關(guān)于智能變電站二次電壓網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)的探索

關(guān) 鵬，趙忠勇

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

關(guān)于智能變電站二次電壓網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)的探索

關(guān) 鵬，趙忠勇

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，因此智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。但在智能變電站運(yùn)行過程中，時(shí)常會(huì)發(fā)生由于母線合并單元裝置故障導(dǎo)致多套保護(hù)裝置二次失壓的現(xiàn)象，以致保護(hù)部分功能喪失、遙測(cè)無法正常監(jiān)測(cè)，甚至保護(hù)不正確動(dòng)作等嚴(yán)重后果。以智能站二次電壓網(wǎng)絡(luò)為入手點(diǎn)，探尋改進(jìn)方案，強(qiáng)化薄弱環(huán)節(jié)，使智能站二次回路更加合理、可靠。

智能變電站；過程層；二次電壓

0 引言

智能變電站的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了二次系統(tǒng)過程層模擬量和開關(guān)量的信息共享化，使得單一信息體可被多個(gè)設(shè)備采集并利用。但從繼電保護(hù)可靠性能方面來說，多個(gè)設(shè)備同時(shí)獲取同一信息的配置方案最大的缺點(diǎn)便是源側(cè)設(shè)備的不可替代性，如母線合并單元、過程層交換機(jī)等。此類源側(cè)設(shè)備一旦故障，將會(huì)影響多臺(tái)設(shè)備甚至整個(gè)同電壓等級(jí)的二次設(shè)備。從智能變電站日常維護(hù)中設(shè)備缺陷的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)里可以發(fā)現(xiàn)，由于母線合并單元裝置故障導(dǎo)致多套保護(hù)裝置二次失壓的現(xiàn)象屢見不鮮，以致保護(hù)部分功能喪失、遙測(cè)無法正常監(jiān)測(cè)，甚至保護(hù)不正確動(dòng)作等嚴(yán)重后果。為此，必須尋找合理的改進(jìn)方案來弱化母線合并單元對(duì)整個(gè)過程層網(wǎng)絡(luò)的影響，從而達(dá)到提高繼電保護(hù)可靠性的目的。

1 現(xiàn)行智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)分析

對(duì)于現(xiàn)行智能站過層程網(wǎng)絡(luò)，以單套配置的雙母線接線單線路為例，線路間隔設(shè)置合并單元1臺(tái)，用于轉(zhuǎn)發(fā)本間隔模擬量；母線間隔配置合并單元1臺(tái)，用于轉(zhuǎn)發(fā)母線電壓互感器傳變的二次電壓模擬量。母線合并單元輸出的二次電壓信號(hào)級(jí)聯(lián)至線路合并單元，線路合并單元將經(jīng)過電壓切換后的電壓數(shù)據(jù)輸出至間隔層各個(gè)設(shè)備（線路保護(hù)、母線保護(hù)、測(cè)控、故障錄波器、PMU等）。以上過程可參見圖1所示。

該配置方案在實(shí)際運(yùn)行中得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于線路保護(hù)、母線保護(hù)等保護(hù)裝置，級(jí)聯(lián)后的電壓數(shù)據(jù)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳輸，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕粚?duì)于測(cè)控、故障錄波器、PMU、電度表等設(shè)備，母線電壓以網(wǎng)絡(luò)采集形式進(jìn)行傳輸，最大限度地實(shí)現(xiàn)了信息共享，同時(shí)減少了合并單元輸出端口，降低了設(shè)備功耗及故障率。該配置方案同時(shí)適用于電磁式互感器和電子式互感器，因此對(duì)一次設(shè)備的兼容性也較好。

與此同時(shí)，此方案的缺點(diǎn)也顯而易見。無論互感器的選型是電磁式互感器或電子式互感器，無論過程層網(wǎng)絡(luò)中電壓量采集型式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)采集，過程層設(shè)備中始終保持母線合并單元的單一輸出源，即母線合并單元是母線電壓互感器與間隔層設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉屑~設(shè)備。一旦母線合并單元發(fā)生故障，則數(shù)據(jù)傳輸全部中斷。在220 kV及以上系統(tǒng)中，繼電保護(hù)裝置及合并單元、智能終端雙重化配置，若A套（B套）母線合并單元發(fā)生故障，則該電壓等級(jí)系統(tǒng)中所有間隔A套（B套）設(shè)備失壓，只能依靠另一套裝置來實(shí)現(xiàn)全部功能；在110 kV及以下系統(tǒng)中，各間隔合并元單套配置，若母線合并單元發(fā)生故障，則該電壓等級(jí)所有間隔層設(shè)備全部失壓，導(dǎo)致除差動(dòng)保護(hù)外所有速動(dòng)保護(hù)元件（距離保護(hù)、方向保護(hù)）全部閉鎖。

