基于智能變電站保護(hù)裝置跳閘方式比較

周立龍，王新宇，吳　謙（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

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基于智能變電站保護(hù)裝置跳閘方式比較

周立龍，王新宇，吳謙（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

現(xiàn)如今的智能變電站，在基于IEC61850通信規(guī)約保護(hù)設(shè)置的出口跳閘方式重點(diǎn)包含直接跳閘與網(wǎng)絡(luò)跳閘兩種。本文對比了智能變電站保護(hù)裝置的直接跳閘與網(wǎng)絡(luò)跳閘這兩種方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及彼此之間存在的差異，希望為該領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。

智能變電站；保護(hù)裝置；跳閘方式

1　引言

保護(hù)裝置直跳，指的是保護(hù)裝置出口跳閘經(jīng)由光前直接引到只能智能終端，保護(hù)跳閘信號經(jīng)由直跳光纜傳送，其他的信號經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送；保護(hù)裝置網(wǎng)跳，指的是保護(hù)裝置與智能終端都是引接到過程層交換機(jī)，跳閘等另外的GOOSE信號經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送。該兩種方式都有各自的優(yōu)勢與劣勢。

2　母線保護(hù)直跳方案與網(wǎng)跳方案接線及交換機(jī)配置差異

2.1母線保護(hù)直跳方式與網(wǎng)跳方案接線差異分析

智能變電站保護(hù)跳閘方式重要包含三種方式：直采直跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳以及直采網(wǎng)跳。由于網(wǎng)采網(wǎng)跳方式重點(diǎn)用在低電壓等級，所以，以下主要對直采直跳以及直采網(wǎng)跳進(jìn)行研究。直采直跳跟直采網(wǎng)跳的差別主要是繼電保護(hù)的跳閘實(shí)現(xiàn)模式，保護(hù)直跳，指的是保護(hù)裝置到智能終端單獨(dú)的引一根光纖，而保護(hù)跳閘信號則經(jīng)過該光纖直接傳輸，其他的信號則經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外一種就是保護(hù)網(wǎng)跳，指的是保護(hù)裝置與智能終端都引接到過程層的交換機(jī)當(dāng)中，從而保護(hù)全部GOOSE信號都可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸。這兩種方案接線上的重點(diǎn)區(qū)別就是第一個方案比第二個方案增加了直跳光纜；跳閘模式上直跳方案的跳閘是經(jīng)由跳閘光纜傳送，并沒有任何中間環(huán)節(jié)；而網(wǎng)絡(luò)跳閘方案以及報文都需要經(jīng)過交換機(jī)傳輸。

2.2母線保護(hù)直跳方案與網(wǎng)跳方案交換機(jī)配置差異分析

智能變電站的自動化系統(tǒng)是由三層兩網(wǎng)組成的，兩層網(wǎng)絡(luò)分別是由站控層交換層與過程層交換機(jī)所組成，因為保護(hù)選用的是直跳方案還是網(wǎng)跳方案，僅僅能夠影響到過程層與間隔層間的接引線，跟站控層交換機(jī)與接線沒有關(guān)系，所以，該兩種跳閘方案對于站控層交換機(jī)配備與接線是完全一致的。對于過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配備是否一致，我們應(yīng)該開展詳盡的分析：過程層網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)負(fù)責(zé)過程層設(shè)施跟間隔層設(shè)施之間、過程層設(shè)施之間以及間隔層設(shè)施之間的數(shù)據(jù)通信，過程層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)傳送的信息重點(diǎn)包含遙測、遙調(diào)、遙控、遙信信號與繼電保護(hù)間的連閉鎖、失靈重啟等信號；不同是繼電保護(hù)跳閘在直跳的時候過程層網(wǎng)絡(luò)傳送的信息并不包括跳閘信號，但是網(wǎng)絡(luò)跳閘會包括跳閘信號。

3　保護(hù)裝置直跳與網(wǎng)跳的可靠性分析

3.1直跳方式

3.1.1優(yōu) 點(diǎn)

智能變電站保護(hù)裝置直跳方式選取的是點(diǎn)對點(diǎn)傳送，它并不依靠網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的故障對于保護(hù)裝置動作的跳閘出口并不會有所影響，所以采用點(diǎn)對點(diǎn)傳送，可以防止利用交換機(jī)所引起的一些問題。即可以防止交換機(jī)延時所引起的保護(hù)誤動，避免交換機(jī)收到電磁擾動使得采樣值丟包閉鎖保護(hù)，此外，還能夠有效防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等。

3.1.2缺 點(diǎn)

