鞍山麥山66 kV智能變電站示范工程綜述

鄭建宇，胡紹剛，高 群

其它

鞍山麥山66 kV智能變電站示范工程綜述

鄭建宇，胡紹剛，高 群

（國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001）

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐，以鞍山麥山66 kV智能變電站示范工程設(shè)計與建設(shè)為例，介紹新技術(shù)在66 kV麥山智能變電站中的應(yīng)用，具體分析了自動化系統(tǒng)及智能狀態(tài)監(jiān)測功能的設(shè)計與操作方式，站域保護的實現(xiàn)形式及變電站的組網(wǎng)方案等，為智能變電站的建設(shè)提供新的思路和理念。

新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；站域保護；智能分析軟件

鞍山麥山66 kV智能變電站作為國網(wǎng)遼寧省供電公司試點工程，是繼鞍山供電公司在建成多個不同智能變電站后建立的又一個無人值守并免于定檢的新型智能變電站。智能變電站的試點性建設(shè)汲取其他智能變電站的經(jīng)驗，為鞍山電網(wǎng)的智能化打下良好基礎(chǔ)，為智能電網(wǎng)的分析、決策系統(tǒng)提供了信息及功能支撐。

1 新型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

智能變電站采用IEC61850規(guī)約下的三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即間隔層、過程層、站控層以及過程層網(wǎng)絡(luò)與站控層網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示［1］。

參照國家電網(wǎng)智能變電站設(shè)計標(biāo)準，設(shè)計建造了66 kV及35 kV智能變電站，主變受電側(cè)間隔、主變二次側(cè)間隔及加分段間隔采用單獨組網(wǎng)，合并單元和智能終端與保護、測控裝置采取直采直跳方式，這種模式的智能變電站和常規(guī)變電站相比只增加了使用IEC61850規(guī)約，保證了信息的開放性和互操作性，但由于過程層設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)和間隔層設(shè)

圖1 智能變電站的構(gòu)架體系

備交互，交流采集、開入、保護跳閘等信息，把原本簡單的變電站復(fù)雜化。不僅帶來安全隱患，通過GOOSE網(wǎng)傳給過程層設(shè)備的信息量巨大，對軟硬件平臺的網(wǎng)絡(luò)處理能力要求也很高，增大了投資成本［2］。

針對這種情況，麥山66 kV智能變電站采用間隔層、過程層設(shè)備集成，保護、測控裝置兼具合并單元與智能終端功能。這樣合并單元的原有功能包括對常規(guī)互感器輸入的模擬量采樣處理后，按IEC61850-9-2標(biāo)準轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，再通過光纖輸出到過程層網(wǎng)絡(luò)；智能終端的原有功能包括對斷路器開關(guān)狀態(tài)量采集、斷路器控制與斷路器控制回路監(jiān)視等，現(xiàn)都可通過過程層網(wǎng)絡(luò)基于GOOSE服務(wù)發(fā)布信息，兩者均可實現(xiàn)集成。隨著間隔層設(shè)備的集成，不僅能為一次設(shè)備提供更好的數(shù)據(jù)輸入服務(wù)，真正實現(xiàn)電氣設(shè)備間的信息共享與互操作性，為集中式保護打下基礎(chǔ)；同時還能減少設(shè)備數(shù)量，減少屏柜數(shù)量，節(jié)省屏柜空間，減少占地面積，節(jié)約設(shè)備成本，降低全站投資。由于合并單元與智能終端的集成，使得原本智能變電站的過程層簡化，極大地減少了二次接線，提高了其可靠性。同時，過程層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)以GOOSE＋SV方式同網(wǎng)進行信息采集和數(shù)據(jù)傳輸，在這種組網(wǎng)方式下，過程層設(shè)備采集的信息直接通過一根網(wǎng)線就可以實現(xiàn)間隔層和站控層的數(shù)據(jù)交換，并采用“直采直跳”方式，即使過程層網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)，本身的保護功能依然可以保證。全站智能設(shè)備采用電B碼及光B碼對時系統(tǒng)，由單一GPS／北斗系統(tǒng)通過光纖聯(lián)通擴展時鐘，再用網(wǎng)線轉(zhuǎn)接至其它保護測控裝置中，做到全站設(shè)備時間統(tǒng)一，對時準確。對時系統(tǒng)單獨組網(wǎng)，不僅簡化了對時回路設(shè)計，也避免了過度依賴網(wǎng)絡(luò)而在斷網(wǎng)情況下導(dǎo)致的全站對時系統(tǒng)失效，提高對時的可靠性和準確性。上述組網(wǎng)方式屬于試點創(chuàng)新項目之一，在麥山變中應(yīng)用并試運行良好，此種組網(wǎng)方式的實現(xiàn)也為智能變電站網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)提供了新思路。麥山66 kV智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2 站域保護的引入

