便攜式保護在智能電網設備投運中的應用

姚 亮， 陳 琦， 鄒 磊

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京，211100)

隨著電力系統的發展，現代電網的規模不斷擴大，新建、擴建、改造、檢修工作日益增多，而且傳統變電站與智能變電站在較長的一段時期內會大量共存，同一座變電站內傳統設備與智能設備也會在一段時期內同時在網運行，因此設備的改造投運工作日趨繁重。設備投運涉及設備驗收、穩定校核、保護整定、方案編制、調度操作、現場作業等諸多環節，是一項復雜的電力工作，需要計劃、調度、變電檢修工區、超高壓工區等多部門專業人員互相協作，密切配合。電網日趨堅強，分層分區工作進一步深入，社會對電網供電可靠性要求也不斷提高，現在的設備投運方案暴露出操作工作量大、風險高造成電網運行風險大、供電可靠性及效率低等問題，給電網的安全穩定運行帶來極大隱患。為提高電網運行的效益、保障供電可靠、減少投運工作負擔，亟需對電網設備投運方案進行風險評估分析，研究、制定改進措施，并建立全過程、全方位的電網安全預控體系[1-4]。

1便攜式保護的研制

1.1臨時保護在投運中的應用現狀

設備投運一般都需要進行沖擊合閘、核相、二次定相、保護相量檢查等工作。投運的繼電保護裝置，要帶負荷對其接線正確性進行檢測。以往變電站在設備投運時，校驗保護或通過電流繼電器和時間繼電器組成的臨時保護裝置，如圖1所示，或借用母聯（分段）保護裝置或者線路保護裝置客串保護裝置。其是一種非常簡單的反應相間和接地故障的過電流保護[5，6]，但目前國內尚未有專業的臨時保護裝置，因此現場只能采用一些替代方案，亟需性能更加完善的，具有完整自檢、自測、自校的便攜式繼電保護裝置。

1.2新式便攜式保護的技術特點

基于可靠、安全、便捷的要求，為滿足在不同變電站之間頻繁移動使用，便攜式保護采用了面向用戶、應用及產品的嵌入式平臺技術，符合DL/T478—2013要求[7]；機箱采用全封閉一次成型、背插式結構，具有較高的抗振動、粉塵和電磁干擾能力。箱體僅為215 mm（寬）×210 mm （高）×280 mm（深），面板將保護控制操作區域和外設接口區域分開。

可開啟的透明面罩內的部分為保護控制顯示及操作區域，由鍵盤、指示燈、液晶顯示屏、壓板、復歸按鈕組成。元器件合理的布局和面板的數控精密加工使該部分模塊顯得和諧、穩重，易于操作與觀察，體現電力設備的可靠特質。同時透明面罩可防止無關人員誤操作。而裝置左側的部分為外設接口區域，平時由一扇可開啟的活動門防護，內置開關、航空插座、光纖接口。使用時將活動門打開，即可進行相應的操作。將功能區域進行明確劃分既便于日常工作中的觀察和使用，又可防止誤操作，達到了美觀和功能性的統一。裝置滿足GB 4208—2008標準[8]，設有防護面板，無外露端子，由于安全防護措施到位，可以長期安全運行，已申請外觀圖形專利并公開 （申請號200930043076.2，公開號CN301161630）。

便攜式保護適用更寬的直流電壓范圍88～253 V。為同時能滿足傳統變電站和智能變電站的應用需求，交流采樣既能支持傳統的模擬量采集，其中傳統采樣自適應CT二次額定電流為1 A或5 A的工況，裝置亦可以接收來自合并單元輸出DL/T 860.92（IEC 61850-9-2）或 GB/T 20840.8（IEC 60044-8）格式的采樣值（SV）[9-12]。而跳閘方式既能支持傳統接點方式輸出，也可以支持通過GOOSE報文方式輸出跳閘信號，裝置動作時同時輸出跳閘動作接點和跳閘GOOSE報文，如圖2所示。SV采樣及GOOSE服務在保護CPU中實現，通過裝置通信光纖接口實現與其他設備進行通信。便攜式保護主要由采樣模塊、CPU模塊、I/O模塊和人機交互模塊組成，保證該保護能在不同電壓等級、不同運行環境的變電站內均可靠、友好、通用的運行，已經申請實用新型專利并公開 （申請號201220604387.8，公開號 CN202997531U）。

