關于智能變電站就地化保護方案的探討

黎月泰，王 龍

(國網寧夏電力有限公司 吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100)

0 引言

目前智能變電站大量的投入實現(xiàn)了站內信息數(shù)字化、規(guī)約統(tǒng)一化、操作及告警智能化、運行狀態(tài)可視化[1]，但普遍存在占地面積大、效率低、保護裝置類型及數(shù)量多、調試維護難度大等問題。特別是合并單元、智能終端和過程層交換機的投入，增加了大量接口設備，與保護測控裝置間還需要使用大量光纖配線架及長距離光纜建立連接，光口多發(fā)熱量大。雖然實現(xiàn)了二次系統(tǒng)的全站信息數(shù)字化，但過于復雜，信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性還需進一步驗證。如何減少設備體積，提高設備可靠性，降低運維成本與難度，成為亟需解決的問題。采用通用標準、易維護、實現(xiàn)統(tǒng)一采集信息、集中狀態(tài)監(jiān)測的就地化保護即可解決上述問題。

1 就地化保護的整體方案

就地化保護遵從IEC61850協(xié)議，保持“三層兩網”結構，站控層包括監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)通信網關機、數(shù)據(jù)服務器、綜合應用服務器等；間隔層包括繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波器、網絡分析裝置、站域保護裝置、就地化保護智能管理單元等；過程層設備包括各間隔智能組件等[2]。就地化保護采用電纜直采直跳，取消了合并單元、智能終端與過程層交換機的使用，功能集成于保護裝置內部，僅需中心交換機即可。保護裝置依然擁有GOOSE、SV組網的輸出功能，供故障錄波器、網絡分析裝置等使用。就地化保護的整體方案如圖1所示。

圖1 就地化保護的整體方案

2 就地化保護各間隔實施方案

2.1 線路保護方案

以220 kV線路雙重化配置就地化保護為例，其中單套線路就地化保護配置方案如圖2所示。

圖2 220 kV單套線路就地化保護配置方案

線路間隔包含線路保護裝置(雙套)、線路測控單元、母差子機(雙套)以及故障錄波子機。保護裝置集成合并單元、智能終端功能。每套保護裝置均具有完整主后備保護功能，并且采用電纜采集本間隔電流電壓、開關量信息，通過SV網絡發(fā)布本間隔電流、電壓數(shù)值信號[3-5]。采用電纜直接跳閘方式，通過GOOSE網絡發(fā)布跳閘等其他信號，并通過GOOSE網絡訂閱其他相關信號(啟動失靈、閉鎖重合閘)。

2.2 主變保護方案

220 kV主變保護由保護主機和子機組成，涉及變壓器高壓側、中壓側、低壓側、本體等，在高壓、中壓、低壓三側及本體處分別設置主變保護子機，本體處子機集成主機功能，再以環(huán)網的方式將主機與各子機連接。各側子機通過電纜采集電壓、電流、開關量，以電纜形式直接跳閘。主機包含所有保護功能及本體子機功能，主機通過環(huán)網采集數(shù)據(jù)進行邏輯運算，運算結果通過環(huán)網發(fā)送給子機。跨間隔信息通過GOOSE網收發(fā)。220 kV主變就地化保護配置方案如圖3所示。

圖3 220 kV變電站主變就地化保護配置方案

2.3 母線保護方案

220 kV母線保護涉及220 kV母線上所有線路間隔、母聯(lián)及變壓器間隔，依據(jù)間隔配置母差子機，每個子機通過電纜采集本間隔的交流量與開關量，再以環(huán)網形式與母差主機連接，通過主機下行信息方式經子機電纜執(zhí)行跳閘[6-8]。聯(lián)閉鎖信息(啟動失靈、失靈聯(lián)跳、遠跳閉重)通過GOOSE網傳輸。220 kV母差保護配置方案如圖4所示。

圖4 220 kV母差保護配置方案

2.4 就地化保護智能管理單元

智能管理單元是智能變電站就地化保護的核心裝置，是全站保護裝置的人機接口，可以實時展示全站間隔采樣、告警信息、定值參數(shù)及軟壓板信息。能夠完成參數(shù)修改、定值整定和軟壓板投退功能，實現(xiàn)全站保護配置的全壽命周期管理，對CID、CCD等文件進行備份，其信息調閱及發(fā)送通過MMS網傳輸。

3 效果評價

采用就地化保護的智能變電站與傳統(tǒng)智能變電站相比，其保護裝置與一次設備相鄰，采用就地端子箱安裝減去了匯控柜空調的安裝，無需通過監(jiān)控匯控柜溫濕度確定空調運行狀況，本間隔交流采樣與開入開出量均采用電纜傳輸?shù)姆绞剑玳g隔的信息(如閉鎖重合閘、啟動失靈等)通過GOOSE網傳輸。其優(yōu)勢在于采用就地化的方式縮短了電纜及光纜的距離，保護裝置與采樣和出口模塊的高集成度減少了保護裝置的數(shù)量，采用電纜采樣方式提高了可靠性，并且依舊保持智能變電站二次設備的全站數(shù)字化。

在數(shù)據(jù)信息處理分析方面，通過保護專網將信息上傳至智能管理單元，而無需在保護裝置上安裝液晶面板，其優(yōu)勢在于裝置不存在液晶花屏的故障，一定程度上降低了缺陷率，并且可以實時掌握全站的各種數(shù)字信息，修改參數(shù)信息等。就地化保護智能管理單元采用雙機雙網冗余配置，與監(jiān)控、遠動相關的采用IEC61850標準協(xié)議，也擁有很高的可靠性和通用性。

在二次回路方面，采用標準航空插頭接口的方式。就地化保護裝置的數(shù)據(jù)接口即插即用二次回路與傳統(tǒng)智能變電站連接方法相比簡便且不受光纖故障率高的影響，穩(wěn)定性更好。通過專用連接器，減少了回路的中間環(huán)節(jié)，提升可靠性與速動性，減少消缺故障查找范圍[9，10]。當開展檢修作業(yè)時，更加集中的調試現(xiàn)場，以及裝置故障更換時高度的通用性使得現(xiàn)場工作更加簡便，提高了人員工作效率，減少停電時間。

由于就地化采用無防護安裝的方式，裝置具有IP67高防護等級、抗電磁干擾能力強、散熱能力強的優(yōu)點。其室外安裝的模式相比于傳統(tǒng)智能站室內保護屏、室外匯控柜的模式，減小了繼電保護室的面積，加上一次GIS設備，使得變電站的占地面積更小。

4 結語

智能變電站采用就地化保護的方式可以真正實現(xiàn)全站信息集中監(jiān)控，設備狀態(tài)智能診斷。就地化充分結合了常規(guī)站與智能站的優(yōu)點，采用常規(guī)站電纜采樣跳合閘，采用SV、GOOSE組網與環(huán)網跨間隔連接，大量過程層設備的減少使得裝置間連接可靠，回路簡單。但就地化保護功能還需要實現(xiàn)裝置小型化、全密封機箱結構、便于整體安裝、拆卸及更換等基本要求。