淺談智能變電站的幾個重要概念

賴傳通

（國網江西省電力公司檢修分公司 江西南昌 330006）

淺談智能變電站的幾個重要概念

賴傳通

（國網江西省電力公司檢修分公司 江西南昌 330006）

結合智能變電站規程規范及事故案例介紹了三層兩網、直采直跳、檢修處理機制、間隔SV壓板、二次回路數字化等概念。

三層兩網；直采直跳；智能變電站

1 概述

隨著電網的快速發展、新技術的廣泛運用，投運的智能變電站越來越多，快速熟練掌握智能變電的特點、性能對于變電運維人員是一個巨大的挑戰。本文結合智能變電站規程規范及實際運維經驗介紹了智能變電站的幾個重要概念，對智能變電站的運維工作有一定的參考意義。

2 三層兩網

智能變電站自動化系統采用開放式分層分布結構，由三層兩網構成[1]。三層指的是站控層、間隔層、過程層；兩網指的是作為站控層與間隔層通訊媒介的站控層/間隔層網絡及作為間隔層與過程層通訊媒介的過程網絡。圖1所示為某500kV智能變電站三層兩網結構圖。

站控層主要由主機、操作員站、遠動通信裝置、保護故障信息系統子站等設備構成，提供站內運行的人機界面，實現管理控制間隔層、過程層設備等功能，形成全站監控、管理中心[1]。

間隔層由保護、測控、計量、錄波等二次子系統組成，提供間隔層五防功能、匯總過程層實時數據信息、保護及控制一次設備等功能[1]。

過程層是由合并單元、智能終端等構成，完成與一次設備相關的功能，包括實時電氣量的采集、設備運行狀態的監測、控制命令的執行等[1]。

站控層/間隔層網絡主要傳輸MMS報文（四遙信息及故障錄波報告等）和GOOSE報文（測控聯閉鎖信息等）。220kV及以上變電站站控層/間隔層網絡一般采用雙重化星型以太網絡，雙網同時工作，任一網絡故障或癱瘓不影響另一網絡的正常功能。110kV及以下變電站站控層/間隔層網絡一般采用單星型以太網絡。

過程層網絡主要傳輸GOOSE報文和SV報文。雙重化配置的保護裝置分別接入各自獨立的GOOSE網絡和SV網絡，單套配置的測控裝置等通過獨立的數據接口接入雙重化網絡，對于PMU、電度表等僅接入SV采樣值單網。

3 直采直跳

保護應直接采樣，對應單間隔的保護應直接跳閘，涉及多間隔的保護（母線保護）宜直接跳閘[2]。工程實際為了保證可靠性和快速性的要求，單間隔保護和涉及多間隔的保護均采用直接采樣、直接跳閘方式。所謂直接采樣即保護裝置通過專用光纖連接到合并單元進行交流采樣；所謂直接跳閘即保護裝置通過專用光纖連接到智能終端進行跳、合閘命令傳輸。

雖然保護裝置的直采直跳大大降低了保護對過程層網絡交換機的依賴性，但是過程層網絡交換機的網絡風暴等問題使得保護正確動作依然存在較大的安全隱患。為進一步降低保護對過程層網絡交換機的依賴性，繼電保護裝置與本間隔智能終端之間通信采用GOOSE點對點通信方式[2]。工程實際中，多數智能變電站在保護裝置的直跳專用光纖中還傳輸智能終端發送給保護裝置的開關量，如開關位置、閉鎖重合閘信號、TJR信號及母差保護用的刀閘位置等。采用這種組網方式，過程層網絡交換機故障只會影響失靈保護及主變保護的解除復合電壓閉鎖等功能。

圖1 某500kV智能變電站三層兩網結構圖

4 檢修處理機制[3]

智能變電站的合并單元、智能終端及保護裝置等均設有一塊置檢修壓板，其投退含義與常規站有很大的不同。下面根據報文方式的分類逐一介紹其處理機制。

4.1 MMS報文檢修處理機制

當裝置檢修壓板投入后，其上送的MMS報文中的檢修測試位置位。客戶端根據上送MMS報文中的檢修測試位判斷報文是否為檢修報文。當判斷為檢修報文時，報文內容不顯示在簡報窗中、不發出告警音響，但刷新畫面、保證畫面的狀態與實際相符合。

4.2 GOOSE報文檢修處理機制

當裝置檢修壓板投入后，其發送的GOOSE報文中的檢修測試位置位。GOOSE接收裝置將GOOSE報文中的檢修測試位與自身的檢修壓板狀態進行比較，只有兩者一致時才將該報文作為有效報文進行處理。

