智能變電站不停電檢修時(shí)二次設(shè)備安全隔離研究綜述

黎恒烜，蔡 勇，陳 宏，張侃君，文 博，洪梅子

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077;2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

智能變電站不停電檢修時(shí)二次設(shè)備安全隔離研究綜述

黎恒烜1，蔡 勇2，陳 宏1，張侃君1，文 博1，洪梅子1

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077;2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

針對(duì)智能變電站高度智能化、信息化為二次設(shè)備檢修作業(yè)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，綜述了智能變電站在一次設(shè)備不停電時(shí)二次設(shè)備的安全隔離措施。通過(guò)對(duì)比各種隔離措施的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮智能變電站二次回路的特點(diǎn)，提出了橫向確定隔離范圍、縱向制定操作順序的安全隔離措施總體原則。并以典型的220 kV線(xiàn)路間隔為實(shí)例，分別闡述了二次設(shè)備的安全隔離措施。

智能變電站；二次設(shè)備；隔離；安全措施

0 引言

智能變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，是未來(lái)變電站技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)[1-2]。智能變電站最核心的技術(shù)革新在于使用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二次電纜來(lái)傳遞數(shù)字和模擬信號(hào)，原有的二次電纜被高度集成、抽象的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流代替[3]。在高度信息化的同時(shí)，也為二次設(shè)備檢修帶來(lái)了一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。在檢修作業(yè)中，因安全措施執(zhí)行不到位而造成的事故屢有發(fā)生[5]。將檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備有效、安全地隔離，是保障人身、電網(wǎng)及設(shè)備安全的重要措施[6]。

為保證智能變電站的供電可靠性和連續(xù)性，便于檢修工作安全順利進(jìn)行，需要對(duì)智能變電站安全措施技術(shù)展開(kāi)深入研究。由于電氣設(shè)備不允許無(wú)保護(hù)運(yùn)行，所以對(duì)于保護(hù)裝置單套配置的二次系統(tǒng)，在二次設(shè)備執(zhí)行檢修時(shí)，一次設(shè)備必須停運(yùn)。而對(duì)于保護(hù)裝置雙套配置的二次系統(tǒng)，可以采用單套退出進(jìn)行不停電檢修。不停電檢修作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于停電檢修，因此不停電檢修時(shí)的安全措施研究意義重大，本文僅討論一次設(shè)備不停電情況下的二次設(shè)備安全隔離策略。

本文綜述了智能變電站在一次設(shè)備不停電時(shí)二次設(shè)備的安全隔離措施，通過(guò)對(duì)比各種隔離措施的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮智能變電站二次回路的特點(diǎn)，提出了橫向確定隔離范圍、縱向制定操作順序的安全隔離措施總體原則，并以某220 kV線(xiàn)路間隔為實(shí)例，分別闡述了二次設(shè)備的安全隔離措施。

1 執(zhí)行對(duì)象及基本措施

1.1 二次安全措施執(zhí)行對(duì)象及特點(diǎn)

智能站中主要二次設(shè)備包括：保護(hù)裝置、合并單元、智能終端、交換機(jī)、GPS時(shí)鐘等等。因?yàn)樵谥辈芍碧Ｊ降闹悄茏冸娬局?，繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常工作不受外部時(shí)鐘的影響，而交換機(jī)運(yùn)行異常也不會(huì)影響主保護(hù)系統(tǒng)的正常工作[3]，因此本文討論的二次設(shè)備安全隔離措施僅限于保護(hù)裝置、合并單元和智能終端。

1.2 基本安全措施

對(duì)于二次設(shè)備而言，安全措施重點(diǎn)主要包括采樣輸入回路及跳合閘、遙控、啟失靈開(kāi)出回路等。常規(guī)變電站二次回路的安全措施遵守“明顯電氣斷點(diǎn)”的基本理念，而智能變電站由于二次回路高度數(shù)字化、信息化，“明顯電氣斷點(diǎn)”的安全措施理念已不再適用。