圖1 單套配置的雙母線接線單線路圖

2 過程層二次電壓網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)方案

通過對(duì)現(xiàn)行過程層網(wǎng)絡(luò)的分析，可以明確其薄弱環(huán)節(jié)在于母線合并單元。若要達(dá)到強(qiáng)化其薄弱環(huán)節(jié)的目的，可從分散設(shè)備功能和簡(jiǎn)化設(shè)備邏輯兩方面入手。

2.1 方案一

方案一：增設(shè)母線合并單元在現(xiàn)行配置方案中，單套母線合并單元同時(shí)采集2段母線電壓，并在單裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)電壓并列功能，通過1個(gè)光纖輸出端口同時(shí)將2段母線電壓傳輸至間隔合并單元或過程層SV網(wǎng)絡(luò)。在此結(jié)構(gòu)上對(duì)單套合并單元進(jìn)行強(qiáng)化，可以增設(shè)1臺(tái)母線合并單元，如圖2所示。使原先單套合并單元變?yōu)殡p套合并單元，每臺(tái)合并單元各自采集1段母線電壓，同時(shí)2臺(tái)合并單元點(diǎn)對(duì)點(diǎn)級(jí)聯(lián)并修改合并單元程序，利用硬開入實(shí)現(xiàn)并列功能。與此配合，將原先1個(gè)輸出端口輸出2段母線電壓改為1個(gè)輸出端口輸出1段母線電壓，對(duì)應(yīng)的間隔合并單元及間隔層設(shè)備增設(shè)1個(gè)采集端口，在只增加1臺(tái)裝置的情況下將每個(gè)端口的數(shù)據(jù)傳輸量減半，既可以降低單通道數(shù)據(jù)流量，又分散了單裝置故障情況下的影響面積。

圖2 單套合并單元變?yōu)殡p套合并單元

例如，某220 kV變電站220 kV系統(tǒng)設(shè)8條出線，其中4條出線接入I母，另4條出線接入II母。此時(shí)I母A套母線合并單元故障，在運(yùn)維人員和檢修人員未到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前，由于設(shè)備故障而引發(fā)的保護(hù)閉鎖只會(huì)影響到接入I母的4條出線，而不會(huì)影響到接入II母的4條出線，故障間隔減少一半。運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，只需要將接入I母的4條出線倒接至II母，則所有出線電壓采集均恢復(fù)正常，大大減少故障時(shí)間。而常規(guī)配置下需要檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后緊急處理故障的I母A套合并單元，待故障裝置恢復(fù)正常后各線路方能恢復(fù)正常。

2.2 方案二

方案二：簡(jiǎn)化合并單元邏輯，增設(shè)電壓并列裝置。合并單元從硬件上看實(shí)際為模擬量轉(zhuǎn)發(fā)裝置，其裝置內(nèi)部設(shè)有AC插件、A/D插件、CPU插件、光纖接口插件等，每個(gè)插件均是較精密的電子元器件構(gòu)成，若工藝稍差則會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備壽命。加之過程層設(shè)備安裝在室外，運(yùn)行環(huán)境較差，設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生。若以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃阅転槟康?，使用傳統(tǒng)的電壓并列裝置，同時(shí)部分電壓通道用電纜替代光纜，可否達(dá)到預(yù)期目的。

仍以現(xiàn)行配置方案為基本結(jié)構(gòu)，在母線電壓互感器與母線合并單元之間增設(shè)1套傳統(tǒng)電壓并列裝置，如圖3所示。由電壓并列裝置實(shí)現(xiàn)電壓切換和電壓并列，將切換后電壓利用二次電纜接入各個(gè)間隔及母線合并單元。間隔合并單元AC插件增設(shè)電壓通道以采集傳統(tǒng)的電壓模擬量，母線合并單元取消輸出至各間隔合并單元的級(jí)聯(lián)通道，只輸出至過程層SV網(wǎng)絡(luò)，供測(cè)控、網(wǎng)分、故障錄波器、PMU等網(wǎng)絡(luò)采集設(shè)備使用。

