基于智能變電站保護裝置跳閘方式比較

周立龍，王新宇，吳　謙（國網四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

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基于智能變電站保護裝置跳閘方式比較

周立龍，王新宇，吳謙（國網四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

現如今的智能變電站，在基于IEC61850通信規約保護設置的出口跳閘方式重點包含直接跳閘與網絡跳閘兩種。本文對比了智能變電站保護裝置的直接跳閘與網絡跳閘這兩種方式的優點和缺點，以及彼此之間存在的差異，希望為該領域的發展貢獻自己的一份力量。

智能變電站；保護裝置；跳閘方式

1　引言

保護裝置直跳，指的是保護裝置出口跳閘經由光前直接引到只能智能終端，保護跳閘信號經由直跳光纜傳送，其他的信號經由網絡傳送；保護裝置網跳，指的是保護裝置與智能終端都是引接到過程層交換機，跳閘等另外的GOOSE信號經由網絡傳送。該兩種方式都有各自的優勢與劣勢。

2　母線保護直跳方案與網跳方案接線及交換機配置差異

2.1母線保護直跳方式與網跳方案接線差異分析

智能變電站保護跳閘方式重要包含三種方式：直采直跳、網采網跳以及直采網跳。由于網采網跳方式重點用在低電壓等級，所以，以下主要對直采直跳以及直采網跳進行研究。直采直跳跟直采網跳的差別主要是繼電保護的跳閘實現模式，保護直跳，指的是保護裝置到智能終端單獨的引一根光纖，而保護跳閘信號則經過該光纖直接傳輸，其他的信號則經由網絡傳輸。另外一種就是保護網跳，指的是保護裝置與智能終端都引接到過程層的交換機當中，從而保護全部GOOSE信號都可以經由網絡傳輸。這兩種方案接線上的重點區別就是第一個方案比第二個方案增加了直跳光纜；跳閘模式上直跳方案的跳閘是經由跳閘光纜傳送，并沒有任何中間環節；而網絡跳閘方案以及報文都需要經過交換機傳輸。

2.2母線保護直跳方案與網跳方案交換機配置差異分析

智能變電站的自動化系統是由三層兩網組成的，兩層網絡分別是由站控層交換層與過程層交換機所組成，因為保護選用的是直跳方案還是網跳方案，僅僅能夠影響到過程層與間隔層間的接引線，跟站控層交換機與接線沒有關系，所以，該兩種跳閘方案對于站控層交換機配備與接線是完全一致的。對于過程層網絡交換機配備是否一致，我們應該開展詳盡的分析：過程層網絡重點負責過程層設施跟間隔層設施之間、過程層設施之間以及間隔層設施之間的數據通信，過程層網絡負責傳送的信息重點包含遙測、遙調、遙控、遙信信號與繼電保護間的連閉鎖、失靈重啟等信號；不同是繼電保護跳閘在直跳的時候過程層網絡傳送的信息并不包括跳閘信號，但是網絡跳閘會包括跳閘信號。

3　保護裝置直跳與網跳的可靠性分析

3.1直跳方式

3.1.1優 點

智能變電站保護裝置直跳方式選取的是點對點傳送，它并不依靠網絡。網絡產生的故障對于保護裝置動作的跳閘出口并不會有所影響，所以采用點對點傳送，可以防止利用交換機所引起的一些問題。即可以防止交換機延時所引起的保護誤動，避免交換機收到電磁擾動使得采樣值丟包閉鎖保護，此外，還能夠有效防止網絡風暴等。

3.1.2缺 點

①對保護設備的硬件要求太高。在進行網絡化傳輸的時候，保護設備的CPU僅僅需要處理一個斷口的數據；而在點對點模式之下，保護裝置的數據接口會大幅度加大（500kV的智能終端為10個端口，而線路保護最少需要7個端口），CPU需要同時處理每個端口的數據，處理工作量加大，而且一定要采用高性能的CPU才可以滿足數據處理的即時性要求。因為數據端口的增多，保護裝置內循環處理的時間就會比處理單獨端口的時間長。②保護裝置的硬件成本加大。在點對點模式之下，設備之間的光纜接線與光纖熔接點遠遠比網絡化傳輸模式多，加大了現場的施工量。光纜的連接比較復雜，增大了運行與維護的難度與工作量，與此同時，熔接點的增多也會給數據傳輸的穩定程度帶來一定的隱患。③增加了保護裝置發生故障的概率。保護裝置端口數目的增多，使得CPU的發熱量比常規保護設施大，這也導致保護裝置的運行環境變得非常惡劣，而且光纖熔接點比較多，都增加了故障發生的概率。