4.3 SV報文檢修處理機制

當合并單元投入置檢修壓板后，其發送的SV報文中的檢修測試位置位。SV接收端裝置將SV報文中的檢修測試位與自身的檢修壓板狀態進行比較，只有兩者一致時才將該報文用于保護邏輯。對于狀態不一致的信號，接收端裝置仍會計算和顯示其幅值。

需要特別說明的是，級聯的合并單元輸出其轉發的SV報文時，不會改變被轉發報文的檢修測試位的狀態，即被轉發報文的檢修測試位與轉發報文的合并單元置檢修壓板投退無關。以主接線為220kV雙母線接線為例：若母線電壓合并單元投入置檢修壓板，線路間隔合并單元置檢修壓板未投入，則線路間隔合并單元輸出的報文中轉發母線合并單元報文的檢修測試位為1，而本間隔電流及同期電壓等報文的檢修測試位為0。

5 誤操作間隔SV壓板可能導致保護誤動作

智能變電站倒閘操作的重大危險點之一是軟壓板的投退，而風險最高的就是間隔SV壓板的投退。間隔SV壓板只能在保護退出或者一次設備停電的情況下才能操作，否則保護可能誤動。保護正常運行且一次設備未停電時退出間隔SV壓板，則該SV數據退出保護的邏輯運算。由于一次設備電流平衡，而差動保護因間隔SV壓板退出的間隔電流不參與差流計算導致差流大大增加，最終很可能導致差動保護動作。在實際的運維工作中因為誤操作SV壓板導致保護跳閘的事故有很多，以某500kV智能變電站224開關轉檢修更換224合并單元為例具體闡述此類拒動邏輯。該站220kV部分主接線為雙母雙分段，母線配置雙套母差保護。為配合分段開關224合并單元聯調，220kV母線A套差動保護已退出。聯調工作結束后，在恢復220kV母線A套差動保護正常運行時，運維人員先退出母線A套差動保護“投檢修”壓板，在投入各間隔的“GOOSE發送軟壓板”和“間隔SV軟壓板”時，母線A套母差保護動作。該事故中運維人員在母線未停電且母線A套母差保護功能壓板及出口壓板均已投入的情況下操作“間隔SV軟壓板”，導致母線差動保護出現差流而跳閘。

當差動保護范圍內的某支路或某側的一次設備轉檢修時，其相應的間隔SV壓板應退出，否則可能導致保護拒動。以某500kV智能變電站L1線及5041、5042轉檢修為例具體闡述此類拒動邏輯。運維人員在L1線轉檢修的倒閘操作時漏退L2線雙套保護的5042電流SV壓板，L2線雙套保護將5042電流納入其邏輯運算，因5042開關一次電流為零，故保護仍正常運行。但當檢修人員投入5042A、B套合并單元置檢修壓板后，L2線雙套保護因檢修不一致而被閉鎖。定檢期間，L2線發生故障，雙套保護因被閉鎖而未動作，最終由相鄰線路的后備保護動作切除故障，導致該站500kV系統失壓。

圖2 某500kV智能變500kV系統失壓前主接線圖（500kV部份）

6 二次回路數字化

智能變電站通過光纖取代了傳統站的大量電纜，使得二次回路數字化，大大簡化二次回路，更有利于設備的維護。智能變電站內無單獨的電壓并列裝置和電壓切換裝置，其功能分別在母線合并單元、線路合并單元中實現。合并單元根據采集的刀閘及開關的位置通過軟件計算來實現電壓并列及切換功能，避免了電壓互感器反充電的風險。

7 保護裝置外部對時異常不影響保護功能

保護裝置失去外部時鐘源時，由于保護裝置內部一般都設有掉電不停計時的實時時鐘，保護裝置通過內部時鐘可以統一各側交流采樣的時標，故保護裝置不依賴于外部對時系統實現其保護功能[2]。裝置對時異常主要影響網采數據的時標，如測控裝置的測量不準確等，其缺陷定性為一般缺陷[5]。

8 總結

智能變電站與傳統變電站存在很大的差異，運維人員應加強對規程規范及新設備、新技術的學習，提高運行維護水平，確保電網安全穩定運行。

[1]《330～750kV智能變電站設計規范》（Q/GDW 394-2009）[S].北京：國家電網公司，2010.

[2]《智能變電站繼電保護技術規》（Q/GDW 441-2010）[S].北京：國家電網公司，2010.

[3]IEC 61850工程繼電保護應用模型（Q/GDW 396-2009）[S].北京：國家電網公司，2010.

[4]李瑞生，李燕斌，周逢權.智能變電站功能架構及設計原則[J].電力系統保護與控制，2010，38（21）：24～27.

[5]國家電網公司繼電保護和安全自動裝置缺陷管理辦法（國網（調/4）527-2014）[S].北京：國家電網公司，2014.

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1004-7344（2016）23-0114-02

2016-8-2