便攜式保護在智能電網(wǎng)設備投運中的應用

姚 亮， 陳 琦， 鄒 磊

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京，211100)

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，新建、擴建、改造、檢修工作日益增多，而且傳統(tǒng)變電站與智能變電站在較長的一段時期內(nèi)會大量共存，同一座變電站內(nèi)傳統(tǒng)設備與智能設備也會在一段時期內(nèi)同時在網(wǎng)運行，因此設備的改造投運工作日趨繁重。設備投運涉及設備驗收、穩(wěn)定校核、保護整定、方案編制、調(diào)度操作、現(xiàn)場作業(yè)等諸多環(huán)節(jié)，是一項復雜的電力工作，需要計劃、調(diào)度、變電檢修工區(qū)、超高壓工區(qū)等多部門專業(yè)人員互相協(xié)作，密切配合。電網(wǎng)日趨堅強，分層分區(qū)工作進一步深入，社會對電網(wǎng)供電可靠性要求也不斷提高，現(xiàn)在的設備投運方案暴露出操作工作量大、風險高造成電網(wǎng)運行風險大、供電可靠性及效率低等問題，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來極大隱患。為提高電網(wǎng)運行的效益、保障供電可靠、減少投運工作負擔，亟需對電網(wǎng)設備投運方案進行風險評估分析，研究、制定改進措施，并建立全過程、全方位的電網(wǎng)安全預控體系[1-4]。

1便攜式保護的研制

1.1臨時保護在投運中的應用現(xiàn)狀

設備投運一般都需要進行沖擊合閘、核相、二次定相、保護相量檢查等工作。投運的繼電保護裝置，要帶負荷對其接線正確性進行檢測。以往變電站在設備投運時，校驗保護或通過電流繼電器和時間繼電器組成的臨時保護裝置，如圖1所示，或借用母聯(lián)（分段）保護裝置或者線路保護裝置客串保護裝置。其是一種非常簡單的反應相間和接地故障的過電流保護[5，6]，但目前國內(nèi)尚未有專業(yè)的臨時保護裝置，因此現(xiàn)場只能采用一些替代方案，亟需性能更加完善的，具有完整自檢、自測、自校的便攜式繼電保護裝置。

1.2新式便攜式保護的技術(shù)特點

基于可靠、安全、便捷的要求，為滿足在不同變電站之間頻繁移動使用，便攜式保護采用了面向用戶、應用及產(chǎn)品的嵌入式平臺技術(shù)，符合DL/T478—2013要求[7]；機箱采用全封閉一次成型、背插式結(jié)構(gòu)，具有較高的抗振動、粉塵和電磁干擾能力。箱體僅為215 mm（寬）×210 mm （高）×280 mm（深），面板將保護控制操作區(qū)域和外設接口區(qū)域分開。

可開啟的透明面罩內(nèi)的部分為保護控制顯示及操作區(qū)域，由鍵盤、指示燈、液晶顯示屏、壓板、復歸按鈕組成。元器件合理的布局和面板的數(shù)控精密加工使該部分模塊顯得和諧、穩(wěn)重，易于操作與觀察，體現(xiàn)電力設備的可靠特質(zhì)。同時透明面罩可防止無關(guān)人員誤操作。而裝置左側(cè)的部分為外設接口區(qū)域，平時由一扇可開啟的活動門防護，內(nèi)置開關(guān)、航空插座、光纖接口。使用時將活動門打開，即可進行相應的操作。將功能區(qū)域進行明確劃分既便于日常工作中的觀察和使用，又可防止誤操作，達到了美觀和功能性的統(tǒng)一。裝置滿足GB 4208—2008標準[8]，設有防護面板，無外露端子，由于安全防護措施到位，可以長期安全運行，已申請外觀圖形專利并公開 （申請?zhí)?00930043076.2，公開號CN301161630）。

便攜式保護適用更寬的直流電壓范圍88～253 V。為同時能滿足傳統(tǒng)變電站和智能變電站的應用需求，交流采樣既能支持傳統(tǒng)的模擬量采集，其中傳統(tǒng)采樣自適應CT二次額定電流為1 A或5 A的工況，裝置亦可以接收來自合并單元輸出DL/T 860.92（IEC 61850-9-2）或 GB/T 20840.8（IEC 60044-8）格式的采樣值（SV）[9-12]。而跳閘方式既能支持傳統(tǒng)接點方式輸出，也可以支持通過GOOSE報文方式輸出跳閘信號，裝置動作時同時輸出跳閘動作接點和跳閘GOOSE報文，如圖2所示。SV采樣及GOOSE服務在保護CPU中實現(xiàn)，通過裝置通信光纖接口實現(xiàn)與其他設備進行通信。便攜式保護主要由采樣模塊、CPU模塊、I/O模塊和人機交互模塊組成，保證該保護能在不同電壓等級、不同運行環(huán)境的變電站內(nèi)均可靠、友好、通用的運行，已經(jīng)申請實用新型專利并公開 （申請?zhí)?01220604387.8，公開號 CN202997531U）。

