智能變電站改造過(guò)程中的一種母差保護(hù)改造方法與應(yīng)用

湯曉暉，蔡永智

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 中山供電局，廣東 中山 528400）

1 傳統(tǒng)保護(hù)與智能保護(hù)

變電站保護(hù)裝置服役要求為不超過(guò)12年，超年限的保護(hù)裝置需更換，這類更換需要進(jìn)行技改工程，對(duì)保護(hù)裝置拆舊換新。技改工程不能將所有運(yùn)行間隔和保護(hù)設(shè)備停電改造，即變電站不能全站停電，只能通過(guò)1個(gè)間隔停電或者2個(gè)間隔停電的方式逐個(gè)改造。一般傳統(tǒng)改造中，新保護(hù)裝置和舊保護(hù)裝置均屬于基于電纜跳閘設(shè)計(jì)模式的產(chǎn)品，改造過(guò)程中采用逐個(gè)間隔改造模式，舊母線保護(hù)裝置與新線路保護(hù)裝置間的聯(lián)跳回路只需通過(guò)敷設(shè)新電纜并接入新保護(hù)裝置即可實(shí)現(xiàn)電纜聯(lián)跳，不存在母線保護(hù)和線路保護(hù)裝置配合問(wèn)題[1]。

目前，電力系統(tǒng)新型保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為智能保護(hù)，其特點(diǎn)是采用網(wǎng)絡(luò)（光纖）GOOSE命令跳閘模式，以光纖作為載體，利用光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)跳閘、閉鎖、啟動(dòng)失靈命令。智能保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)的區(qū)別在于跳閘模式與傳輸介質(zhì)發(fā)生變化，傳統(tǒng)常規(guī)保護(hù)是基于電纜配線接入對(duì)應(yīng)端子實(shí)現(xiàn)互聯(lián)跳閘，而智能保護(hù)采用網(wǎng)絡(luò)光纖傳輸跳閘命令，兩者的設(shè)計(jì)思路與基礎(chǔ)平臺(tái)不一致。傳統(tǒng)保護(hù)與智能保護(hù)的區(qū)別具體如表1所示。

表1 傳統(tǒng)保護(hù)與智能保護(hù)的區(qū)別

在開(kāi)展變電站保護(hù)裝置技改項(xiàng)目時(shí)，如果需要將傳統(tǒng)保護(hù)改造為智能保護(hù)，采用間隔逐個(gè)停電改造必然會(huì)涉及傳統(tǒng)保護(hù)與新智能線路保護(hù)直接聯(lián)跳問(wèn)題，此時(shí)需要考慮如何實(shí)現(xiàn)舊保護(hù)（電纜跳閘）與新智能保護(hù)（光纖跳閘）之間的信息互通配合[2]。

2 一種實(shí)現(xiàn)舊保護(hù)與新保護(hù)聯(lián)跳功能的方案

2.1 線路保護(hù)與母差保護(hù)之間的關(guān)系

220 kV變電站母線保護(hù)裝置與220 kV線路保護(hù)裝置存在互相關(guān)聯(lián)的回路連接。母線故障時(shí)，需要跳開(kāi)母線上的所有開(kāi)關(guān)，隔離故障。線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)，為了防止開(kāi)關(guān)失靈無(wú)法隔離故障點(diǎn)，需要發(fā)送啟動(dòng)失靈信號(hào)。線路保護(hù)和母線保護(hù)之間存在重要的聯(lián)跳邏輯與回路，主要包括啟動(dòng)失靈回路、聯(lián)跳回路、閉鎖線路備自投功能回路，相互之間存在信息流。

以單套保護(hù)為例，聯(lián)跳回路信息流如下。

（1）線路故障時(shí)，220 kV線路保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)失靈信號(hào)給220 kV母線保護(hù)。啟動(dòng)失靈信號(hào)發(fā)送回路如圖1所示。

