智能變電站與傳統(tǒng)變電站若干關(guān)鍵技術(shù)比較

馬 義，張鈺金，錢苗旺，胡志勇

(國網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京211102)

智能變電站與傳統(tǒng)變電站若干關(guān)鍵技術(shù)比較

馬 義，張鈺金，錢苗旺，胡志勇

(國網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京211102)

隨著智能變電站投產(chǎn)的數(shù)量日益增多，其涉及的新技術(shù)應(yīng)用也越來越普及。與傳統(tǒng)變電站比較，智能站新增了電子式互感器、合并單元、智能終端、網(wǎng)絡(luò)分析儀等新的智能電子設(shè)備（IED）。二次設(shè)備間的電纜硬接線基本取消，代之以通過光纖、過程層交換機(jī)、站控層交換機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)傳輸報文信號。二次設(shè)備的冗余配置方案也有不同之處。文中重點比較智能站與傳統(tǒng)站在二次交流回路、檢修壓板的應(yīng)用、重合閘回路的不同之處，闡述智能變電站新技術(shù)應(yīng)用對現(xiàn)場運行維護(hù)工作產(chǎn)生深刻的影響和變化。

智能變電站；合并單元；檢修機(jī)制；重合閘

智能變電站相比較于傳統(tǒng)變電站，除了新增若干新設(shè)備，變電站設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、裝置之間的信息傳輸介質(zhì)和傳輸方法都有本質(zhì)的區(qū)別。

1 二次交流回路比較

1.1 傳統(tǒng)變電站交流回路特點

傳統(tǒng)變電站中，電磁式電流互感器（TA）包含若干二次繞組，二次繞組的分配既要考慮不同二次設(shè)備的要求（保護(hù)用P級，測控、計量用0.5/0.2級），還需要考慮避免造成保護(hù)死區(qū)的問題。每個二次繞組分別通過長電纜接至對應(yīng)的二次設(shè)備。如TA二次繞組不夠，需通過電纜在二次設(shè)備間串接，前一級的設(shè)備要停運檢修，會影響到后一級設(shè)備的運行，需做較復(fù)雜的安措。交流二次電壓一般分為保護(hù)和計量2個組別，220 kV雙重化配置的2套線路保護(hù)共用1個二次電壓組別。

1.2 智能變電站交流傳輸特點

智能變電站交流采樣一般有2種實現(xiàn)方式：電子式互感器+合并單元、常規(guī)互感器+合并單元。無論采樣何種電流互感器，其二次繞組數(shù)量減少。以220 kV線路TA為例，第一套線路保護(hù)和第一套母差保護(hù)共用1個二次繞組，第二套線路保護(hù)和第二套母差保護(hù)共用1個二次繞組，測控和電度表各用1個二次繞組，故障錄波器不需要專用二次繞組，而是通過交換機(jī)網(wǎng)采電流。同樣的配置傳統(tǒng)站需要7個二次繞組，而智能站只需要4個二次繞組。另外，由于保護(hù)的二次繞組是共用的，保護(hù)死區(qū)問題也就不存在了。

智能變電站電壓二次回路分配原則與常規(guī)站也不同。2套線路保護(hù)取自電壓互感器不同的二次繞組。由于2套保護(hù)取自不同繞組，提高了保護(hù)的可靠性。

合并單元是智能變電站中重要的智能電子設(shè)備（IED），合并單元以9-2報文形式通過光纖傳輸交流采樣。以220 kV雙母線接線變電站為例，其傳輸交流量拓?fù)鋱D[1]如圖1所示。合并單元的應(yīng)用，其優(yōu)點是簡化TA二次繞組；節(jié)省大量的電纜；消除二次電流開路、二次電壓短路的可能性；降低運行檢修人員安措實施風(fēng)險（比如母差保護(hù)中若要退出某間隔的電流，只需在面板處把相應(yīng)間隔的“SV接收”軟壓板退出，操作直觀、快捷）；可修改TA極性，方便了調(diào)試。缺點是如果某一個合并單元要檢修或損壞，除相對應(yīng)的線路保護(hù)停運外，母差保護(hù)也要陪停；合并單元對于時間同步要求很高，如發(fā)生失步，會影響測控裝置同期功能及電度表的計量準(zhǔn)確性；如數(shù)據(jù)位無效，會閉鎖相應(yīng)間隔的保護(hù)及母差保護(hù)的差動保護(hù)，降低了整體運行的可靠性。