圖2便攜式保護模塊配置

1.3便攜式保護與其他臨時保護的對比

便攜式保護與臨時搭接保護和母聯（分段）或線路保護客串保護的比較如表1所示。

由此可見，臨時搭接的保護和其他保護客串的保護由于其自身原因，與專用的便攜式保護比較，在經濟性、安全性、可用性等方面有諸多不足。

2便攜式保護在投運工程中的應用

2.1便攜式保護的回路接入

便攜式保護裝置一般按單套配置，220 kV間隔接于第二套保護屏，不啟動失靈；500 kV間隔接于斷路器保護，啟動失靈。若系統配置2套便攜式保護裝置，則分別接入對應的保護屏中，保護跳閘接點接入斷路器對應的一組跳閘線圈。220 kV旁路間隔單套配置便攜式保護裝置時，保護跳閘接點分別接入斷路器的兩組跳閘線圈。電纜接線時斷開電流試驗端子排1D1、1D3、1D5的試驗連接片，回路按圖3所示連接裝置。

當SV采樣和GOOSE跳閘時，只需要對應接入裝置的光纖端口，裝置根據配置的相關地址信息接收合并單元的SV報文和發送GOOSE報文至智能終端[13-15]。

2.2便攜式保護在設備投運中的操作流程

變電站設備投運時，傳統方案采用空出一條母線的方法，一次設備的倒閘操作較復雜，系統運行方式薄弱，啟動時間長。啟動方案必須充分考慮因系統運行方式的調整而帶來的不利影響，有時還需采取防全停措施直至臨時限電，以防止產生不良后果。而在保護回路中加裝便攜式保護裝置，可以減少運行一次設備操作的工作量，降低操作風險和系統運行風險，減少啟動時間，提高供電的可靠性，確保電網的安全穩定運行。

表1裝置性能對比

圖3便攜式保護電氣接線

（1）經過檢驗合格后的便攜式保護可以直接投入運行，不需要進行帶負荷試驗。

（2）保護運行期間，不允許對便攜式保護接線及其相關回路進行任何變動，應防止新設備保護帶負荷試驗工作影響保護的正常運行，防止保護失去電源、誤退跳閘出口、失靈出口及電流回路開路或被短接等情況發生。

（3）便攜式保護為單套配置時，在設備沖擊及保護帶負荷試驗期間，保護應始終處于投入運行狀態。

（4）單套配置的220 kV線路和500 kV主變220 kV開關臨時保護在設備啟動沖擊前投入。設備保護帶負荷試驗時需先進行第一套設備保護的帶負荷試驗。所有試驗正確結束，第一套設備保護投運后，再進行第二套保護帶負荷試驗工作，同時停用臨時保護，此后臨時保護不再投入使用。

（5）雙重化的便攜式保護運行。保護裝置帶負荷試驗采用逐套進行的方法，當第一套設備保護進行帶負荷試驗時，相應的第一套臨時保護停用，第二套臨時保護投入運行。第一套設備保護帶負荷試驗結束后，投入第一套保護，而第一套臨時保護不再投入。隨后停用第二套臨時保護后進行第二套設備保護帶負荷試驗。第二套臨時保護帶負荷試驗結束后，投入第二套設備保護，而第二套臨時保護不再投入，并待啟動試驗項目結束后進行保護拆除。