圖2便攜式保護模塊配置

1.3便攜式保護與其他臨時保護的對比

便攜式保護與臨時搭接保護和母聯(lián)（分段）或線路保護客串保護的比較如表1所示。

由此可見，臨時搭接的保護和其他保護客串的保護由于其自身原因，與專用的便攜式保護比較，在經(jīng)濟性、安全性、可用性等方面有諸多不足。

2便攜式保護在投運工程中的應用

2.1便攜式保護的回路接入

便攜式保護裝置一般按單套配置，220 kV間隔接于第二套保護屏，不啟動失靈；500 kV間隔接于斷路器保護，啟動失靈。若系統(tǒng)配置2套便攜式保護裝置，則分別接入對應的保護屏中，保護跳閘接點接入斷路器對應的一組跳閘線圈。220 kV旁路間隔單套配置便攜式保護裝置時，保護跳閘接點分別接入斷路器的兩組跳閘線圈。電纜接線時斷開電流試驗端子排1D1、1D3、1D5的試驗連接片，回路按圖3所示連接裝置。

當SV采樣和GOOSE跳閘時，只需要對應接入裝置的光纖端口，裝置根據(jù)配置的相關(guān)地址信息接收合并單元的SV報文和發(fā)送GOOSE報文至智能終端[13-15]。

2.2便攜式保護在設備投運中的操作流程

變電站設備投運時，傳統(tǒng)方案采用空出一條母線的方法，一次設備的倒閘操作較復雜，系統(tǒng)運行方式薄弱，啟動時間長。啟動方案必須充分考慮因系統(tǒng)運行方式的調(diào)整而帶來的不利影響，有時還需采取防全停措施直至臨時限電，以防止產(chǎn)生不良后果。而在保護回路中加裝便攜式保護裝置，可以減少運行一次設備操作的工作量，降低操作風險和系統(tǒng)運行風險，減少啟動時間，提高供電的可靠性，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

表1裝置性能對比

圖3便攜式保護電氣接線

（1）經(jīng)過檢驗合格后的便攜式保護可以直接投入運行，不需要進行帶負荷試驗。

（2）保護運行期間，不允許對便攜式保護接線及其相關(guān)回路進行任何變動，應防止新設備保護帶負荷試驗工作影響保護的正常運行，防止保護失去電源、誤退跳閘出口、失靈出口及電流回路開路或被短接等情況發(fā)生。

（3）便攜式保護為單套配置時，在設備沖擊及保護帶負荷試驗期間，保護應始終處于投入運行狀態(tài)。

（4）單套配置的220 kV線路和500 kV主變220 kV開關(guān)臨時保護在設備啟動沖擊前投入。設備保護帶負荷試驗時需先進行第一套設備保護的帶負荷試驗。所有試驗正確結(jié)束，第一套設備保護投運后，再進行第二套保護帶負荷試驗工作，同時停用臨時保護，此后臨時保護不再投入使用。

（5）雙重化的便攜式保護運行。保護裝置帶負荷試驗采用逐套進行的方法，當?shù)谝惶自O備保護進行帶負荷試驗時，相應的第一套臨時保護停用，第二套臨時保護投入運行。第一套設備保護帶負荷試驗結(jié)束后，投入第一套保護，而第一套臨時保護不再投入。隨后停用第二套臨時保護后進行第二套設備保護帶負荷試驗。第二套臨時保護帶負荷試驗結(jié)束后，投入第二套設備保護，而第二套臨時保護不再投入，并待啟動試驗項目結(jié)束后進行保護拆除。

2.3便攜式保護應用的經(jīng)濟分析

以雙母線接線方式，配置2臺主變、四回出線的典型220 kV變電站為例。采用傳統(tǒng)啟動方案時，啟動前后方式的調(diào)整和恢復，變電站現(xiàn)場共約有300項操作、耗時約6 h，而新的啟動方案僅需約70項操作、耗時2 h，不僅提高了工作效率，也降低了設備投運的風險。

與傳統(tǒng)的空出一條母線的投運方案相比較，新的設備投運方案無需進行母線倒排工作。由于運行方式的來回調(diào)整增加了投運時間，傳統(tǒng)投運方案一般每個間隔的母線倒閘一次需要1 h。以每年投運主變8臺（750～1 000 MV·A），每臺500 kV主變以平均負載為300 MV·A，正式投運推遲8 h計算，則減少的供電量約為 240 萬 kW·h，以 10 元 /（kW·h）計，每次經(jīng)濟效益為2 400萬元，則一年新增的經(jīng)濟效益為1.92億元。

3結(jié)束語

該便攜式保護裝置采用保護控制操作和外設接口分區(qū)設計；既支持傳統(tǒng)模擬量輸入，自適應二次額定電流1 A和5 A，也能接收SV報文；既能提供傳統(tǒng)的開出接點，亦能輸出GOOSE報文。同時裝置能在110 V或220 V直流電源的正常工作，傳統(tǒng)電氣量連接采用航空端子，數(shù)字量通信提供LC和ST兩種光纖接口方式，可靠、安全、便捷地滿足不同運行環(huán)境的變電站內(nèi)使用要求。便攜式保護在電網(wǎng)設備投運中的應用遵循“安全性、適用性、通用性、經(jīng)濟性”協(xié)調(diào)統(tǒng)一原則，無需進行母線倒排工作，減少在投運啟動時的運行方式調(diào)整，合理減少操作風險，防止啟動時的保護死區(qū)，通過提升工作效率和提高電網(wǎng)管理水平，促進了安全生產(chǎn)，帶來良好的社會效應和較好的經(jīng)濟效益。

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