圖1 合并單元交流量傳輸?shù)湫屯負(fù)鋱D

2 檢修壓板比較

智能變電站和傳統(tǒng)變電站的保護(hù)、測控裝置都設(shè)有檢修硬壓板，但在功能上有著本質(zhì)的區(qū)別。

（1）傳統(tǒng)變電站檢修壓板工作機(jī)制。傳統(tǒng)變電站中投“置檢修”壓板后，屏蔽了保護(hù)測控裝置上送監(jiān)控后臺的信息。由于無法進(jìn)行選擇、反校，監(jiān)控后臺也無法遙控開關(guān)、刀閘。

（2）智能變電站檢修機(jī)制。智能變電站中檢修壓板的設(shè)置是為了隔離檢修設(shè)備與運行設(shè)備。智能變電站通過判斷保護(hù)裝置、合并單元、智能終端各自檢修硬壓板的投退狀態(tài)一致性，實現(xiàn)特有的檢修機(jī)制：裝置檢修硬壓板投入時，其發(fā)出的SV，GOOSE報文均帶有檢修品質(zhì)標(biāo)識，接收端設(shè)備將收到的報文檢修品質(zhì)標(biāo)識與自身檢修硬壓板狀態(tài)進(jìn)行一致性比較判斷，僅在2者檢修狀態(tài)一致時，對報文做有效處理。

（3）檢修機(jī)制的差異對現(xiàn)場的影響。智能變電站中如果僅有某個間隔的測控裝置投“置檢修”壓板，此間隔的合并單元、保護(hù)裝置、智能終端發(fā)出變位信號將被屏蔽，但測控裝置本身的變位信號（比如遠(yuǎn)方/就地把手切換），在監(jiān)控后臺是可以顯示的，并且告警信號窗中顯示的信號是帶“檢修態(tài)”的；如果測控裝置和第一套智能終端都投“置檢修”壓板，此間隔的合并單元、保護(hù)裝置、第二套智能終端的信號被屏蔽，而第一套智能終端、測控裝置的變位信號，監(jiān)控后臺都可以看到，同樣信號是帶“檢修態(tài)”的。需要注意的是，這種情況下是能在后臺遙控開關(guān)、刀閘的。通過以上分析可看出，傳統(tǒng)變電站中，為防止人員誤操作檢修的開關(guān)、刀閘，或者防止待校驗的保護(hù)裝置的動作信號發(fā)送到后臺，在測控裝置處投“置檢修”壓板是一項有效措施。但在智能變電站中，這個措施就行不通了，因為如果待檢修間隔的各二次設(shè)備都投了檢修壓板，信號同樣會傳至監(jiān)控后臺，監(jiān)控后臺也可遙控開關(guān)、刀閘。

3 重合閘回路的比較

本文分析的重合閘回路，只限于220 kV及以上電壓等級的雙重化配置的保護(hù)裝置。

3.1 傳統(tǒng)變電站重合閘回路特點

500 kV傳統(tǒng)變電站中，重合閘功能是在斷路器保護(hù)中實現(xiàn)，每個開關(guān)配置一套斷路器保護(hù)、一個操作箱。220 kV傳統(tǒng)站中，重合閘功能是在線路保護(hù)中實現(xiàn)的，一條線路雙重化配置的2套保護(hù)裝置共用一個操作箱，2套線路保護(hù)的重合閘可同時投入，線路保護(hù)裝置間重合閘回路沒有任何聯(lián)系。如220 kV線路的一套線路保護(hù)要退出重合閘（假設(shè)此線路保護(hù)采用單重方式），只需在相應(yīng)保護(hù)處退出重合閘出口硬壓板，控制字中“單相重合閘”置“0”，“禁止重合閘”置“1”。需說明控制字“停用重合閘”不能置“1”，否則整條線路的重合閘功能將被退出，任何故障直接三跳閉重。

3.2 智能變電站重合閘回路特點

智能變電站的保護(hù)取消了重合閘出口硬壓板，重合閘的投退通過控制軟壓板和控制字實現(xiàn)。智能變電站的重合閘功能實現(xiàn)是由保護(hù)裝置發(fā)出的重合閘命令，通過光纖以GOOSE報文形式傳輸至智能終端，再由智能終端啟動合閘線圈[2]。220 kV智能變電站線路保護(hù)、智能終端雙重化配置，且一一對應(yīng)。500 kV智能變電站斷路器保護(hù)雙重化配置，以防止一套保護(hù)跨雙網(wǎng)，對應(yīng)的智能終端也雙重化配置，且與斷路器保護(hù)一一對應(yīng)。雙重化配置的保護(hù)之間沒有聯(lián)系，但2套智能終端之間有聯(lián)系。每套智能終端都設(shè)計了一個“閉鎖重合閘”硬壓板[3]，其功能是作為本智能終端的出口壓板閉鎖另外一套智能終端的重合閘。這樣2套保護(hù)的重合閘回路通過智能終端的 “閉鎖重合閘”壓板產(chǎn)生了聯(lián)系：當(dāng)保護(hù)A發(fā)出閉重信號后，會傳至對應(yīng)的智能終端A，智能終端A再通過“閉鎖重合閘”壓板傳輸給套智能終端B，再由智能終端B傳給保護(hù)B，最終保護(hù)B的開入“閉鎖重合閘”變“1”。所以智能變電站中如需退出單套保護(hù)的重合閘功能，除投入“禁止重合閘”控制字外，還需把“閉鎖重合閘”壓板退出，否則可能影響到另一套線路保護(hù)的重合閘功能。