基于上述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，按照國家電網(wǎng)公司對智能變電站設(shè)計要求組成的網(wǎng)絡(luò)平臺，可大幅度簡化設(shè)備連接方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，達成站內(nèi)多信息的應(yīng)用共享機制，消除信息交互孤島，促進站內(nèi)各二次系統(tǒng)單元的充分聯(lián)系，經(jīng)融合后可用以執(zhí)行故障綜合集中判斷處理，從而實現(xiàn)站域保護功能［3］。

圖2 麥山66 kV智能變電站的網(wǎng)絡(luò)架圖

麥山66 kV智能變電站的站域保護裝置面向?qū)ο鬄檎麄€變電站，完成站內(nèi)保護的功能冗余、優(yōu)化和站域安全自動控制等功能，同時可作為廣域保護控制子站完成廣域電網(wǎng)相關(guān)的保護控制功能。站域保護的實現(xiàn)對智能變電站而言，提高了遠后備的速度，減少了對一次設(shè)備的沖擊。站域保護具有集中式保護特點，通過軟件模塊化，集成備自投保護、斷路器失靈保護、簡易母線保護、低周低壓減載保護等保護模塊。本站站域保護使用斷路器失靈保護、簡易母線保護、低頻低壓減載、備自投保護、過負荷聯(lián)切保護模塊。在集成了常規(guī)變電站必要的保護外，完善了變電站的保護配置，提高了其安全可靠性。同時，如果依靠網(wǎng)絡(luò)的站域保護出現(xiàn)問題，之前的常規(guī)保護仍健全，保護依然可以動作。這一點提高了全站保護的運行性能，使變電站更加安全可靠。

通過此套站域保護裝置，麥山智能變電站已經(jīng)做到站內(nèi)信息共享及數(shù)據(jù)交流分析，并智能做出正確的保護動作，提高了保護的兼容配合，增強了其可靠程度。既然智能變電站可以達到高度的共享信息，完全可以實現(xiàn)下端變電站與上一級變電站的數(shù)據(jù)交互，形成一個區(qū)域智能變電站網(wǎng)絡(luò)，即廣域保護［4-5］。所謂廣域保護，是將電力系統(tǒng)內(nèi)的保護裝置通過光纖互聯(lián)，信息共享，獲得系統(tǒng)內(nèi)多點信息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，利用獲得的信息對故障進行快速、可靠、精確的切除，分析故障點切除后對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來的影響，并采取相應(yīng)的控制策略，確保電網(wǎng)的安全運行。這種集保護和自動控制功能于一體的系統(tǒng)稱為廣域保護系統(tǒng)。廣域保護把所有相關(guān)區(qū)域內(nèi)的變電站信息網(wǎng)絡(luò)化，實時傳輸，實時分析判斷，打造真正的智能電網(wǎng)，這也是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢和走向。

3 分列式變壓器保護

66 kV麥山變變壓器保護采用“分列式變壓器保護”，由鞍山供電公司根據(jù)多年自動化運行經(jīng)驗提出，把變壓器高壓側(cè)后備保護裝置與低壓側(cè)后備保護裝置分別就地安裝在變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)，兩側(cè)通過點對點光纖直連方式進行通信交換采樣值，以完成差動保護。如此，變壓器高壓側(cè)保護既實現(xiàn)了后備保護功能，又實現(xiàn)了變壓器的差動保護。同時，保護與測控合二為一，并與合并單元及智能終端組合成智能一體化設(shè)備。每臺高壓側(cè)保護測控裝置再配備1臺測控裝置，作為信號轉(zhuǎn)接備用，2臺裝置均具備GOOSE接收、發(fā)送、跳閘及合閘功能，并作為站域保護的信息采集與執(zhí)行終端。這種“分列式變壓器保護”，只用2臺保護裝置，兼具了差動保護及高低壓側(cè)后備保護，且2臺主變保護之間通過GOOSE交互差動保護動作、非電量保護動作、高低壓側(cè)開關(guān)位置信息等。因為采用電纜就地采集模擬量數(shù)據(jù)可以發(fā)出跳、合閘命令，所以，即使沒有網(wǎng)絡(luò)依然可以實現(xiàn)保護功能，保證了變壓器運行的可靠性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，而且變壓器保護的范圍不再延伸到對側(cè)進線開關(guān)（屬于未來試點階段智能變電站的廣域保護功能），同時縮減了投資成本，減少了屏柜數(shù)量及電纜敷設(shè)量。因此，這種變壓器保護是當(dāng)前最簡單可靠、安全有效的一種保護方式。

4 軟件開發(fā)

以往的周期性檢修方式存在很大的強制性和盲目性，如檢修人員的工作量不斷加大，設(shè)備的頻繁檢修縮短了設(shè)備的壽命，線路的經(jīng)常停運、投運降低了經(jīng)濟效益等，難免影響到檢修質(zhì)量和電網(wǎng)及設(shè)備的安全。為提高繼電保護設(shè)備檢修工作的針對性和有效性，合理降低檢修成本，運行人員巡視變電站時可更直觀地發(fā)現(xiàn)裝置或設(shè)備異常情況，本站開發(fā)出1套可在線自動生成繼電保護裝置試驗報告的軟件，通過軟件實時收集繼電保護設(shè)備正常運行時產(chǎn)生的自檢出錯、保護告警、設(shè)備定值變更、壓板控制字等信息，可自動生成智能分析報告。