圖3 電壓并列裝置實(shí)現(xiàn)電壓切換和電壓并列

此方案旨在弱化母線合并單元功能，利用傳統(tǒng)回路的可靠性替代過程層設(shè)備的靈活性。在此配置下若母線合并單元故障，只會(huì)影響到遙測(cè)及部分安全自動(dòng)裝置（備自投、低周保護(hù)）的功能，而對(duì)保護(hù)無任何影響。

3 現(xiàn)行過程層網(wǎng)絡(luò)與改進(jìn)方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

以上敘述的兩個(gè)方案均可降低母線合并單元在故障時(shí)對(duì)各間隔設(shè)備的影響，但都有各自的缺點(diǎn)。通過對(duì)改進(jìn)方案和現(xiàn)行方案進(jìn)行比較，衡量各之所長(zhǎng)，以達(dá)到各種情況下的最優(yōu)選擇。

3.1 現(xiàn)行配置方案與改進(jìn)方案一的對(duì)比

改進(jìn)方案一與現(xiàn)行方案相比，優(yōu)點(diǎn)在于減小故障面積和縮短故障時(shí)間。尤其是當(dāng)備品備件不足時(shí)，方案一較現(xiàn)行方案有著明顯的可靠性。但由于增設(shè)設(shè)備，相應(yīng)的端口、光纜也隨之增加，總體成本及功耗也增加，對(duì)于110 kV及以下智能變電站來說意義不大。但對(duì)于220 kV雙母接線智能站來說，方案一大幅增加了過程層設(shè)備的可靠性能，而且在檢修人員處理故障設(shè)備過程中，仍可保持繼電保護(hù)雙重化，不存在單套保護(hù)運(yùn)行情況，極大地提高了繼電保護(hù)可靠性。

3.2 現(xiàn)行配置方案與改進(jìn)方案二的對(duì)比

改進(jìn)方案二與現(xiàn)行方案相比，優(yōu)點(diǎn)在于弱化了保護(hù)裝置對(duì)母線合并單元的依賴，從而提高了繼電保護(hù)可靠性，但此方案違背了智能變電站信息共享一體化的原則，不利于日后過程層網(wǎng)絡(luò)升級(jí)后的信息共享，且該方案只適用于電磁式互感器，對(duì)于采用電子式互感器的智能變電站并不適用。另外，對(duì)于智能站母線保護(hù)而言，傳統(tǒng)電壓回路需要接至母線保護(hù)裝置，而一般數(shù)字化母線保護(hù)并不設(shè)AC插件，實(shí)現(xiàn)起來較困難。因此，該方案適用于110 kV及以下采用常規(guī)電磁式互感器的智能變電站，在不增加過多設(shè)備的情況下最大限度地提高過程層網(wǎng)絡(luò)的可靠性能。

4 總結(jié)

通過上文的探索分析，尋找到兩條改進(jìn)路線：一是將單一數(shù)據(jù)源進(jìn)行分散，使源側(cè)設(shè)備具有可替代性；二是弱化精密設(shè)備的邏輯功能，利用更粗放但是更耐用的繼電器設(shè)備替代電子設(shè)備，從而降低源側(cè)設(shè)備故障的影響度。然而以上思路若需運(yùn)用在實(shí)際中，還需要更多討論研究，無論從設(shè)備軟件程序方面、硬件配置方面還是回路構(gòu)成方面都需要進(jìn)行很大改進(jìn)。本文只是從思路方面提出設(shè)想，日后將進(jìn)一步細(xì)化甚至提出相關(guān)程序方案。

Improvement of Smart Substation Secondary Voltage Network

GUAN Peng,ZHAO Zhongyong

(State Grid Linfen Power Supply Company of SEPC,Linfen,Shanxi 041000,China)

Smart substation is the key component part of smart grid, thus, the safe and stable operation of smart substation is quite important. During the operation of smart substation, secondary voltage loss of protective equipment usually occurs due to bus merging unit fault so that serious consequences, like protection malfunction and failed remote monitoring etc. are unavoidable. Smart substation secondary voltage network is thus taken as the research point tomake secondary circuit more reasonable and reliable.

smart substation;process level;secondary voltage

TM63;TM76

B

1671-0320（2016）02-0060-03

2015-11-03，

2016-01-21

關(guān) 鵬（1985），男，山西臨汾人，2008年畢業(yè)于華東交通大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作；

趙忠勇（1970），男，山西臨汾人，1992年畢業(yè)于華北電力學(xué)院繼電保護(hù)及自動(dòng)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作。