3.3 分析及影響

智能變電站和傳統(tǒng)變電站的保護(hù)裝置，在保護(hù)原理上是基本相同的。但是若取消智能終端的“閉鎖重合閘”壓板，2套保護(hù)之間重合閘的配合會出現(xiàn)問題?！傲y(tǒng)一”規(guī)定，“停用重合閘”的功能是閉鎖線路的重合閘功能，即一套保護(hù)中“停用重合閘”控制字置“1”，任何故障會三跳閉重。如果一條線路重合閘是三重方式，保護(hù)A“停用重合閘”控制字置“1”，線路發(fā)生故障后，保護(hù)A動作，向智能終端A發(fā)三跳令，同時發(fā)閉鎖重合閘信號，智能終端A不重合；保護(hù)B動作，向智能終端B發(fā)三跳令，但保護(hù)B是三重方式，不會發(fā)閉重信號，智能終端B會重合開關(guān)?！巴Ｓ弥睾祥l”功能失效。智能變電站設(shè)置“閉鎖重合閘”壓板還有一個必要性，即手跳閉重。如果不設(shè)置“閉鎖重合閘”壓板，手跳一般通過第一套智能終端出口，當(dāng)保護(hù)整定為三重方式時，第二套保護(hù)會通過位置啟動重合閘，使重合閘動作，導(dǎo)致手跳失敗。且在智能終端處設(shè)置“閉鎖重合閘”硬壓板的根本原因是智能終端的雙重化，其閉鎖重合閘邏輯如圖2所示。

圖2 閉鎖重合閘邏輯圖

傳統(tǒng)變電站2套保護(hù)共用一套操作箱，任一保護(hù)使操作箱TJR或STJ動作，兩套保護(hù)的重合閘都會被閉鎖住，而智能變電站2套智能是獨立的，只能通過設(shè)置“閉鎖重合閘”硬壓板的方式，達(dá)到整個開關(guān)被閉重的目的。

4 結(jié)束語

本文通過分析智能變電站幾種新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用特點，與傳統(tǒng)站進(jìn)行橫向比較，以智能站對現(xiàn)場運維工作產(chǎn)生深刻的影響、變化為最終落腳點，使運行維護(hù)人員對智能站中若干關(guān)鍵技術(shù)有較為深刻的理解，也能為現(xiàn)場操作提供一定的幫助。

[1]袁宇波，卜強(qiáng)生，高 磊，等.智能變電站數(shù)字采樣延時特性分析與試驗[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37(24)：76-80，88.

[2]宋亮亮，汪 萍，袁宇波，等.雙重化配置線路保護(hù)的重合閘功能運行分析[J].江蘇電機(jī)工程，2014，33(01)：18-21.

[3]Q/GDW 393—2009 110(66)kV～220 kV智能變電站設(shè)計規(guī)范[S].

Comparison Between Smart Substation and Traditional Substation

MA Yi,ZHANG Juejin,QIAN Miaowang,HU Zhiyong
(State Grid Jiangsu Electric Power Maintenance Branch Company,Nanjing 211102,China)

The application of new technology involved became universal with the increasing production number of smart substation.Compared with the traditional substation,the smart substation owns some new IEDs (Intelligent Electronic Devices)such as electronic transformer,merge unit,intelligent terminal and network analyzer.The cable between the secondary devices was canceled and replaced by the network transmission packet consisting of the optical fiber,the process layer switch and the station control layer switch.The redundancy configuration of the secondary equipment was also different. The differences of secondary AC circuit,maintenance mechanism and reclosing circuit between traditional substation and smart substation were focused on by the article.It was also described that the new technology applied in the smart substation had a deep effect on the operation and maintenance on site.

smart substation;merge Unit;maintenance mechanism;reclosing

TM63

A

1009-0665（2016）06-0077-02

馬 義（1984），男，河北景縣人，工程師，從事繼電保護(hù)工作；

張鈺金（1987），男，江蘇揚中人，助理工程師，從事繼電保護(hù)工作；

錢苗旺（1982），男，江蘇連云港人，工程師，從事繼電保護(hù)工作；

胡志勇（1987），男，江蘇南通人，工程師，從事繼電保護(hù)工作。

2016-07-28；

2016-09-15