繼電保護重載通信設(shè)備和光纜治理研究

鄧 舒

(福建永福電力設(shè)計股份有限公司,福建 福州 350003)

0 引言

近年來,電網(wǎng)朝著高壓及超高壓方向發(fā)展,隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展,對電網(wǎng)控制與管理的要求也越來越高。作為智能電網(wǎng)的一項關(guān)鍵技術(shù),繼電保護對于電網(wǎng)的安全運行有著重要的意義。 光纖電流差動保護的簡單性和可靠性,使其成為高壓和超高壓線路保護的主要方式,逐漸取代傳統(tǒng)的高頻距離保護方式。

隨著光纖電流差動保護大力推廣,通信設(shè)備和光纜承載保護業(yè)務(wù)數(shù)量急劇增加,承載繼電保護數(shù)量8套及以上,屬于重載設(shè)備或光纜。 根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司關(guān)于印發(fā)《國家電網(wǎng)有限公司安全事故調(diào)查規(guī)程》的通知:220 kV 以上系統(tǒng)中,一條通信光纜或同一廠站通信設(shè)備(設(shè)施)故障,導(dǎo)致8 條以上線路出現(xiàn)一套主保護的通信通道全部不可用。 這種事件為六級設(shè)備事件,嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全生產(chǎn)和運行[1]。 因此,文章提出有效重載的治理方法,降低重載通信光纜和設(shè)備的風(fēng)險,降低電網(wǎng)運行的風(fēng)險。

1 繼電保護配置

1.1 繼電保護類型

220 kV 以上線路保護設(shè)備主要采用高頻距離保護和光纖差動保護。 高頻距離保護是反應(yīng)故障點至保護安裝地點之間的距離,根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。 光纖差動保護是利用光纖通道對比兩側(cè)斷路器流入電流等于流出電流,產(chǎn)生差流達到保護定值即動作[2]。 高頻距離保護原理簡單,動作可靠,但不能實現(xiàn)全線快速保護,而光纖差動保護可實現(xiàn)全線快速保護,且保護動作高效和可靠。

1.2 繼電保護通信通道

220 kV 以上線路保護應(yīng)采用雙重化配置,每套線路保護裝置應(yīng)具備雙通道接入能力,原則上應(yīng)采用光纖通道。 光纖通道在繼電保護業(yè)務(wù)系統(tǒng)中主要采用專用芯保護通道和2 M 復(fù)用保護通道[3]。 專用芯保護通道是利用專業(yè)光纜纖芯直連在帶光口的繼電保護設(shè)備,避免復(fù)用保護裝置經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而引發(fā)設(shè)備故障風(fēng)險。 2 M 復(fù)用保護通道是通過傳輸設(shè)備的2 M 接口提供保護切換,由于中間多增加光電轉(zhuǎn)換裝置和傳輸設(shè)備,增加故障點,提高纖芯使用利用率。 通道傳輸示意如圖1 和圖2 所示。

圖1 專用芯保護通道連接示意

圖2 2 M 保護通道連接示意

2 繼電保護業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

2.1 重載光纜和設(shè)備計數(shù)原則

通信傳輸設(shè)備或光纜故障,通信通道中斷,造成220 kV 及以上繼電保護業(yè)務(wù)中斷,計數(shù)1;通信傳輸設(shè)備或光纜故障,通信通道中斷,不會造成220 kV 及以上繼電保護業(yè)務(wù)造成業(yè)務(wù)中斷,不計數(shù);承載繼電保護數(shù)量8 套及以上,屬于重載設(shè)備或光纜[4]。

2.2 繼電保護業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

以福建省為例,福建省繼電保護業(yè)務(wù)通道基本采用專用纖芯或者2 M 通道,光纖化率達到100%,繼電保護設(shè)備端口主要以單口模式,部分保護設(shè)備采用AB 口。