①對保護(hù)設(shè)備的硬件要求太高。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)臅r候，保護(hù)設(shè)備的CPU僅僅需要處理一個斷口的數(shù)據(jù)；而在點(diǎn)對點(diǎn)模式之下，保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)接口會大幅度加大（500kV的智能終端為10個端口，而線路保護(hù)最少需要7個端口），CPU需要同時處理每個端口的數(shù)據(jù)，處理工作量加大，而且一定要采用高性能的CPU才可以滿足數(shù)據(jù)處理的即時性要求。因為數(shù)據(jù)端口的增多，保護(hù)裝置內(nèi)循環(huán)處理的時間就會比處理單獨(dú)端口的時間長。②保護(hù)裝置的硬件成本加大。在點(diǎn)對點(diǎn)模式之下，設(shè)備之間的光纜接線與光纖熔接點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比網(wǎng)絡(luò)化傳輸模式多，加大了現(xiàn)場的施工量。光纜的連接比較復(fù)雜，增大了運(yùn)行與維護(hù)的難度與工作量，與此同時，熔接點(diǎn)的增多也會給數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定程度帶來一定的隱患。③增加了保護(hù)裝置發(fā)生故障的概率。保護(hù)裝置端口數(shù)目的增多，使得CPU的發(fā)熱量比常規(guī)保護(hù)設(shè)施大，這也導(dǎo)致保護(hù)裝置的運(yùn)行環(huán)境變得非常惡劣，而且光纖熔接點(diǎn)比較多，都增加了故障發(fā)生的概率。

3.2網(wǎng)跳方式

3.2.1優(yōu) 點(diǎn)

保護(hù)裝置的出口跳閘選用網(wǎng)絡(luò)化傳送，光纖的鋪設(shè)量較少，現(xiàn)場網(wǎng)架清晰。與此同時，降低了設(shè)備之間相互調(diào)試的麻煩，減少了工程建設(shè)的周期。另外，過程層全部的數(shù)據(jù)都在網(wǎng)絡(luò)上傳送，方便利用網(wǎng)絡(luò)保溫記錄來了解設(shè)備實(shí)時監(jiān)視設(shè)施之間的信息交互過程，進(jìn)而能夠及早發(fā)現(xiàn)問題，也有助于故障之后不同設(shè)備商家之間的責(zé)任劃分，防止出現(xiàn)推諉，不利于故障的分析。

3.2.2缺 點(diǎn)

①對于交換機(jī)的可靠程度要求較高。網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)淖畲髥栴}在于交換機(jī)的性能。數(shù)據(jù)在交換機(jī)上傳輸難免會存在延時，怎樣科學(xué)分配網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，盡量降低傳輸延時，同時提升交換機(jī)自身硬件的質(zhì)量，以此適應(yīng)長時間穩(wěn)定運(yùn)行的需求，是網(wǎng)絡(luò)化傳輸需要亟待解決的問題?，F(xiàn)如今，因為交換機(jī)的價格非常昂貴，在一定程度上限制了網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。②延時長。因為采樣值經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸會引起一定的延時，為了確保數(shù)據(jù)之間的同步，一定要提供高可靠程度的對時系統(tǒng)。

4　保護(hù)裝置直跳與網(wǎng)跳方式經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

4.1取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)

智能變電站光纜費(fèi)用是材料費(fèi)與敷設(shè)費(fèi)的總和，通常按照30元/m、每根光纜150m來計算。結(jié)合通信行業(yè)定額，光纜熔接的費(fèi)用每點(diǎn)按照125元計算?？紤]到保護(hù)裝置與智能終端因為直采直跳引起端口增多的軟硬件成本改變，結(jié)合廠家給出的指導(dǎo)性收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備沒增多一個光口，費(fèi)用就增多500元。

4.2經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

因為保護(hù)裝置不管采取直跳還是網(wǎng)跳的模式，保護(hù)裝置與智能終端都需要接到GOOSE網(wǎng)絡(luò)，與交換機(jī)的配置是沒有關(guān)系的。所以，僅需要比較兩種跳閘方式增多的光口數(shù)目、熔接點(diǎn)以及光纜長度。以下針對500kV智能變電站當(dāng)中不同類型保護(hù)裝置的兩種跳閘方式，開展經(jīng)濟(jì)技術(shù)的分析與比較。在保護(hù)設(shè)備端口方面，如果保護(hù)裝置的出口跳閘選取直跳方式的時候，500kV線路保護(hù)需要增多2個直跳出口，邊（中）斷路器智能端口個加上一個光口，一共增多4個端口；如果有7個500kV串，500kV母線保護(hù)就需要多出直跳出口7個，各串邊（中）斷路器只能終端個多出光口1個，一共增多14個端口。在光纜上，如果保護(hù)裝置的出口跳閘選取直跳方式的時候，500kV線路保護(hù)直跳的光纜應(yīng)該采取單獨(dú)一根的時候，應(yīng)該加2根到斷路器智能終端的光纜；跟GOOSE網(wǎng)絡(luò)共同使用一根光纜的時候，需要增多4個熔點(diǎn)、4根尾纖。

