基于功能縱向集成的無防護安裝就地化線路保護

摘 要本文針對當前智能變電站線路保護中存在的保護及運維方面的問題，設計了一種功能縱向集成的無防護安裝就地化線路保護技術方案。通過該設計方案，可直接縱向集成合并單元與智能終端，對終端功能起到良好的保護效果，并優化設備配置，減少保護時間，為站域保護提供數據采集與執行支撐。另外，本文還對其他關鍵技術進行了簡要分析。

【關鍵詞】線路保護 就地化保護 功能縱向集成 合并單元

目前，由于變電站中一次設備與二次設備間距離較遠，導致出現電流互感器（TA）飽和、多點接地以及電容放電等問題，數據之間也無法共享。而在智能變電站中，盡管上述問題得到了優化，但由于一些新型設備的安裝，造成信號傳輸以及保護采樣間環節增加，最終降低了保護的速動性、可靠性。對此，本文通過設計一種縱向集成合并單元與智能終端的保護技術，實現了無安裝防護的就地化線路安裝保護，提升了變電站的運行安全性與可靠性。

1 系統架構與設計

本文技術方案是基于SOC（system on chip）芯片技術，通過應用該技術，將合并單元、智能終端及線路保護全部集成到一起，減少保護時間，優化設備配置，還可支持戶外無防護安裝，并采用標準連接器，可即插即用。以220kV線路就地化無防護保護設計為例，通過采用雙重優化配置，使兩套保護線路之間相互獨立，并且每套保護線路的保護功能都較為完整，并可采用線路無防護安裝，將線路保護跳合閘硬壓板安裝在就近的控制柜內，為每一套線路配備獨立操作箱，進而完善跳合閘控制與電壓切換功能，可將其安裝在本間隔的就地控制柜內。

通過功能縱向一體化的設計理念，實現了以下三項功能：

（1）合并單元功能：包括采集模擬量、分析處理數據、計算采樣值等；

（2）對系統的邏輯運算、通信功能加以保護；

（3）智能終端保護功能，實現對開關量的開入、開出以及對通用對象的變電站的收發。

在該線路保護系統中，通過互感器直接進行采樣，可對本間隔的保護電流、保護電壓以及同期電壓直接采集。

2 功能縱向集成的技術設計

2.1 智能變電站線路保護系統分析

由于數據與信號經過每一個環節時，會有一定的延時現象，尤其是在合并單元處理中，延時可達到2ms，與以往相比，延時可能會達到7-8ms。另外，相關研究中設計了一種縱向集成裝置，板件包括AD板件、CPU板件、智能I/Q板件等。在該設計中，在縱向集成中減少了裝置SV與跳合閘的報文（GOOSE），但增加了重采樣、低通濾波等通信環節，每一個環節大約增加延時3-4ms。

2.2 基于功能縱向集成就地化線路保護的技術設計

本次基于功能縱向集成的就地化線路保護技術設計框架如圖1所示。該設計框架以智能變電站構架為基礎，縱向整合了系統架構中的線路保護、線路合并單元以及智能終端，將其集成在同一單板件內。有效縮短了數據的傳輸路徑，提高了傳輸效率與實時性，同時也實現了對采樣數據和控制資源的共享。但該設計方案對于系統的硬件設施也具有較高的要求，傳統系統架構中的單核CPU很難滿足使用要求，因此在該設計中采用了SOC芯片技術，有可編程的門陣列（FPGA）與多核CPU共同完成。

在該設計過程中，為了實現系統的獨立性功能要求，可合并單元、管理功能以及智能終端分別安置在多個CPU內，另外各個DSP在其功能差異上可在不同的時間段進行任務調度。對各CPU進行管理，完善裝置系統的各項功能，包括事件配置、錄波管理等。為了確保系統的保護邏輯計算功能、智能終端功能正常，將DSP1的任務調度周期設置為833us（1.2Hz），同理，為確保系統的保護啟動與合并單元功能，可將DSP2的兩個任務調度周期設置為833us，250us（4kHz）。在系統運行過程中，并根據中斷間隔情況高速采樣。最終通過該技術設計，可使線路保護動作達到正常水平，與之前相比減少約7-8ms延時時間。

綜上，本文基于功能縱向集成的無防護安裝就地化線路保護對智能變電站線路保護進行了改革，為未來智能變電站中一二次設備的融合奠定了基礎。

參考文獻

[1]周華良，汪世平，宋斌，鄒志楊，吳海，張洋洋. 就地化裝置硬件外特性的在線監測與診斷方法[J/OL].電力系統自動化，1-7（2017-10-09）.

[2]裘愉濤，王德林，胡晨，董新濤.無防護安裝就地化保護應用與實踐[J].電力系統保護與控制，2016，44（20）：1-5.

作者單位

梁嶼（1981-），男，山東省煙臺市人。工程師，變電站二次設計主責。研究方向為就地化無防護保護。

作者單位

煙臺東源送變電工程有限責任公司 山東省煙臺市 264000