2.2.1 重載光纜現(xiàn)狀

福建全省承載220 kV 及以上繼電保護業(yè)務(wù)光纜情況統(tǒng)計如表1 所示。 500 kV 線路重載光纜最嚴(yán)重。

表1 福建全省承載220 kV 及以上繼電保護業(yè)務(wù)光纜情況統(tǒng)計

2.2.2 重載設(shè)備現(xiàn)狀

福建全省承載220 kV 及以上繼電保護業(yè)務(wù)設(shè)備情況統(tǒng)計如表2 所示。 省級傳輸設(shè)備重載問題最嚴(yán)重。

表2 福建全省承載220 kV 及以上繼電保護業(yè)務(wù)設(shè)備情況統(tǒng)計

3 繼電保護重載原因

3.1 光纜資源受限

目前,省內(nèi)500 kV/220 kV 變電站基本有2 回出線,但每回出線上只架設(shè)1 根OPGW 光纜,每條500 kV/220 kV 線路保護需要至少2 條獨立通信路由,這就導(dǎo)致除了需要開通直達光纜路由,還需要組織1路迂回的通信通道作為保護通道。 由于電力光纜建設(shè)依附于電網(wǎng)網(wǎng)架,光傳輸設(shè)備組網(wǎng)依附于現(xiàn)有光纜資源,光纜資源不足,造成光傳輸網(wǎng)絡(luò)受限,傳輸設(shè)備在開通保護通道時受限。 因此,傳輸設(shè)備造成重載問題,同時也導(dǎo)致光纜重載。

3.2 電網(wǎng)網(wǎng)架受限

根據(jù)《國調(diào)中心、國網(wǎng)信通部關(guān)于印發(fā)國家電網(wǎng)有限公司線路保護通信通道配置原則指導(dǎo)意見的通知》,對于50 km 以上長輸電線路,保護通道采用2 M 復(fù)用保護通道;對于50 km 及以下短線路,保護通道采用專用光纖芯或2 M 復(fù)用保護通道。 由于電網(wǎng)網(wǎng)架制約,傳輸組網(wǎng)受限,500 kV 線路保護第二迂回路由需要開通在多臺傳輸設(shè)備上,造成傳輸重載問題。

3.3 繼電保護裝置選型受限

目前,福建省內(nèi)220 kV 以上保護設(shè)備采用單口模式占比98%以上,保護設(shè)備不具備冗余能力,連接通信通道(光纜或傳輸)故障導(dǎo)致保護業(yè)務(wù)中斷,造成單口繼電保護裝置退出運行。 8 條以上單口繼電保護裝置承載在同一根光纜或同一設(shè)備上,就造成設(shè)備或光纜重載。

3.4 繼電保護通道方式選擇不合理

對于地區(qū)220 kV 線路長度小于50 km,保護通信通道可以采用專用芯或2 M 復(fù)用保護通道。 在選擇保護業(yè)務(wù)通道時,2 套保護業(yè)務(wù)都采用2 M 復(fù)用保護通道,這就加重了傳輸設(shè)備承載保護業(yè)務(wù)數(shù)量,造成設(shè)備重載。

3.5 其他

由于用戶電廠接入,用戶電廠的光傳輸設(shè)備的數(shù)量不同步于電網(wǎng)的光傳輸設(shè)備,開通繼電保護業(yè)務(wù)時,只能接在光傳輸設(shè)備上,造成設(shè)備承載保護業(yè)務(wù)不均衡,產(chǎn)生設(shè)備重載問題。

4 繼電保護重載治理思路

4.1 豐富光纜網(wǎng)架

針對舊線路,多回線路只架設(shè)單根光纜時,通過電網(wǎng)技改項目將另一回的光纜架設(shè)上,或者隨著電網(wǎng)基建項目對舊線路開斷建設(shè)項目,同步將光纜補建上。

新投產(chǎn)線路,220 kV 及以上線路和重要110 kV 線路雙地線均建設(shè)為OPGW 光纜,兩個站之間多回線路,建議隨線路工程架設(shè)OPGW 光纜,豐富光纜網(wǎng)架資源,減少繼電保護業(yè)務(wù)迂回路由的通道,同時減少重載設(shè)備及光纜的情況。

4.2 優(yōu)化傳輸網(wǎng)絡(luò)

梳理電力通信網(wǎng)的現(xiàn)狀,220 kV 及以上變電站傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時,兩站之間具有2 根光纜(相同電壓等級的2 根光纜或不同電壓等級的2 根光纜)情況時,不同網(wǎng)絡(luò)組織2 個光路將2 根光纜同時利用,便于繼電保護通道開通,實現(xiàn)傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)靈活配置。

分析全網(wǎng)現(xiàn)有的保護業(yè)務(wù)通道路由,優(yōu)化2 M 復(fù)用保護通道,以最短路徑為主配置方式。 同時,構(gòu)建保護專網(wǎng)能夠緩解部分設(shè)備重載問題。

