纖衰耗在臨界值附近（光纖接收靈敏功率為≤-33dBm）時，保護功能可能會在“投入”與“退出”間切換，這種情況下調(diào)試中保護可以動作，但由于高頻率的動作復(fù)歸，會影響后備保護的出口時間。因此調(diào)試中應(yīng)特別注意保護動作的出口時間，施工中應(yīng)密切關(guān)注所有光纖的健康。二是此報警信號過于籠統(tǒng)，當(dāng)采樣異常時裝置面板上并未給出具體報警內(nèi)容。

三、光纜的敷設(shè)與維護問題

智能化變電站中大量的光纖網(wǎng)絡(luò)代替由控制電纜組成的二次回路，光纖傳輸可從根本上解決回路的抗干擾問題;網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，使得通信線的數(shù)量約等于設(shè)備數(shù)量，這樣一來智能變電站的二次接線大幅度簡化。但光纖網(wǎng)絡(luò)也存在自身弱點，光纜、光纖自身防護能力差、抗拉能力差，防火能力差，怕擠壓、怕小動物咬傷。同時光纜、光纖彎曲半徑不能過小，這種特殊性要求在光纜敷設(shè)中還要留有一定的余度，因此給施工帶來很大難度。針對以上問題，施工中應(yīng)將光纜與二次電纜分開，宜采用專用槽盒進行敷設(shè)，在穿入保護屏的關(guān)鍵位置用金屬軟管進行保護，不但最大程度減小光纖受外力破壞的可能性，有效保護光纖健康，防止光纖出現(xiàn)故障將保護閉鎖，又可保證美觀。

四、結(jié)論

本文討論了變電站智能化改造中的幾個實際問題，對智能保護裝置采樣等相關(guān)問題提出了建議，光纖故障時的保護閉鎖應(yīng)引起特別注意。針對光纖比較脆弱的問題，文章建議采用光纜槽盒加金屬軟管來有效保護光纜、光纖。GOOSE跳閘設(shè)計改為傳統(tǒng)電纜跳閘時可能產(chǎn)生寄生回路，造成安全隱患。以上問題都在文中進行了討論，并給出了解決的方法。

參考文獻：

[1]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，（8）.

[2]張沛超，高翔.智能變電站[J].電氣技術(shù)，2010，（8）.

[3]于鵬飛，喻強，鄧輝.IEEE1588 精確時間同步協(xié)議的應(yīng)用方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（13）.