智能變電站二次設(shè)備的隔離方式主要分物理隔離和數(shù)字隔離兩大類(lèi)[7-9]，其中物理隔離包括斷光鏈路、斷電回路兩種方式，數(shù)字隔離包括退出軟壓板、投入檢修壓板兩種方式，如表1所示。

表1 不同隔離措施特點(diǎn)比較Tab.1 Comparison of different isolation measures

斷光鏈路一方面可能因多次插拔造成光纖接口損壞，另一方面光纖斷鏈后會(huì)產(chǎn)生告警信息干擾運(yùn)行，而且在恢復(fù)過(guò)程中容易恢復(fù)錯(cuò)誤，因此不能作為常態(tài)化隔離技術(shù)使用。

常用的隔離措施包括退出口硬壓板、退軟壓板、投檢修壓板。其中，退出口硬壓板能夠在出口回路上形成“明顯電氣斷點(diǎn)”，可靠性較高。

退軟壓板包括退出SV接收軟壓板、GOOSE發(fā)送軟壓板、GOOSE接收軟壓板三類(lèi)。退出SV接收軟壓板相當(dāng)于斷開(kāi)交流采樣回路，屏蔽交流采樣數(shù)據(jù)。當(dāng)退出某SV接收軟壓板時(shí)，則對(duì)應(yīng)間隔合并單元的模擬量及其狀態(tài)（包括檢修狀態(tài)）都不計(jì)入保護(hù)，保護(hù)按無(wú)此支路處理。當(dāng)對(duì)應(yīng)一次設(shè)備運(yùn)行時(shí)，單間隔保護(hù)可直接退出SV接收壓板，跨間隔保護(hù)需要退出與該SV鏈路相關(guān)的保護(hù)功能后方能退出相應(yīng)SV接收壓板[7]。退出GOOSE接收/發(fā)送軟壓板相當(dāng)于斷開(kāi)開(kāi)入/開(kāi)出回路。

投檢修壓板是通過(guò)智能化二次設(shè)備的檢修機(jī)制來(lái)進(jìn)行隔離[9-12]。二次設(shè)備投入檢修壓板后，所發(fā)報(bào)文中TEST測(cè)試標(biāo)識(shí)位將為T(mén)RUE，接收?qǐng)?bào)文的二次設(shè)備將比較TEST標(biāo)識(shí)位與自身檢修壓板的狀態(tài)來(lái)決定是否對(duì)報(bào)文進(jìn)行有效處理。檢修機(jī)制的判斷遵循同或邏輯，如圖1所示，當(dāng)二次設(shè)備所接收?qǐng)?bào)文中的TEST標(biāo)識(shí)位值與其檢修壓板的狀態(tài)值一致時(shí)，該報(bào)文將會(huì)被有效處理，反之裝置將閉鎖相應(yīng)功能，對(duì)報(bào)文不予處理。檢修壓板投入之前除需關(guān)注操作對(duì)象之外，還要分析清楚其與各自相關(guān)的二次設(shè)備的聯(lián)系，尤其母差、主變間隔相關(guān)的二次設(shè)備都是跨間隔設(shè)備，容易造成保護(hù)邏輯或出口的閉鎖。

圖1 檢修機(jī)制邏輯圖Fig.1 Logic diagram of maintenance mechanism

2 二次設(shè)備安全隔離原則

2.1 基本原則

在智能變電站，原常規(guī)站保護(hù)裝置的采樣功能被移到合并單元，操作箱功能移到智能終端，因此在制定二次設(shè)備安全隔離措施時(shí)，需要首先考慮在橫向上確定隔離范圍。其次，檢修設(shè)備的軟壓板投退、檢修壓板投退會(huì)在一定程度影響到運(yùn)行設(shè)備，在制定二次設(shè)備安全隔離措施時(shí)，需要在縱向上考慮操作順序。

在研究安全隔離措施時(shí)，需要確定二次設(shè)備之間的連接方式，再根據(jù)所傳輸?shù)男畔?nèi)容來(lái)制定安全隔離措施。根據(jù)二次設(shè)備之間的連接方式，歸納傳輸信息如表2所示[13]。