圖1 啟動(dòng)失靈信號(hào)發(fā)送回路

（2）母線故障時(shí)，220 kV母線保護(hù)動(dòng)作，通過(guò)跳閘命令發(fā)給220 kV線路操作箱，聯(lián)跳220 kV線路開(kāi)關(guān)。母差跳閘信號(hào)發(fā)送回路如圖2所示。

圖2 母差跳閘信號(hào)發(fā)送回路

（3）母線故障時(shí)，220 kV母線保護(hù)動(dòng)作，通過(guò)跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后發(fā)送遠(yuǎn)跳命令，跳開(kāi)線路對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)。遠(yuǎn)跳命令發(fā)送回路如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)跳命令發(fā)送回路

母線故障時(shí)，220 kV母線保護(hù)動(dòng)作，通過(guò)跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后啟動(dòng)自身閉鎖重合閘功能，閉鎖重合閘。閉鎖重合閘信號(hào)發(fā)送回路如圖4所示。

圖4 閉鎖重合閘信號(hào)發(fā)送回路

2.2 方案分析

對(duì)于傳統(tǒng)改造方法，新舊設(shè)備均屬于電纜跳閘型保護(hù)，改造過(guò)程中不存在配合問(wèn)題。當(dāng)傳統(tǒng)保護(hù)（電纜跳閘型）更換為智能保護(hù)（光纖跳閘型）時(shí)，存在舊保護(hù)和新保護(hù)之間的配合問(wèn)題。目前尚未有一種成熟的轉(zhuǎn)換設(shè)備與模式支撐傳統(tǒng)變電站技改為智能變電站，多個(gè)供電局無(wú)法將傳統(tǒng)變電站改造為智能變電站，新技術(shù)的推廣受到限制[3-5]。傳統(tǒng)變電站如果不采用過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置，需要將運(yùn)行中的變電站全站停電，停電范圍大且社會(huì)影響面廣，施工十分困難。針對(duì)220 kV變電站改造，如果沒(méi)有過(guò)渡轉(zhuǎn)換裝置，改造過(guò)程中需要申請(qǐng)將220 kV變電站中的220 kV母線設(shè)備等均停電，在全部停電的情況下改造。全部停電改造會(huì)極大程度地降低電網(wǎng)架構(gòu)的可靠性水平，引發(fā)大范圍的停電事故。

為了解決以上問(wèn)題，在變電站改造為智能保護(hù)（光纖跳閘型）的過(guò)程中，需要一套適配舊母線保護(hù)與新智能線路保護(hù)的聯(lián)跳命令轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)跳回路功能。

基于保護(hù)裝置之間的4種信息流，所設(shè)計(jì)的方法主要實(shí)現(xiàn)4種數(shù)據(jù)流類型的轉(zhuǎn)換。一是線路故障時(shí)，220 kV線路保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)失靈信號(hào)給220 kV母線保護(hù)；二是母線故障時(shí)，220 kV母線保護(hù)動(dòng)作，通過(guò)跳閘命令發(fā)給220 kV線路操作箱，聯(lián)跳220 kV線路開(kāi)關(guān)；三是母線故障時(shí)，220 kV母線保護(hù)動(dòng)作，通過(guò)跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后發(fā)送遠(yuǎn)跳命令，跳開(kāi)線路對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)；四是母線故障時(shí)，220 kV母線保護(hù)動(dòng)作，通過(guò)跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后啟動(dòng)自身閉鎖重合閘功能，閉鎖重合閘。

對(duì)于這4種數(shù)據(jù)流信息，如果按照方向劃分，可以歸納為2類。一類是數(shù)據(jù)由舊母線保護(hù)向新智能保護(hù)轉(zhuǎn)換發(fā)送，將舊保護(hù)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為新智能保護(hù)光纖報(bào)文；另一類是數(shù)據(jù)命令由新線路保護(hù)發(fā)往舊母線保護(hù)，將新智能保護(hù)的光纖命令信息轉(zhuǎn)換為電纜強(qiáng)電信號(hào)信息。