4.3 繼電保護雙口改造

繼電保護裝置具備A、B 兩個接口,由站內(nèi)不同通信傳輸設(shè)備提供通道。 根據(jù)《國調(diào)中心、國網(wǎng)信通部關(guān)于印發(fā)國家電網(wǎng)有限公司線路保護通信通道配置原則指導(dǎo)意見的通知》要求:“500 千伏及以上雙通道線路保護所對應(yīng)的4 條通信通道應(yīng)配置3 條獨立的通信路由(簡稱‘雙保護、三路由’)”“220 千伏雙通道線路保護所對應(yīng)的4 條通信通道應(yīng)至少配置2 條獨立的通信路由,通道條件具備時,宜配置3 條獨立的通信路由”和“新建220 kV 及以上變電站應(yīng)依據(jù)遠期規(guī)劃出線規(guī)模,按照‘雙保護、三路由’配置原則,測算線路保護通道需求數(shù)量,合理配置通信設(shè)備和光纜,確保線路保護通道配置滿足運行要求?！?/p>

4.4 優(yōu)化繼電保護通道方式

針對50 km 以下輸電線路,在光纜纖芯富裕(保護業(yè)務(wù)使用后纖芯>8 芯)情況下,優(yōu)先采用專用芯+2 M 通道要求;在光纜纖芯緊張(保護業(yè)務(wù)使用后纖芯≤8 芯)情況下,采用2 M+2 M 通道要求可以緩解設(shè)備重載問題。

5 繼電保護重載治理方案

5.1 新建保護專網(wǎng)

梳理現(xiàn)網(wǎng)傳輸設(shè)備承載保護業(yè)務(wù)情況,得到通信設(shè)備重載情況,在重載站點配置新的傳輸設(shè)備,利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源,構(gòu)建一張保護專用子網(wǎng),用于分擔(dān)已有通信設(shè)備的保護業(yè)務(wù),從而降低通信設(shè)備重載問題。 構(gòu)架保護專網(wǎng),只能緩解通信設(shè)備重載問題,無法從根本上解決重載問題。

5.2 優(yōu)化光纜網(wǎng)架

可酌情結(jié)合停電檢修窗口及技改項目,對地線開展OPGW 光纜更換工作,只要新建OPGW 與現(xiàn)有OPGW 參數(shù)一致,通常情況可以直接架設(shè),無須改造桿塔。 對參數(shù)不一致的情況,需對光纜和桿塔進行配合驗算,一般對于年代較近的桿塔,由于技術(shù)資料齊全,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高,改造OPGW 光纜工作簡單,費用低或無須改造;對于年代較遠的桿塔,技術(shù)資料不完備,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,桿塔可能無法驗算,就需要更換桿塔,造成OPGW 光纜工作量大,費用高。

地線改造OPGW 光纜,增加光纜資源,豐富站間線路保護通道資源,繼電保護的2 套保護裝置提供2 條直達路由,減少迂回路由和環(huán)節(jié),提高了繼電保護通道的可靠性。 同時,這還可以解決單一斷面帶寬不足、光纜纖芯資源緊張等問題,提高骨干通信網(wǎng)業(yè)務(wù)可靠性。

5.3 保護設(shè)備改造

分析現(xiàn)有220 kV 及以上變電站繼電保護裝置,各站點裝置分為以下2 種情況:(1)兩個站點的保護裝置具備A、B 接口,通信通道只開通單口。 (2)兩個站點的保護裝置具備單接口,通信通道只開通單口。

第一點情況改造方式,220 kV 以上線路具備3 條獨立通信路由,將原有A、B 口啟用,通道配置方式如表3 所示。

表3 A、B 口通道配置方式

第二點情況改造方式,將單接口的繼電保護裝置

220 kV 線路具備兩條獨立通信路由,啟用原有A、B 口,通道配置方式如表4 所示。更換成具備雙接口的繼電保護裝置,具備3 條獨立通信路由,通道配置如表3 所示,如通道只具備2 條獨立通信路由,通道配置如表4 所示。

表4 A、B 口通道配置方式

雙接口的繼電保護裝置可以提高線路保護通道接入保障能力,降低受單光纜或單設(shè)備故障而造成保護裝置中斷的概率,從本質(zhì)上降低光纜和傳輸設(shè)備重載問題。

6 結(jié)語

本文根據(jù)分析電網(wǎng)線路保護重載光纜和設(shè)備現(xiàn)狀,提出繼電保護重載治理思路和解決方案,降低通信通道重載風(fēng)險,避免單光纜或設(shè)備故障或檢修造成多條繼電保護業(yè)務(wù)同時中斷,構(gòu)架保護專網(wǎng),用于緩解設(shè)備重載問題。 多回線路進行地線改造OPGW 光纜,豐富電網(wǎng)光纜資源,同時積極進行雙接口繼電保護裝置改造,從根本上解決通信光纜和通信設(shè)備重載問題,從而保證智能電網(wǎng)的快速、安全、穩(wěn)定運行。