500kV智能化變電站繼電保護(hù)驗收要點分析

邵季飛++曲欣+李璐++王毅+葛琳朝

摘 要：智能化變電站是未來電力發(fā)展的趨勢，未來新建變電站主要是智能化變電站，常規(guī)變電站將逐漸退出電網(wǎng)建設(shè)，做好智能化變電站的研究和總結(jié)工作，將直接影響未來檢修和運(yùn)行工作水平。智能變電站驗收工作是驗證其能否滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)成功投運(yùn)的關(guān)鍵，將決定以后整個變電站的檢修及運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：500kV；智能化；繼電保護(hù)；驗收

自20世紀(jì)80年代開始，經(jīng)過30多年發(fā)展，國內(nèi)變電站繼電保護(hù)水平高速發(fā)展，目前已經(jīng)具備較高水平，實現(xiàn)了間隔層和站控層的數(shù)字化。智能化變電站在我國得到廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的必選手段。大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行也對變電站向電網(wǎng)高級功能應(yīng)用提供數(shù)據(jù)的支撐能力提出了更高的要求。國網(wǎng)河南省電力公司自2013年，新建變電站全部為智能化變電站，做好智能化變電站繼電保護(hù)裝置的驗收工作，對變電站日后的運(yùn)行與維護(hù)水平工作起到?jīng)Q定性作用。

智能化變電站不同于常規(guī)變電站，在數(shù)據(jù)傳輸、保護(hù)功能實現(xiàn)、二次接線等都發(fā)生了變化。如何在驗收過程中及時發(fā)現(xiàn)的存在的問題，以及驗收過程中的要點和難點，成為了繼電保護(hù)工作者新的課題。本文結(jié)合常規(guī)500kV GIS超高壓電流互感器、合并單元、智能終端和保護(hù)裝置進(jìn)行分析，找出繼電保護(hù)驗收工作中的要點，結(jié)合現(xiàn)場工作進(jìn)行分析找出對策，指導(dǎo)500kV智能化變電站繼電保護(hù)驗收工作。為500kV智能化變電站的送電，運(yùn)行及檢修等工作提供可靠保證，也為以后驗收工作提供參考。

一、繼電保護(hù)裝置的發(fā)展

繼電保護(hù)裝置發(fā)展經(jīng)歷了：繼電器式（機(jī)電式）、半導(dǎo)體式（晶體管式）、數(shù)字化變電站、微機(jī)式智能化變電站。隨著保護(hù)裝置的發(fā)展，保護(hù)實現(xiàn)的手段多樣化，保護(hù)的原理及判據(jù)也得到了完善和發(fā)展。

（一）繼電器式（機(jī)電式）

從繼電保護(hù)的基本原理上看，到本世紀(jì)20年代末現(xiàn)在普遍應(yīng)用的繼電保護(hù)原理基本上都已建立。

（二）半導(dǎo)體式（晶體管式）

20世50年代后，隨著晶體管的發(fā)展，出現(xiàn)了晶體管保護(hù)裝置。20世紀(jì)80年代后期，靜態(tài)繼電保護(hù)裝置由晶體管式向集成電路式過渡，成為靜態(tài)繼電保護(hù)的主要形式。

（三）微機(jī)式

20世紀(jì)90年代，微機(jī)保護(hù)已在大量應(yīng)用，主運(yùn)算器由8位機(jī)，16位機(jī)發(fā)展到目前的32位機(jī)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理器件由A/D轉(zhuǎn)換器，壓頻轉(zhuǎn)換器（VFC），發(fā)展到數(shù)字信號處理器（DSP）。這種由計算機(jī)技術(shù)構(gòu)成的繼電保護(hù)稱為數(shù)字式繼電保護(hù)，也稱微機(jī)保護(hù)。

（四）數(shù)字化及智能化變電站

智能化變電站的概念是在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)約的規(guī)范和技術(shù)發(fā)展，逐漸形成了智能化變電站。智能化變電站初期定義是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。經(jīng)過多年的運(yùn)行及維護(hù)經(jīng)驗，現(xiàn)在500kV智能化變電站多采用傳統(tǒng)的（常規(guī)）的一次設(shè)備，而在一次設(shè)備就地將各模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)行自能化變電站組網(wǎng)。

