智能變電站二次設備就地化防護技術

時凱揚

（河南許繼工控系統有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

二次設備就地化防護技術是目前智能變電站繼電保護的重要實現方案，在繼電保護的基礎上省略中間過程，使防護裝置與智能終端解除捆綁，直接使二次設備實現就地化防護，穩定實施對保護對象的迅速保護[1]。

1 智能變電站二次設備就地化防護基本原則

（1）母線保護是二次設備就地化防護技術改造的基礎，經過對母線保護裝置的改進，優化智能接口，實現在智能變電站不停電的情況下進行就地化技術優化。

（2）通過環網鏈接，將測控裝置、保護裝置連接在一起，實行環網內數據實時可靠傳輸；跨間隔保護系統通過分布式布置的方式配置并保護子機[2]。

（3）在二次設備徹底就地化的基礎上采用就地柜方式，可以大大縮短電、光纜長度，簡化二次回路，減少占地面積和建設面積。但是，由于設備可能在外部裸露環境下運行，對二次設備的器件和設計技術要求極高，所以需要在不同地區使用不同規格的設備。

2 智能變電站二次設備就地化防護設計關鍵技術

2.1 IP防護技術

受過去電力技術的限制，傳統二次設備防護裝置正面防護等級為IP40，背面防護等級為IP20，控制柜的防護等級應與防護裝置相同或更高。但控制柜防護等級提高后，不利于內部裝置的散熱，同時增加了二次設備的生產成本，因此控制柜的防護等級應不超過IP40。如果安裝裝置的控制柜本身能達到相應防護等級或更高的IP54防護等級，裝置的防護等級可維持現狀[3]。

2.2 二次設備可靠性設計

以就地柜的安裝設計為例，因部分控制柜安裝區域的外部環境較為惡劣，受干擾較多，從而影響內部裝置的正常運行，并縮短裝置的使用壽命。智能控制柜具有環境調節能力，能有效改善內部裝置受環境的影響，缺點是在智能控制柜功能發生異常，出現環境調節能力失效問題時，控制柜內部裝置的運行環境將更加嚴酷。就地柜的關鍵設計技術如下：（1）就地化裝置的低功耗，接口、處理器等裝置器件應選用低功耗器件，優化裝置算法；（2）就地化裝置的熱設計，應采用導熱性能佳的金屬材料，擴大散熱面積，提高散熱能力；（3）就地化裝置的電源，針對電源設計應以提高效率、降低自發熱為主；（4）就地化裝置的電磁兼容，就地化裝置接口優化，外部結構也采用密封性較高的金屬材料外殼，電源應具備防雷功能；（5）設備檢測技術，通過計算機與互聯網技術實現對就地化裝置的遠程檢測[4]。

2.3 功能一體化設計

在過去，許多一次設備制造商家將研究重點放在一次設備的優化上，對于二次設備很少關注，而二次設備的制造也以自身優化為主。智能變電站二次設備就地化，使一次設備與二次設備之間的聯系更加緊密，達到了一次設備與二次設備的一體化設計安裝。因此，一次設備與二次設備功能的整合成為設計的重點，如一次設備與二次設備的壽命不匹配，需要對二次設備的使用年限進行合理調整[5]。

3 網絡架構方案

3.1 三網合一架構

三網合一指的是MMS、SV、GOOSE的融合，在二次設備就地化裝置構架中，以PRP技術實現這一目的。使用站域保護、測控信息，以PRP協議通過網絡構架節點，提升三網合一架構的穩定性與安全性。在此基礎上，提升R7K設備與其他設備的安全性和穩定性，提高設備性能。

3.2 全RSR架構

在三網合一的基礎上采用全RSR架構。全RSR架構替代交換機，可有效降低網絡安全隱患。RSR環網架構具有功能較為獨立、設備檢修便利等優點，是二次設備就地化防護技術中的關鍵技術之一，可使網絡傳輸更加穩定、安全、高效。網采網跳、測控及MMS 這3個網絡層面相互獨立又互相聯系，交換機取消對就地化裝置運行無干擾。

3.3 方案對比

上述兩種方案都是在現有技術基礎上進行環網整合，其中全RSR環網架構方案是基于三網合一架構方案，增加了RSR接口，提高網絡架構的強度，降低交換機使用率。三網合一架構方案則減少了接口裝置，提高了網絡架構的強度。總體來說，三網合一架構方案與全RSR環網架構方案都可以采用，均可實現二次設備就地化防護的信息共享、設備獨立性與就地化防護要求。

4 預制艙防護方案

基于滿足電磁兼容、設備巡視、設備維護、裝置間連接牢固的原則，并在技術可靠的基礎上，采用預制艙防護方案。

4.1 預制艙防護技術優缺點

綜合來說，預制艙防護技術具備工作量小、建設效率高、建設周期短、維護環境等良好優點，同時卻也存在建設成本增加、建設空間有限等缺點[6]。

4.2 預制艙組成

預制艙是由艙體、內部設備、電磁屏蔽、防護屏等組件組成，由工廠生產、建設現場直接組裝調試而成，工作量小，建設效率高。預制艙內其余配套系統有消防、照明、空調、檢測傳輸和防靜電地板等設備系統，預制艙艙體較大，內部可放置多個柜體，可為周圍多個二次設備提供就地化防護安裝。

4.3 預制艙結構設計

根據不同地區當地環境的要求，預制艙應具備抗風、防雷、防地震等基礎要求；根據二次設備就地化防護安裝要求的不同，預制艙分為一體式和組裝式兩種，一體式艙體材料應為鋼質結構，電纜連接口應設置在艙體底部；組裝式艙體材料應為板材結構，安裝地應選擇平整的水泥地，提高艙體穩定性。預制艙的頂部結構應為脊頂，減少頂部壓力，提高使用壽命；預制艙應具備伸縮式吊裝設備，方便預制艙的安裝[7]。

4.4 預制艙材料與性能

預制艙使用壽命若低于二次設備就地化裝置，置換時會影響二次設備的運行。為保證預制艙的使用壽命，應采用鋼結構為整體結構，使用金邦板材料為艙體，聚氨酯與聚苯泡沫板為預制艙的隔熱材料。選材應具備環保、質輕堅韌、隔熱防火及耐寒等防護能力，并不低于IP55，延長預制艙的使用壽命不低于20年，保證預制艙的正常運行和維護。

5 結 論

本文基于智能變電站二次設備就地化防護原則，提出了IP防護技術、功能一體化設計等關鍵技術，并從網絡構架和預制艙兩個方面著手，詳細分析了就地化防護技術的可行性方案，均適用于智能變電站二次設備就地化防護，可提高就地化防護通信數據的穩定性、安全性與可靠性，縮減設備數量、擴大安裝空間，使二次設備就地化安裝、后期維護更加方便、可靠。