500kV變電站智能化改造的關鍵技術

陳國陽　張曉俊

【摘? 要】伴隨著社會經濟的快速發展，電網負荷的不斷增加，用戶對供電可靠性要求不斷提高，我國的智能化變電站建設也進入了快速發展時期。結合500kV變電站智能化改造工程實際，對智能變電站建設中所遇到的常見問題提出了實際解決方案。

【關鍵詞】智能電網;智能變電站;智能終端;合并單元

在我國，智能電網是社會、經濟和技術發展的必然結果。[1]智能化變電站則是整個智能電網發展的關鍵，智能變電站是指采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，同時具備支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能。[2]變電站實現智能化的方式無非是新建與改造兩種，而我國在已建立較為成熟可靠電網的基礎上，通過對常規變電站的改造來實現智能化成為智能化變電站建設的主要方式。在智能化技術日益完善的過程中，不同的設計不同的施工方案利弊存在爭議。下面根據500kV智能化改造中的實際情況，從保護測控裝置應用、光纜敷設等幾個方面對常見問題對智能變電站改造的實施方案進行討論。

一、智能化改造工程簡介

500kV變電站一次接線方式為：500kV 采用進線-變壓器組接線方式，2回進線各帶1臺主變，配電裝置為單母線分段接線，6回出線。

本次智能化改造工程采用站控層雙網配置，GOOSE（generic object oriented substation event）、SV（sampled value）采用的是點對點模式。具體的改造部分為：兩條500kV進線開關配置了國電南自PSMU602合并單元裝置和國電南自PSIU621智能終端;主變保護由原深圳南瑞ISA系列裝置更換為兩臺國電南自PST671U雙配置主變保護（保測一體）裝置;主變增加了進線合并單元國電南自PSMU602與智能終端國電南自PSIU621一體裝置，自投裝置由原ISA裝置更換為將備自投功能和智能終端一體化的國電南自PSIU641裝置。改造后設備均走IEC61850規約，出線及電容器保護不做更換，僅更新保護程序，也走IEC61850規約。本工程改造部分均采用直采直跳方式，即采樣值直接由合并單元送至相應保護裝置，保護直接接至開關智能終端跳閘。分段備投采樣是就地接入裝置，其中分段保護跳閘（跳進線開關）采用的是電纜直跳方式，備投閉鎖信號采用的是GOOSE方式。

二、智能化保護設備應用

1.設備采樣流程

變電站光學互感器受溫度等環境因素影響較大，精度難以保證。現階段智能化變電站改造中經常采用傳統互感器經合并單元有模擬量轉化為數字量的方式。站改造即為這種方式，改造后二次側模擬量接入PSMU602合并單元，電流、電壓采樣經過合并單元打包成IEC61850-9-2報文傳送給雙配置的兩套保護裝置與測控裝置。經過合并單元打包送給每套裝置的采樣里電流、電壓均為兩組（俗稱雙AD采樣），保護裝置收到雙AD的采樣，其中一組AD采樣用于保護啟動用，另外一組用于保護動作。當兩組AD采樣不同時，保護裝置會因雙AD采樣不一致而報警，同時閉鎖相應保護。合并單元發出的IEC61850-9-2報文中的采樣值為一次值，由保護采樣裝置需根據設定變比一次值調整為二次值，但變比的設定需在配置文件內進行，這樣一來一次設備發生改變時用戶無法通過定值設定更改，只能由廠家通過程序設定，建議此項設定與定值相關聯，方便用戶更改。

關于對時問題，差動保護的采樣同步是通過合并單元實現的，合并單元外部通過光B碼對時或者合并單元本身程序采用插值法同步方式進行采樣同步送給保護裝置，以滿足主變高中低采樣的一致性。B碼實際是IRIG（Inter Range Instrumentation Group）碼的一種。IRIG-B碼是由美國靶場司令委員會制定的一種時間標準，共有4種并行二進制時間碼格式和6種串行二進制時間碼格式，是將時鐘源的時間信息經過編碼，利用專用的傳輸媒體將其傳送至各個時鐘信息的接收端，[3]其中最常用的是IRIG-B時間碼格式。裝置時間對時采用是IEC61850-8-1規定的SNTP（Simple Network Time Protocol），即簡單網絡時間協議網絡校時服務。SNTP屬于TCP/IP協議族，是一種基于軟件協議的同步方式。但是SNTP對時的精度是秒級的，這種對時只是提供保護測控等裝置和后臺的SOE（Sequence Of Event）提供時間用的，采樣值的同步不可以采取此種對時方式。

2.采樣異常問題

保護裝置的軟壓板中有一系列MU（Merging Unit）投入軟壓板。只有投入相應側的MU壓板，保護才能采集到相應側的采樣，相應合并單元未接入的MU壓板必須“退出”，否則若保護檢測到采樣值異常而閉鎖保護。例如，假設35kV側開關采樣值未經光纖接入主變保護，則相應35kV側電流、電壓的MU壓板應為“退出”狀態。同時保護裝置監測每個通道里自身攜帶采樣的幅值與采樣的品質，當采樣品質不好的時候（光纖損耗過大都可能造成采樣品質異常），保護裝置中裝置異常節點閉合同時閉鎖保護。設備運行中一旦出現光纖斷線的情況，保護將受閉鎖而退出，保護將發“裝置報警”信號。調試中發現存在兩個問題，一是當光纖衰耗在臨界值附近（光纖接收靈敏功率為≤-33dBm）時，保護功能可能會在“投入”與“退出”間切換，這種情況下調試中保護可以動作，但由于高頻率的動作復歸，會影響后備保護的出口時間。因此調試中應特別注意保護動作的出口時間，施工中應密切關注所有光纖的健康。二是此報警信號過于籠統，當采樣異常時裝置面板上并未給出具體報警內容。

三、光纜的敷設與維護問題

智能化變電站中大量的光纖網絡代替由控制電纜組成的二次回路，光纖傳輸可從根本上解決回路的抗干擾問題;網絡通信技術的應用，使得通信線的數量約等于設備數量，這樣一來智能變電站的二次接線大幅度簡化。但光纖網絡也存在自身弱點，光纜、光纖自身防護能力差、抗拉能力差，防火能力差，怕擠壓、怕小動物咬傷。同時光纜、光纖彎曲半徑不能過小，這種特殊性要求在光纜敷設中還要留有一定的余度，因此給施工帶來很大難度。針對以上問題，施工中應將光纜與二次電纜分開，宜采用專用槽盒進行敷設，在穿入保護屏的關鍵位置用金屬軟管進行保護，不但最大程度減小光纖受外力破壞的可能性，有效保護光纖健康，防止光纖出現故障將保護閉鎖，又可保證美觀。

四、結論

本文討論了變電站智能化改造中的幾個實際問題，對智能保護裝置采樣等相關問題提出了建議，光纖故障時的保護閉鎖應引起特別注意。針對光纖比較脆弱的問題，文章建議采用光纜槽盒加金屬軟管來有效保護光纜、光纖。GOOSE跳閘設計改為傳統電纜跳閘時可能產生寄生回路，造成安全隱患。以上問題都在文中進行了討論，并給出了解決的方法。

參考文獻：

[1]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網技術綜述[J].電網技術，2009，（8）.

[2]張沛超，高翔.智能變電站[J].電氣技術，2010，（8）.

[3]于鵬飛，喻強，鄧輝.IEEE1588 精確時間同步協議的應用方案[J].電力系統自動化，2009，33（13）.