基于GE保護裝置的數字化變電站實現

劉華輝

摘 要 本文主要是從工程實際角度對GE微機保護裝置在電力系統中的應用作介紹。從實際應用出發比較了基于Modbus協議與IEC61850協議兩種協議下站內PSCADA系統對保護裝置的操作異同點，同時也為以后數字化變電站的實現提供更進一步思路。

關鍵詞 智能繼電器；網絡化保護；數字化變電站；IEC61850

中圖分類號 TM6

文獻標識碼 A

文章編號 1674-6708（2016） 154-0087-01

隨著社會發展，電力在人們生活中越來越有著舉足輕重的作用，對電力系統的保護特別是輸配電系統的保護至關重要。伴隨通訊科學技術日新月異的發展和繼電保護技術的高速發展，在繼電保護原理完善的同時，構成繼電保護裝置的元件也發生了巨大的變革。繼電保護裝置經歷了電磁式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理器式等不同的發展階段。與此同時繼電保護系統也在向測控一體化，網絡化方向發展。

1 概述

目前，在建城市軌道交通線路大多采用傳統保護、測控裝置，各保護測控裝置間采用串口、現場總線或工業以太網進行組網，所有裝置只能與主控管理單元通信，裝置見無法實現數據交換。GE微機保護裝置，采用基于IEC61850功能的數字選跳保護，在全國軌道交通領域開始大量投入使用，諸如已經投運的北京地鐵機場線、北京地鐵4號線、北京地鐵昌平線，亦莊線、房山線、沈陽地鐵一號線、沈陽地鐵二號線、蘇州地鐵一號線、廣州地鐵6號線等等幾十條軌道交通線路，均采用了GE微機保護裝置。

在這里對數字化變電站的功能描述還是借用傳統意義上“四遙”概念。所謂“四遙”一一是“遙測、遙信、遙控、遙脈”技術的簡稱，“遙測”是指利用電子技術遠方測量集中顯示諸如電流、電壓、壓力、溫度等模擬量的技術，“遙信”是指遠方監視電氣開關和設備、機械設備的工作狀態和運轉情況狀態等，“遙控”是指遠方控制電氣設備及電氣化機械設備的分合起停等工作狀態，當前意義上的“遙脈”是指對保護裝置中存儲的電度、功率數值的讀取。目前已有部分軌道交通線路（北京地鐵亦莊線、昌平線、房山線lOkV供電線路微機保護，廣州地鐵6號線、長沙地鐵2號線、以及在建的長沙軌道交通1號線和東莞地鐵R2線項目）已經采用這一新技術。

另外，數字化變電站除了滿足“四遙”，實現無人值守功能，另一方面就是繼電保護系統，作為保護一次設備的微機保護系統是數字化變電站的重要組成部分。

2 保護功能及實現方式

GE保護配置方案中所采用的產品均具有IEC61850通信技術，站內所有35kV保護產品構成IEC61850的數據共享平臺。所有涉及柜間的邏輯閉鎖采用二次電纜閉鎖的同時又采用了通信閉鎖，提高了35kV供電系統的可靠性。因為如果完全依靠硬線連接進行信息傳遞時，無法監視硬線連接狀態，如遇端子排松動等問題則降低了保護可靠性。采用IEC61850的IED裝置也會使得跳閘時間更短，切除故障時間更短，能更好的滿足繼電保護中關于速動性要求，擴展了速動性含義：1）不僅僅是保護本身具有速動性；2）裝置在第一時間做出反應，并能快速動作切除故障。

微機保護裝置和PSCADA之間的信息交互也是數字化變電站另外一個重點。GE微機保護裝置在這方面經歷了十年的發展，由之前的UCA2.O到現在的IEC61850，走在了行業的前列。

最新的IEC61850標準又加入了水電站、風力發電廠的節點定義從而進一步擴展了標準的應用范圍。IEC61850以節點的形式對保護裝置（LLNO、LPHD）進行定義，同樣微機保護裝置的各個功能模塊（PIOC、PTOC、MMXU1、XCBR、GGI01等等）也以統一名稱格式進行定義，這樣不同廠家保護裝置之間形成了無縫鏈接，使得裝置間互操作、信息共享成為現實。在裝置生成ICD文件后，提交給變電站自動化廠家，由自動化廠家將ICD文件加入到SSD文件中，最后生成SCD文件，這樣也就完成了裝置和PACADA之間的身份識別，有了身份識別以后，信息交互才能順利完成。

以東莞地鐵為例，35kV系統進出線斷路器配置GE公司UR系列微機數字通信保護F35和微機光纖差動保護L30；饋線（配電變，整流變，負荷開關）、母聯斷路器配置微機綜合保護裝置F650。對于母聯，F650不僅完成相應保護，而且通過其靈活方便的PLC編程來完成母聯備自投功能。各開關柜本體保護由微機保護裝置實現，柜間的聯跳、閉鎖功能以及之間的信息交互由裝置自帶61850功能實現，IEC61850方案基于GOOSE平臺的數據傳輸功能，各裝置見的閉鎖和聯鎖邏輯不再需要二次回路接線，而且各類保護啟動信息和故障信息等均可實現實時的共享。為滿足各裝置間通信的需要，該交換機須與GE保護配套，其與PSCAA系統接口分界點應在35kV裝置組網交換機的通信口外側。