2.3便攜式保護應用的經濟分析

以雙母線接線方式，配置2臺主變、四回出線的典型220 kV變電站為例。采用傳統啟動方案時，啟動前后方式的調整和恢復，變電站現場共約有300項操作、耗時約6 h，而新的啟動方案僅需約70項操作、耗時2 h，不僅提高了工作效率，也降低了設備投運的風險。

與傳統的空出一條母線的投運方案相比較，新的設備投運方案無需進行母線倒排工作。由于運行方式的來回調整增加了投運時間，傳統投運方案一般每個間隔的母線倒閘一次需要1 h。以每年投運主變8臺（750～1 000 MV·A），每臺500 kV主變以平均負載為300 MV·A，正式投運推遲8 h計算，則減少的供電量約為 240 萬 kW·h，以 10 元 /（kW·h）計，每次經濟效益為2 400萬元，則一年新增的經濟效益為1.92億元。

3結束語

該便攜式保護裝置采用保護控制操作和外設接口分區設計；既支持傳統模擬量輸入，自適應二次額定電流1 A和5 A，也能接收SV報文；既能提供傳統的開出接點，亦能輸出GOOSE報文。同時裝置能在110 V或220 V直流電源的正常工作，傳統電氣量連接采用航空端子，數字量通信提供LC和ST兩種光纖接口方式，可靠、安全、便捷地滿足不同運行環境的變電站內使用要求。便攜式保護在電網設備投運中的應用遵循“安全性、適用性、通用性、經濟性”協調統一原則，無需進行母線倒排工作，減少在投運啟動時的運行方式調整，合理減少操作風險，防止啟動時的保護死區，通過提升工作效率和提高電網管理水平，促進了安全生產，帶來良好的社會效應和較好的經濟效益。

[1]牟善科.電網檢修計劃安排與優化系統的研究與實現[D].杭州：浙江大學，2007.

[2]蔣獻偉，黃民翔，許 諾，等.供電設備檢修計劃優化[J].電力系統及其自動化學報，2007，19(4)：116-120.

[3]顏 偉，林 燁，羅錫斌，等.考慮負荷轉移的檢修計劃安全校核優化方法[J].電力系統自動化，2010，34(16)：92-96.

[4]劉 艷，劉國良，顧雪平.輸電網架恢復方案線路投運風險評估[J].電力系統自動化，2011，35(13)：12-16.

[5]常風然，張 洪，高艷萍.新設備投運與繼電保護運行方式[J].電力系統自動化，2003，27(21)：89-91.

[6]秦江平.關于電網新設備投運模式的探討及建議[J].廣西電力，2008，32(6)：68-70.

[7]DL/T 478—2013繼電保護和安全自動裝置通用技術條件[S].北京：中國電力出版社，2013.

[8]GB 4208—2008外殼防護等級(IP)代碼[S].北京：中國標準出版社，2009.

[9]DL/T 860.92—2006，變電站通信網絡和系統第9-2部分：特定通信服務映射(SCSM)映射到ISO/IEC 8802-3的采樣值[S].

[10]IEC 61850-9-2，Communication Networks and Systems in Substations-Part 9-2∶Specific Communication Service Mapping(SCSM)-Sampled Values over ISO/IEC 8802-3[S].

[11]GB/T 20840.8—2007互感器第8部分：電子式電流互感器[S].北京：中國標準出版社，2007.

[12]IEC 60044-8 Instrument Transformers-Part 8 Electronic Current Transformers[S].

[13]馮亞東，李 彥，王 松，等.IEC 61850-9-2點對點采樣值傳輸在繼電保護中的實現與應用[J].電力系統自動化，2012，36(2)：82-85.

[14]李鐵成，張兵海，張 立，等.投運前繼電保護向量檢查技術在智能變電站的應用[J].河北電力技術，2012，31(4)：1-2.

[15]周 斌，仇新宏，黃國方，等.基于IEC 61588和GOOSE的交互式采樣值傳輸機制[J].電力系統自動化，2012，36(20)：80-83.