二、傳統(tǒng)微機(jī)式變電站與智能化變電站的區(qū)別

傳統(tǒng)微機(jī)式變電站和智能化變電站的主要區(qū)別在于傳統(tǒng)式微機(jī)保護(hù)裝置主要采集模擬量，經(jīng)裝置自身的A/D轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換并判據(jù)，同時開出、開入等采用模擬量相互連接，獨立運(yùn)行，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能化變電站將模擬量直接（智能化互感器、智能化開關(guān)等）或者間接（合并單位、智能終端在一次設(shè)備附近直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，各保護(hù)裝置根據(jù)各自的需要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行取用，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（一）采用傳統(tǒng)GIS設(shè)備的智能化變電站的特點

采用GIS設(shè)備的智能化變電站采用常規(guī)的電容式和電磁式互感器，采用普通電纜將電流、電壓模擬量送至合并單元，由合并單元轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，供保護(hù)裝置、測量裝置、監(jiān)控系統(tǒng)及故障錄波等裝置試用，稱為SMV（SV）量。這種智能化變電站的設(shè)計思路是目前新建智能化變電站采用最多的設(shè)計思路，同時也適應(yīng)敞開式設(shè)備。

（二）采用常規(guī)電磁式和電容式互感器及傳統(tǒng)GIS設(shè)備的優(yōu)缺點

這種方式可以提高一次設(shè)備的穩(wěn)定性和二次設(shè)備及保護(hù)裝置的可靠性，同時也為現(xiàn)有的傳統(tǒng)變電站的改造和升級提供了一種新的思路——在一次設(shè)備不變的情況實現(xiàn)智能化改造與升級。

（三）采用模擬量輸入和數(shù)字量輸出的合并單元

合并單元是智能化變電站的重要核心設(shè)備，變電站內(nèi)所有電流、電壓量通過合并單元轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，全站SMV（SV）量全部來自合并單元，其可靠性、精度、同步性等直接決定了整個二次系統(tǒng)的可靠性、精度及其穩(wěn)定性。因合并單位故障或不合格引起的保護(hù)誤動，在全國已發(fā)生多起，所以合并單元應(yīng)是驗收的要點。

（四）采用常規(guī)斷路器、刀閘與智能終端相結(jié)合的方式

智能變電站應(yīng)該使用智能一次設(shè)備，但除電子式互感器外，目前國內(nèi)外還沒有真正意義上的智能一次設(shè)備，一次設(shè)備的智能化仍需要通過一定的二次設(shè)備來轉(zhuǎn)化實現(xiàn)，一般采用智能終端的模式。

智能終端主要采集斷路器、刀閘的位置并上傳，保護(hù)、測控對斷路器、刀閘的分、和操作也通過智能終端對斷路器、刀閘等進(jìn)行操作。

智能終端采用雙重化配置，而斷路器的合閘線圈設(shè)計只有一個，無法實現(xiàn)一對一的完全獨立配置，所以防跳回路目前采用斷路器自身的防跳。

由于智能終端的采樣的準(zhǔn)確性、可靠性及收到保護(hù)跳閘或合閘指令后的出口時間關(guān)系到保護(hù)的可靠性和正確性。

所以智能終端的驗收不僅是要點，而且驗收難度大，與傳統(tǒng)變電站驗收項目存在一定的差異性。

三、智能化變電站繼電保護(hù)驗收要點

智能化變電站與傳統(tǒng)變電站驗收前的準(zhǔn)備工作大致一樣，主要是了解工程進(jìn)度、設(shè)備調(diào)試進(jìn)度、工程投運(yùn)計劃及各類材料的移交。通過比較分析，主要區(qū)別在于SCD（虛端子）、尾纖配線架（ODF）、合并單元、智能終端等是傳統(tǒng)變電站沒有，所以驗收前的準(zhǔn)備工作要點在于全站SCD文件及圖紙的移交及核對、合并單元、智能終端等裝置及項目的驗收。endprint

（一）各資料交接及要點

驗收前主要接受資料為：各保護(hù)裝置說明書、全站SCD文件、圖紙等。說明書為后期保護(hù)裝置、故障錄波、行波測距等各裝置的調(diào)試提供便利。全站SCD文件是各保護(hù)裝置、故障錄波、行波測距等各裝置連接的重點，類似傳統(tǒng)站的二次接線圖，是二次可靠性和正確性的基本保證和驗收重點。圖紙與現(xiàn)場是否一致，各標(biāo)簽是否正確的依據(jù)，也是后期維護(hù)和檢修的依據(jù)。