5　母線保護(hù)直跳方式特點(diǎn)分析

5.1光口多，增加故障概率

設(shè)備光口數(shù)目的增多也相應(yīng)增多了光纖熔點(diǎn)與光纖的使用量，多光口光纖的熔接質(zhì)量與光纖的裝設(shè)技術(shù)都非常重要，如果某一光口的故障或者某根光纜斷裂或彎曲半徑太大的時候，跳閘信號或許就沒有辦法送達(dá)，母線保護(hù)就沒有辦法把跳閘信號發(fā)送至該間隔智能的終端，這套母線保護(hù)就會無法徹底消除故障。

5.2多光口接入發(fā)熱量大，影響裝置壽命及運(yùn)行可靠性

裝置光口數(shù)目的增多，每個光口都會發(fā)熱，多個光口在同一個區(qū)域接入，會導(dǎo)致該區(qū)域的溫度增高。實(shí)際的測量也正是跨間隔的保護(hù)裝置。因為光口數(shù)目多，運(yùn)行的溫度顯著高于光口數(shù)目比較少的單間隔保護(hù)。單間隔保護(hù)裝置因為光口的數(shù)目較少，溫度通常在40～50℃，然而跨間隔的母線保護(hù)裝置因為光口數(shù)目多溫度就會比單間隔的保護(hù)裝置高出大概15℃。溫度太高會影響到光纖的傳輸質(zhì)量與設(shè)備的使用年限；溫度過高會使得管線傳輸?shù)暮膿p增加；同時加速光纖外護(hù)套顏色的褪變，對運(yùn)行維護(hù)產(chǎn)生一定的困難；如果溫度超過70℃，甚至?xí)鸸饫w的燒毀。

5.3增加CPU處理壓力，裝置光口處理時延長

因為在點(diǎn)對點(diǎn)模式下，母線保護(hù)光口的增多，母線保護(hù)需要對每個端口逐一進(jìn)行處理，每個CPU需要同時處理各個端口的數(shù)據(jù)，處理的工作量是非常大的，而且一定要選擇高性能的CPU硬件或者選取多個數(shù)據(jù)處理硬件才可以滿足數(shù)據(jù)處理的相關(guān)要求。因為數(shù)據(jù)端口的增多，在裝置內(nèi)的循環(huán)處理過程中，也會比單一端口處理的時間要長。

6　母線保護(hù)網(wǎng)跳方式特點(diǎn)分析

6.1可靠性

直跳是跳閘信號與報文傳輸僅僅經(jīng)過保護(hù)裝置與智能終端的兩個環(huán)節(jié)，然而網(wǎng)絡(luò)跳閘增多了交換機(jī)環(huán)節(jié)，在該方面的可靠性確實(shí)有一定的降低。但是跨間隔保護(hù)如母線保護(hù)網(wǎng)跳僅僅需要一個光口，減少了眾多的光口，在該方面網(wǎng)跳的可靠程度更好。

6.2方便故障分析

過程層全部的數(shù)據(jù)都在網(wǎng)絡(luò)上傳送，能夠方便的利用網(wǎng)絡(luò)報文記錄來分析裝置，對每個設(shè)備之間的信息交互過程開展完整的實(shí)時的監(jiān)控，進(jìn)而盡早發(fā)現(xiàn)故障。同時也非常有助于產(chǎn)生故障之后不同設(shè)備廠商之間責(zé)任的區(qū)分，防止產(chǎn)生推諉情況。

7　結(jié)語

綜上所述，智能變電站繼電保護(hù)跳閘的實(shí)現(xiàn)方式對變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。為了充分利用好智能變電站網(wǎng)絡(luò)帶來的便利，同時又不降低變電站的可靠程度，建議應(yīng)該開展與推動直跳與網(wǎng)跳相結(jié)合的模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最終的保護(hù)、安全的網(wǎng)絡(luò)化傳輸出以及控制信息的可靠性。

［1］易永輝，王雷濤，陶永健.智能變電站過程層應(yīng)用技術(shù)研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015（21）：29～30.

［2］王 松，陸承宇.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的GOOSE網(wǎng)絡(luò)方案［J］.電力系統(tǒng)自動化，2015（3）：49～50.

［3］鐘連宏，梁異先.智能變電站技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：中國電力出版社，2010.

周立龍（1983-），男，研究生，主要從事智能變電站保護(hù)工作。

TM762

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2095-2066（2016）10-0015-02

2016-3-8