表2 不同連接方式傳輸?shù)男畔ab.2 Transmitted information of different connection mode

考慮到智能變電站虛回路的隱蔽性，在對(duì)虛回路安全隔離時(shí)應(yīng)至少采取雙重安全措施以增加二次安全措施的可靠性[9,14]。

2.2 合并單元安全隔離要點(diǎn)

合并單元為保護(hù)裝置提供交流采樣數(shù)據(jù)，相當(dāng)于常規(guī)保護(hù)裝置的采樣環(huán)節(jié)。在一次設(shè)備不停電的情況下，間隔合并單元發(fā)生故障或執(zhí)行不停電檢修時(shí)，其安全隔離范圍應(yīng)包括所有接收其交流采樣數(shù)據(jù)的所有保護(hù)裝置[15-16]。

以圖2所示線(xiàn)路間隔合并單元為例，在對(duì)線(xiàn)路合并單元執(zhí)行安全隔離時(shí)，需同時(shí)退出該間隔的線(xiàn)路保護(hù)以及跨間隔的母線(xiàn)保護(hù)。對(duì)于線(xiàn)路保護(hù)而言，采樣功能丟失，意味著保護(hù)功能失效，為避免其誤發(fā)指令信號(hào)干擾正常運(yùn)行，應(yīng)將其退出。對(duì)于母線(xiàn)保護(hù)而言，在一次設(shè)備不停電的情況下，某間隔的采樣數(shù)據(jù)丟失，會(huì)在二次側(cè)產(chǎn)生差流，可能會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，因此也應(yīng)將其退出。

圖2 合并單元示意圖Fig.2 Diagram of merging unit

在制定操作順序時(shí)，由于母線(xiàn)保護(hù)為跨間隔保護(hù)，影響范圍最廣，為確保安全，應(yīng)先將其退出，其次是線(xiàn)路保護(hù)，最后是合并單元。

母線(xiàn)合并單元故障后，按母線(xiàn)電壓異常處理，各保護(hù)裝置將閉鎖與母線(xiàn)電壓相關(guān)的保護(hù)功能。

2.3 智能終端安全隔離要點(diǎn)

智能終端（見(jiàn)圖3）相當(dāng)于操作箱，可單獨(dú)投退，也可根據(jù)影響程度投退相應(yīng)的保護(hù)。雙重化配置的智能終端單臺(tái)校驗(yàn)、消缺時(shí)，可不停役相關(guān)一次設(shè)備，但應(yīng)退出該智能終端出口壓板，退出重合閘功能，同時(shí)根據(jù)需要退出受影響的相關(guān)保護(hù)裝置。

圖3 智能終端示意圖Fig.3 Diagram of intelligent terminal

由于智能終端負(fù)責(zé)采集隔離開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)，因此，當(dāng)智能終端退出運(yùn)行時(shí)，需要將母線(xiàn)保護(hù)上該間隔的隔刀位置按實(shí)際狀態(tài)強(qiáng)行置位。

雙套配置的系統(tǒng)不允許同一套裝置跨接雙網(wǎng)，因此雙套配置的線(xiàn)路保護(hù)之間相互閉鎖重合閘功能一般通過(guò)雙套智能終端之間的硬接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。因此在不停電的情況下，單套智能終端退出運(yùn)行時(shí)，為防止其誤發(fā)信號(hào)閉鎖另一套重合閘功能，應(yīng)將智能終端之間的硬接線(xiàn)拆除[17-18]。

由于兩套智能終端的重合閘回路共用1套操作電源，在退出單套智能終端時(shí)，不能切斷重合閘回路的操作電源，同時(shí)要保證處于正常運(yùn)行狀態(tài)智能終端的重合閘出口硬壓板投入。

2.4 保護(hù)裝置安全隔離要點(diǎn)

