變電站就地化保護(hù)樁設(shè)計(jì)方案探析

丁麗平 韓付申

摘 要：隨著信息技術(shù)和變電站二次設(shè)備生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得智能化變電站建設(shè)變?yōu)榭赡?。本文從就地化保護(hù)樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性入手，對(duì)就地化線路保護(hù)、主變保護(hù)、母差保護(hù)和保護(hù)智能管理單元實(shí)施方案展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：變電站;就地保護(hù);設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）21-0171-02

智能變電站構(gòu)成智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，可以進(jìn)行就地?cái)?shù)字化、跨地區(qū)的數(shù)據(jù)信息共享，二次控制回路設(shè)置比較簡(jiǎn)單，不再需要配置較長(zhǎng)的二次控制電纜。當(dāng)前，智能變電站的設(shè)計(jì)多采用三層兩網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，在功能控制邏輯方面主要是由站控層、間隔層和過(guò)程層，以及網(wǎng)絡(luò)控制裝置構(gòu)建而成。站控層是由于工控機(jī)和操作員站、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和輔助設(shè)施等構(gòu)成。間隔層則是由測(cè)量、保護(hù)、計(jì)量和測(cè)控等多個(gè)二次控制子系統(tǒng)構(gòu)成。過(guò)程層為智能控制終端和合并單元等構(gòu)建而成，可以實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的功能，還能完成電氣數(shù)據(jù)的采集、電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和發(fā)出控制指令。

1 變電站就地化保護(hù)樁設(shè)計(jì)的必要性

智能變電站在建設(shè)和使用過(guò)程中存在的問(wèn)題被突顯出來(lái)，主要體現(xiàn)在智能變電站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，智能控制終端和合并單元對(duì)數(shù)據(jù)處理存在著較為嚴(yán)重的延時(shí)，繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間比普通變電站要多出7～8毫秒。如果合并單元出現(xiàn)故障，則會(huì)造成較大范圍的電氣故障，SV網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)有著較大的依賴(lài)性。數(shù)據(jù)交換裝置數(shù)量較多，需要進(jìn)行較為繁重?cái)?shù)據(jù)交互工作，如果出現(xiàn)故障則會(huì)增加建設(shè)資金和后期維護(hù)成本。過(guò)程層的配置比較繁瑣，控制設(shè)備的安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)需要較大的工作量，改擴(kuò)建工程對(duì)技術(shù)有著較高的要求。

采用就地化保護(hù)技術(shù)可以有效的處理好上述問(wèn)題，對(duì)智能變電站的建設(shè)和推廣起到了促進(jìn)作用，并為其提供了可靠的技術(shù)支持。就地化保護(hù)技術(shù)，可臨近一次電力設(shè)備進(jìn)行安裝和設(shè)置，利用電纜就可以完成運(yùn)行狀態(tài)的采集并控制距閘操作，不再采用過(guò)程層中的合并單元及智能終端裝置，有效簡(jiǎn)化了中間傳輸環(huán)節(jié)。采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信接口可以滿(mǎn)足就地保護(hù)裝置即插即用的要求，通過(guò)工廠化預(yù)制的手段進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行集中調(diào)試，模塊化的設(shè)計(jì)可以為安裝維護(hù)提供便利，從而提高了變電站的工作效率，縮短停電檢修時(shí)間。采用一體化的設(shè)計(jì)方式，可以把間隔功能進(jìn)行高度地集成，使得繼電保護(hù)裝置小型化，避免采用太多的控制設(shè)備，有效地減小了電力設(shè)備缺陷率。

2 就地化保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

智能變電站就地化保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)方式緊湊小巧，便于安裝維護(hù)和拆卸。對(duì)外部數(shù)據(jù)接口應(yīng)用電連接器及光纖連接器，應(yīng)用預(yù)制電纜及光纜實(shí)現(xiàn)與外部的連接。每個(gè)電連接器可以通過(guò)光纖連接裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)有物理防誤插保護(hù)手段，從連接器的對(duì)接方向、不同連接器相互間可以避免出現(xiàn)誤插問(wèn)題。保護(hù)裝置采用金屬密封方式，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67的性能要求?？梢栽诹阆?0℃到零上70℃內(nèi)正常工作。有著較強(qiáng)的電磁兼容性能，電場(chǎng)強(qiáng)度可以達(dá)到每米19千伏，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到1130微特。該保護(hù)裝置有著較強(qiáng)的抗振動(dòng)性能，設(shè)計(jì)有防跌落保護(hù)結(jié)構(gòu)，沖擊和碰撞性能可以達(dá)到規(guī)定要求。

3 就地化保護(hù)樁具備的性能特點(diǎn)