鞍山66 kV麥山變采用可在線自動生成繼電保護裝置試驗報告的軟件，功能如下。

a.事故追憶功能，可實現(xiàn)在線監(jiān)測查詢繼電保護信號及遙信開入、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息，跳合閘電流是否正常等各種信息，并根據(jù)發(fā)生時間進行順序記錄。通過選取某間隔一段時間內(nèi)單一時間點事故，可單獨調(diào)出某一間隔的事故追憶記錄，更直觀地對信號進行分析判斷。

b.智能告警功能，即對于某個間隔保護動作行為數(shù)據(jù)的智能分析，包括顯示故障設(shè)備的開關(guān)分閘、合閘時間；保護動作情況（何種保護動作，動作是否成功）；故障性質(zhì)（是否重合，重合是否成功，若成功則判為瞬時性故障，若不成功則判為永久性故障）；處理原則（需要二次專業(yè)人員操作信號復(fù)歸、保護定檢等，需要運行人員復(fù)查定值等）；通過自動生成繼電保護報告直觀展現(xiàn)出來。繼電保護事故分析功能的使用有利于運行人員對故障情況及其性質(zhì)的掌握。

c.定期對定值、控制字進行召喚校對，由于本站取消硬壓板，統(tǒng)一采用軟壓板及控制字進行功能的開放及閉鎖。通過軟件定期對保護定值、控制字信息召喚校對，若當(dāng)前狀態(tài)與按照運行規(guī)程錄入的控制字或保護定值表格的預(yù)置位不符，自動發(fā)出告警并上傳調(diào)度。這樣極大地減少了運行人員的工作量，避免人為等因素造成的安全事故，提高設(shè)備和電網(wǎng)運行的可靠性。

d.裝置監(jiān)測功能，即二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，包括每個間隔的固定監(jiān)測信號5個（裝置異常信號、SV采樣中斷信號、對時異常信號、TA反序信號、電流回路異常信號），實時檢查裝置工作狀態(tài)是否正常，確保保護測控裝置發(fā)生異常時第一時間上傳信號；在線監(jiān)測并記錄本間隔保護動作報告，報告主要包含保護動作信息、斷路器變位信息、手動跳合或遙控操作斷路器信息。

在線自動生成繼電保護裝置試驗報告軟件的應(yīng)用，是在在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的對保護一系列動作信息的智能分析。此軟件避免周期性定檢對保護設(shè)備及一次設(shè)備的沖擊，并將形成真正意義上的無人值守智能變電站免檢，為智能變電站的建設(shè)開辟出新的思路和方式。

5 結(jié)束語

麥山智能變電站在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及監(jiān)控智能分析有所突破的同時也存在一定隱患。由于對過程層網(wǎng)絡(luò)依賴程度的提高，使過程層網(wǎng)絡(luò)交換機的重要性尤為突出，且基于網(wǎng)絡(luò)站域保護的可靠運行現(xiàn)階段還需經(jīng)過長期運行、調(diào)試等考驗。同時，本站的GOOSE與SV同網(wǎng)，而對時系統(tǒng)單獨組網(wǎng)，這將為未來“三網(wǎng)合一”留下實現(xiàn)的空間。鞍山66 kV麥山智能變電站作為國網(wǎng)遼寧省供電公司示范項目，它的建立不僅促進了鞍山堅強智能電網(wǎng)的實現(xiàn)，更為鞍山供電公司“一強三優(yōu)”戰(zhàn)略目標(biāo)做出貢獻。

［1］ 史 添.智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［D］.保定：華北電力大學(xué)，2011.

［2］ 樊 陳，黎山平，高春雷，等.集成式中低壓數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計［J］.電力系統(tǒng)自動化，2010，34（13）：84-87.

［3］ 劉東超，王開宇，胡紹剛，等.基于數(shù)字化變電站的集中式保護［J］.電力自動化設(shè)備，2012，32（4）：117-128.

［4］ 高 濤，鄧 玲.智能電網(wǎng)及其國內(nèi)外發(fā)展概述［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（2）：5-10.

［5］ 孫 鑫，張幼明.智能電網(wǎng)中的廣域保護［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（1）：34-36.

Research Overview on Demonstration Project of Anshan Maishan 66 kV Intelligent Substation

ZHENG Jian?yu，HU Shao?gang，GAO Qun
（State Gird Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China）

Intelligent substation is an important foundation and support of smartgrid.This paper takes design and construction of dem?onstration project for Anshan Maishan 66 kV intelligent substation as an example，introduces a new technology application.The design and operation mode of intelligent conditionmonitoring function，automation system，area protection and substation network scheme are analyzed in detail.It offers a new resolution for the construction of intelligent substation.

New network structure；Area protection；Intelligent analysis software

TM63；TM76

A

1004-7913（2015）07-0054-04

鄭建宇（1989—），男，學(xué)士，助理工程師，從事繼電保護、智能變電站技術(shù)研究。

2015-04-02）