應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮保護(hù)裝置的安全隔離措施：

（1）保護(hù)裝置與保護(hù)裝置之間的隔離，在對(duì)線(xiàn)路保護(hù)及主變保護(hù)等做隔離措施時(shí)，應(yīng)注意防止誤啟動(dòng)失靈保護(hù)，需退出被隔離保護(hù)裝置啟失靈GOOSE出口軟壓板，同時(shí)退出母線(xiàn)失靈保護(hù)裝置的相應(yīng)的失靈開(kāi)入GOOSE接收軟壓板；

（2）保護(hù)裝置與智能終端之間的隔離，為防止保護(hù)誤跳閘，應(yīng)退出保護(hù)裝置跳閘GOOSE出口軟壓板；

（3）保護(hù)裝置與合并單元之間的隔離，應(yīng)退出保護(hù)裝置SV接收軟壓板以斷開(kāi)采樣回路；

（4）與對(duì)側(cè)線(xiàn)路保護(hù)裝置之間的隔離，為降低縱聯(lián)保護(hù)的遠(yuǎn)跳風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)將光纖差動(dòng)保護(hù)通道斷開(kāi)并自環(huán)，同時(shí)兩側(cè)縱聯(lián)保護(hù)改跳閘為信號(hào)；

（5）防止重合閘功能退出，應(yīng)投入另一套保護(hù)的重合閘功能。

3 220 kV線(xiàn)路間隔安全措施實(shí)例

以圖4所示220 kV線(xiàn)路間隔為例，分別闡述在一次設(shè)備不停電情況下，線(xiàn)路間隔的二次設(shè)備在缺陷處理時(shí)的安全隔離措施[15]。

圖4 220 kV線(xiàn)路間隔示意圖Fig.4 Diagram of 220 kV line bay

圖4中線(xiàn)路間隔合并單元在缺陷處理時(shí)的安全隔離措施如表3所示。

表3 線(xiàn)路合并單元的隔離措施Tab.3 Isolation measures of line merging unit

線(xiàn)路單套保護(hù)裝置退出運(yùn)行進(jìn)行檢修時(shí)，對(duì)應(yīng)合并單元、智能終端需退出運(yùn)行。同時(shí)對(duì)應(yīng)的220 kV母差失靈保護(hù)也需停運(yùn)，具體的安全隔離措施如表4所示。

表4 線(xiàn)路保護(hù)的隔離措施Tab.4 Isolation measures of line protection

線(xiàn)路智能終端在進(jìn)行缺陷處理時(shí)的安全隔離措施如表5所示。

表5 線(xiàn)路智能終端的隔離措施Tab.5 Isolation measures of line intelligent terminal

4 結(jié)語(yǔ)

本文綜述了一次設(shè)備不停電情況下智能變電站二次設(shè)備安全隔離措施，通過(guò)對(duì)比各種隔離措施的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮智能變電站二次回路的特點(diǎn)，總結(jié)歸納，提出了橫向確定范圍、縱向制定順序的總體原則，對(duì)智能變電站二次設(shè)備安全檢修具有一定的指導(dǎo)意義。

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A Summary of Secondary Equipment Safety Isolation in Intelligent Substation without Interruption of Power Supply

LI Hengxuan1,CAI Yong2,CHEN Hong1,ZHANG Kanjun1,WEN Bo1,HONG Meizi1
（1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China;2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077,China）

As Intelligent substation becomes highly intelligent and informative,in view of the se?curity risk for secondary equipment overhaul in intelligent substation,in this paper,the safety isola?tion measures of secondary equipment in intelligent substation without interruption of power sup?plyare are summarized.The general principles that determine the scope of isolation transversely and determine operation sequence longitudinally are proposed based on comparison of the advantag?es and disadvantages of various isolation measures and characteristics of the secondary circuit.At last,the isolation measures of secondary equipment are presented for a typical 220 kV line bay.

intelligent substation;secondary equipment;isolation;safety measure

TM77；TM63

A

1006-3986(2016)11-0008-05

10.19308/j.hep.2016.11.002

2016-09-27

黎恒烜(1984)，男，湖北荊門(mén)人，博士，高級(jí)工程師。

國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司科技項(xiàng)目（521532160016）