智能變電站采用就地化保護(hù)樁，可以更好地提供技術(shù)支持，該裝置具有如下多種優(yōu)點(diǎn)：（1）采用單間隔就地化線路保護(hù)方式，有效地降低了保護(hù)采樣時(shí)間，簡(jiǎn)化了跳閘信號(hào)傳輸步驟，會(huì)常規(guī)變電站保護(hù)動(dòng)作時(shí)間減少了7～8毫秒。（2）不再采用GOOSE虛擬端子、間隔合并單元等，使得智能變電站的配置工作量大幅降低。（3）采取跨間隔就地保護(hù)方式，可以利用雙向環(huán)網(wǎng)技術(shù)來(lái)保證數(shù)據(jù)信息的冗余備份，每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)通信產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)的正常通信不會(huì)受到影響，具有較高的可靠性。（4）采用GOOSE及SV的收發(fā)方式，可以為變電站保護(hù)裝備提供準(zhǔn)確的控制，還具備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集處理功能。（5）對(duì)光纜和電纜的接線進(jìn)行了優(yōu)化，減少了接線的工作量。就地化保護(hù)樁和常規(guī)智能變電站保護(hù)性能對(duì)比如表1所示。

4 就地線路保護(hù)實(shí)施方案

針對(duì)智變電站實(shí)際情況，可以制定出有針對(duì)性的就地線線路保護(hù)實(shí)施方案：（1）采用間隔內(nèi)功能縱向集成的設(shè)計(jì)理念，對(duì)智能終端和合并單元的功能進(jìn)行了集成。（2）線路保護(hù)有著全面的主備保護(hù)設(shè)計(jì)，雙重線路可以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置。（3）利用模擬量電纜進(jìn)行信號(hào)采樣，可以對(duì)同期電壓、間隔保護(hù)電流、電壓進(jìn)行采集處理。利用SV網(wǎng)絡(luò)來(lái)輸出間隔電流、電壓數(shù)值。（4）采取電纜直接跳閘保護(hù)方式，利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)輸出跳閘動(dòng)作信號(hào)，也可以接收其它保護(hù)裝置的運(yùn)行信號(hào)，比如，閉鎖重合閘信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)等。（5）可以利用電纜來(lái)接收斷路器的運(yùn)行信息。（6）設(shè)置有SV及GOOSE過(guò)程層具備的數(shù)據(jù)輸出功能，可以為變電站區(qū)域提供可靠地保護(hù)，數(shù)據(jù)采集頻率為4千赫茲。（7）縱聯(lián)通道設(shè)計(jì)為2路不同的路由信號(hào)通道。

5 就地化主變實(shí)施方案

為了更好地對(duì)主變器進(jìn)行保護(hù)，需要采取如下實(shí)施方案：（1）就地化主變實(shí)施檔案主要是由主機(jī)以及各個(gè)子機(jī)來(lái)共同組成。兩者之前主要是通過(guò)HSR環(huán)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接收。保護(hù)主機(jī)主要是由系統(tǒng)整體的保護(hù)功能、對(duì)外管理功能以及系統(tǒng)子機(jī)整體的功能組成，通過(guò)HSR來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)網(wǎng)各種采樣數(shù)據(jù)以及開(kāi)關(guān)量的接收，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的邏輯運(yùn)算。最終還會(huì)通過(guò)HSR來(lái)將運(yùn)算的結(jié)果發(fā)送到各個(gè)子機(jī)上，并充分利用GOOSE網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)跨間隔開(kāi)關(guān)量的收發(fā)。保護(hù)子機(jī)的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)間隔模擬量、開(kāi)關(guān)量的及時(shí)采集，并對(duì)出口形成保護(hù)。最終采集的信息會(huì)利用HSR來(lái)實(shí)現(xiàn)到主機(jī)的傳送，而主要發(fā)送的開(kāi)關(guān)量等信號(hào)則主要是應(yīng)用在出口。（2）針對(duì)子機(jī)可以充分利用電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)直接采樣或者可以采取電纜直接跳閘等幾種方式，應(yīng)該合理的使用電纜連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)合理的處理裝置接受的斷路器位置，而且必須要采取GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其他咬牙裝置之間啟動(dòng)一級(jí)閉鎖等信號(hào)的傳輸。（3）要保證主機(jī)與子機(jī)之間都具備SV以及GOOSE編程共口輸出功能，這樣站域等保護(hù)就能夠?qū)崿F(xiàn)良好的應(yīng)用，將其采樣率設(shè)置為4kHz，充分利用GOOSE組網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)子機(jī)與其他保護(hù)之間的信息交互。（4）保護(hù)裝置的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)不會(huì)依賴(lài)這對(duì)外部的實(shí)時(shí)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