3 組網(wǎng)模式及原理

如果線路保護(hù)裝置已經(jīng)更換為新型智能線路保護(hù)，此時(shí)其功能接口（光纖型）與舊母線差動(dòng)保護(hù)（電纜型）不再匹配，按照常規(guī)改造思路，改造將無(wú)法進(jìn)行。新型號(hào)線路保護(hù)只支持光纖命令接口，舊的母線保護(hù)裝置屬于電纜跳閘設(shè)計(jì)的設(shè)備，無(wú)法直接與其互聯(lián)互通并實(shí)現(xiàn)聯(lián)跳功能。

為了解決過(guò)渡階段的聯(lián)跳命令問(wèn)題，可以進(jìn)行過(guò)渡設(shè)備組網(wǎng)。對(duì)于220 kV變電站，采用與新智能線路保護(hù)（已改造保護(hù)）一對(duì)一配置的組網(wǎng)模式。采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組建雙星型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)轉(zhuǎn)換機(jī)制。被改造保護(hù)裝置若是單臺(tái)，則配置單臺(tái)轉(zhuǎn)換裝置；若是雙套冗余配置，則配置2臺(tái)轉(zhuǎn)換裝置。此外，為每個(gè)間隔提供1個(gè)信息轉(zhuǎn)換裝置，該裝置與被改造間隔保護(hù)裝置數(shù)量一致。舊母差差動(dòng)保護(hù)裝置聯(lián)跳新智能線路保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)方法如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)換裝置組網(wǎng)模式

以母線保護(hù)1數(shù)據(jù)流為例，對(duì)組網(wǎng)模式進(jìn)行說(shuō)明。傳統(tǒng)母線保護(hù)1閉鎖重合閘命令信號(hào)由傳統(tǒng)母線保護(hù)發(fā)出，發(fā)出形式為經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)電纜回路將電纜強(qiáng)電信號(hào)輸入給轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換裝置收到信號(hào)后經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)報(bào)文命令發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，采用光纖跳閘形式組網(wǎng)的新智能線路保護(hù)接在網(wǎng)絡(luò)上，識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上的命令后經(jīng)自身邏輯實(shí)現(xiàn)閉鎖自身線路保護(hù)重合閘功能。一般情況下，傳統(tǒng)母線保護(hù)1發(fā)送命令給轉(zhuǎn)換裝置1，最終傳遞到新智能保護(hù)1；傳統(tǒng)母線保護(hù)2發(fā)送命令給轉(zhuǎn)換裝置2，最終傳遞到新智能保護(hù)2。220 kV電壓等級(jí)線路保護(hù)采用一對(duì)一配置模式，轉(zhuǎn)換裝置1與新智能保護(hù)1在同一個(gè)A網(wǎng)中，轉(zhuǎn)換裝置2與新智能保護(hù)2在同一個(gè)B網(wǎng)中，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立。對(duì)于其他命令數(shù)據(jù)流，原理與以上分析類似。

4 應(yīng)用效果

在傳統(tǒng)變電站智能保護(hù)技改過(guò)程中，通過(guò)傳統(tǒng)母線保護(hù)與新智能保護(hù)聯(lián)跳命令配合的轉(zhuǎn)換裝置（命令過(guò)渡轉(zhuǎn)換傳輸裝置），可以套用傳統(tǒng)改造停電方式逐個(gè)停電改造，而且線路間隔停電先后順序無(wú)特殊要求，能夠很好地適應(yīng)停電方式安排。通過(guò)該方案的應(yīng)用，不僅提高了變電站技改停電改造施工效率，而且還提高了改造的靈活性。

5 結(jié) 論

在變電站技改項(xiàng)目中，提出了一種智能新保護(hù)設(shè)備改造的過(guò)渡方案，有效解決了改造過(guò)程中舊母差保護(hù)與新智能保護(hù)之間的配合問(wèn)題，為變電站改造成智能站提供了一種可行的技術(shù)方案，確保改造工作順利進(jìn)行，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。