（二）全站SCD（虛端子）核對

全站SCD模型檢查是智能化驗收工作的第一步，也是對全站配置模型文件的一次全面檢查和驗收，可以提前發(fā)現(xiàn)錯誤、減少驗收過程中的重復(fù)和返工，為后期維護(hù)和檢修打下堅實基礎(chǔ)。全站SCD模型的正確與否關(guān)系的保護(hù)動作的正確性，與傳統(tǒng)微機(jī)式變電站的二次回路的功能和作用相似。如果，前期驗收未發(fā)現(xiàn)，在后期發(fā)現(xiàn)后需要修改，并重新下裝，之前所做全部工作需重新返工。

核對SCD模型應(yīng)先確定個設(shè)備直接的鏈接關(guān)系，每個裝置需要實現(xiàn)的功能及其輸入、輸出數(shù)據(jù)。對合并單位、智能終端、保護(hù)間及各裝置通道配置等SV、GOOSE虛端子鏈接圖進(jìn)行核對，以驗證變電站各裝置的各項功能是否完全，配置是否符合規(guī)范要求，鏈接是否滿足運(yùn)行需求。

SCD文件中的虛端子連接相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站的二次回路，是保護(hù)保護(hù)裝置間正確開入、開出的關(guān)鍵點，是保護(hù)裝置正確動作的基本保證。所以是驗收的要點。

（三）智能終端驗收要點

前面分析了與常規(guī)微機(jī)式變電站的區(qū)別，通過比較發(fā)現(xiàn)電流互感器及合并單元驗收要點如下：

防跳、三相不一致等回路驗收：由于配置問題，常規(guī)微機(jī)式變電站的防跳、三相不一致等采用操作箱實現(xiàn)的邏輯，智能化變電站采用就地配置，通過二次電纜及相關(guān)繼電器的配合實現(xiàn)，所以與常規(guī)變電站采用方式不一樣的二次回路應(yīng)是驗收要點。

智能終端主要是將開關(guān)位置、刀閘位置、彈簧儲能等信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，供保護(hù)、測量等裝置使用，同時接收保護(hù)跳閘等。所以，智能終端驗收也是驗收要點。

（四）電流互感器及合并單元的驗收

采用傳統(tǒng)的電流互感器的智能化變電站，從CT二次引出的任然為模擬量，通過電纜接入智能匯控柜通過合并單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，所以電流互感器的驗收工作與傳統(tǒng)變電站的驗收工作無差別，主要還是：極性、變比、伏安特性和10%的誤差曲線等驗收項目。

合并單元的驗收主要是與電流互感器的配合、裝置本身技術(shù)指標(biāo)是否符合規(guī)程規(guī)范的要求、主要性能是否符合規(guī)程規(guī)范的要求。要點主要是：

一、電源：1、拉合直流電源以及拔插熔絲發(fā)生重復(fù)擊穿火花時，裝置不應(yīng)誤輸出；直流電源回路出現(xiàn)各種異常情況（如短路、斷線、接地等）時，裝置不應(yīng)誤輸出。2、直流電源中斷20ms裝置不應(yīng)誤輸出。3、直流電源的正負(fù)極性顛倒，裝置無損壞，并能正常工作。

二、采樣誤差：1、采樣同步誤差應(yīng)不大于±1μS。2、同步信號消失后，至少能在10min內(nèi)繼續(xù)滿足4μS同步采樣精度要求。合并單元的同步性問題已經(jīng)在電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生過，所以對于同步性的檢查應(yīng)該是要點。

四、結(jié)論

綜上所述，智能化變電站驗收的要點主要是：SCD（虛端子）文件、智能終端、合并單元、網(wǎng)絡(luò)、光功率的驗收。隨著智能化變電站的運(yùn)行、維護(hù)、檢修工作的開展，在后續(xù)工作中暴露出來的新問題給運(yùn)行、維護(hù)帶來了諸多不便，如何在驗收工作中杜絕類似問題再次發(fā)生，將成為現(xiàn)場工作人員的研究重點。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊文柳.智能變電站技術(shù)在實際工程中的設(shè)計和應(yīng)用[C]//2010輸變電年會論文集.西安：西安高壓電器研究院，2010.endprint