需要特別注意的是，主變保護(hù)主機(jī)、子機(jī)之前充分利用環(huán)網(wǎng)通信能夠進(jìn)一步提升可靠性，如果其中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在通信中斷現(xiàn)象的時(shí)候，整個(gè)環(huán)網(wǎng)的通信仍可以保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而且還能夠充分結(jié)合變電站的整體規(guī)模實(shí)現(xiàn)對(duì)子環(huán)網(wǎng)的進(jìn)一步劃分，這樣就能夠讓環(huán)網(wǎng)整體的傳輸流量得到進(jìn)一步的控制，傳輸?shù)脑Ａ恳材艿玫竭M(jìn)一步提升，后續(xù)的拓展也更加方便。

6 就地化母差保護(hù)實(shí)施方案

（1）充分結(jié)合互感器接入方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)母線保護(hù)的設(shè)計(jì)，并利用電纜直接采樣、電纜直接跳閘的方式。（2）通過(guò)積木式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)母線保護(hù)的設(shè)計(jì)，則整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)主要通過(guò)基礎(chǔ)保護(hù)系統(tǒng)以及多個(gè)擴(kuò)展的保護(hù)系統(tǒng)來(lái)共同組成，并以基礎(chǔ)保護(hù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)出星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（3）要保證基礎(chǔ)保護(hù)系統(tǒng)以及各個(gè)擴(kuò)展保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在8個(gè)不同的間隔中的靈活連接，在間隔中的各個(gè)系統(tǒng)的具體分布狀況主要是充分結(jié)合工程實(shí)際的施工狀況，讓設(shè)備的生產(chǎn)廠商來(lái)實(shí)現(xiàn)提前設(shè)置。（4）基礎(chǔ)保護(hù)系統(tǒng)的主要作用就是要在8個(gè)間隔中實(shí)現(xiàn)對(duì)各種模擬量以及開(kāi)關(guān)量的實(shí)施采集，并針對(duì)相應(yīng)的間隔來(lái)完成具體的分相跳閘出口工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯功能、智能管理單元接口、過(guò)程成網(wǎng)絡(luò)通信接口功能等的保護(hù)。（5）擴(kuò)展保護(hù)系統(tǒng)的主要作用是針對(duì)8個(gè)間隔實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量以及模擬量的及時(shí)采集，并作為對(duì)應(yīng)間隔的分相跳閘出口。（6）保護(hù)、擴(kuò)展系統(tǒng)可以便捷地輸入電壓、電流模擬信號(hào)，每個(gè)區(qū)段母線電壓可以單獨(dú)進(jìn)行間隔接入，保護(hù)、護(hù)展系統(tǒng)相互間可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)連接。（7）保護(hù)、擴(kuò)展系統(tǒng)以共口模式進(jìn)行SV、GOOSE數(shù)據(jù)信息傳輸。（8）保護(hù)、擴(kuò)展系統(tǒng)具備過(guò)程層共口數(shù)據(jù)傳輸能力，可以變電站區(qū)域提供其它的保護(hù)，采樣頻率設(shè)置為4千赫茲。（9）聯(lián)鎖保護(hù)信息可以利用GOOSE通信網(wǎng)進(jìn)行傳輸。

7 就地化保護(hù)智能管理單元

該功能單元可以通過(guò)人機(jī)界面來(lái)展示出就地化保護(hù)裝置的運(yùn)行信息，具備監(jiān)視診斷、數(shù)據(jù)備份、參數(shù)設(shè)置和界面展示等功能，可以與不同廠商生產(chǎn)的保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)兼容，主要有功能有：（1）界面展示?？梢韵蛴脩?hù)展示就地保護(hù)的模擬量向量、序分量計(jì)算，顯示出保護(hù)裝置的負(fù)荷情況，為維護(hù)管理人員提供檢查提供便利。（2）數(shù)據(jù)備份。為了保證數(shù)據(jù)信息的安全，可以對(duì)保護(hù)設(shè)備參數(shù)信息進(jìn)行備份，文件主要有CID、工程參數(shù)等。（3）監(jiān)視診斷。結(jié)合就地保護(hù)樁上傳的報(bào)警信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，對(duì)保護(hù)裝置運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合數(shù)據(jù)信息的改變趨勢(shì)進(jìn)行故障報(bào)警，還可以采集到溫度、電壓、光口強(qiáng)度等，會(huì)以圖形方式體現(xiàn)出來(lái)。

8 結(jié)語(yǔ)

隨著繼電保護(hù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以把智能化變電站就地化保護(hù)樁作為基礎(chǔ)，建立起三網(wǎng)合一的電網(wǎng)架構(gòu)。需要結(jié)合變電站規(guī)模，確定出最合理的保護(hù)配置方案，保證智能變電站可以安全、可靠地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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