3.2網跳方式

3.2.1優 點

保護裝置的出口跳閘選用網絡化傳送，光纖的鋪設量較少，現場網架清晰。與此同時，降低了設備之間相互調試的麻煩，減少了工程建設的周期。另外，過程層全部的數據都在網絡上傳送，方便利用網絡保溫記錄來了解設備實時監視設施之間的信息交互過程，進而能夠及早發現問題，也有助于故障之后不同設備商家之間的責任劃分，防止出現推諉，不利于故障的分析。

3.2.2缺 點

①對于交換機的可靠程度要求較高。網絡化傳輸的最大問題在于交換機的性能。數據在交換機上傳輸難免會存在延時，怎樣科學分配網絡數據，盡量降低傳輸延時，同時提升交換機自身硬件的質量，以此適應長時間穩定運行的需求，是網絡化傳輸需要亟待解決的問題。現如今，因為交換機的價格非常昂貴，在一定程度上限制了網絡化的發展。②延時長。因為采樣值經過網絡傳輸會引起一定的延時，為了確保數據之間的同步，一定要提供高可靠程度的對時系統。

4　保護裝置直跳與網跳方式經濟技術比較

4.1取費標準

智能變電站光纜費用是材料費與敷設費的總和，通常按照30元/m、每根光纜150m來計算。結合通信行業定額，光纜熔接的費用每點按照125元計算。考慮到保護裝置與智能終端因為直采直跳引起端口增多的軟硬件成本改變，結合廠家給出的指導性收費標準，設備沒增多一個光口，費用就增多500元。

4.2經濟技術比較

因為保護裝置不管采取直跳還是網跳的模式，保護裝置與智能終端都需要接到GOOSE網絡，與交換機的配置是沒有關系的。所以，僅需要比較兩種跳閘方式增多的光口數目、熔接點以及光纜長度。以下針對500kV智能變電站當中不同類型保護裝置的兩種跳閘方式，開展經濟技術的分析與比較。在保護設備端口方面，如果保護裝置的出口跳閘選取直跳方式的時候，500kV線路保護需要增多2個直跳出口，邊（中）斷路器智能端口個加上一個光口，一共增多4個端口；如果有7個500kV串，500kV母線保護就需要多出直跳出口7個，各串邊（中）斷路器只能終端個多出光口1個，一共增多14個端口。在光纜上，如果保護裝置的出口跳閘選取直跳方式的時候，500kV線路保護直跳的光纜應該采取單獨一根的時候，應該加2根到斷路器智能終端的光纜；跟GOOSE網絡共同使用一根光纜的時候，需要增多4個熔點、4根尾纖。

5　母線保護直跳方式特點分析

5.1光口多，增加故障概率

設備光口數目的增多也相應增多了光纖熔點與光纖的使用量，多光口光纖的熔接質量與光纖的裝設技術都非常重要，如果某一光口的故障或者某根光纜斷裂或彎曲半徑太大的時候，跳閘信號或許就沒有辦法送達，母線保護就沒有辦法把跳閘信號發送至該間隔智能的終端，這套母線保護就會無法徹底消除故障。

5.2多光口接入發熱量大，影響裝置壽命及運行可靠性

裝置光口數目的增多，每個光口都會發熱，多個光口在同一個區域接入，會導致該區域的溫度增高。實際的測量也正是跨間隔的保護裝置。因為光口數目多，運行的溫度顯著高于光口數目比較少的單間隔保護。單間隔保護裝置因為光口的數目較少，溫度通常在40～50℃，然而跨間隔的母線保護裝置因為光口數目多溫度就會比單間隔的保護裝置高出大概15℃。溫度太高會影響到光纖的傳輸質量與設備的使用年限；溫度過高會使得管線傳輸的耗損增加；同時加速光纖外護套顏色的褪變，對運行維護產生一定的困難；如果溫度超過70℃，甚至會引起光纖的燒毀。

5.3增加CPU處理壓力，裝置光口處理時延長

因為在點對點模式下，母線保護光口的增多，母線保護需要對每個端口逐一進行處理，每個CPU需要同時處理各個端口的數據，處理的工作量是非常大的，而且一定要選擇高性能的CPU硬件或者選取多個數據處理硬件才可以滿足數據處理的相關要求。因為數據端口的增多，在裝置內的循環處理過程中，也會比單一端口處理的時間要長。

6　母線保護網跳方式特點分析

6.1可靠性

直跳是跳閘信號與報文傳輸僅僅經過保護裝置與智能終端的兩個環節，然而網絡跳閘增多了交換機環節，在該方面的可靠性確實有一定的降低。但是跨間隔保護如母線保護網跳僅僅需要一個光口，減少了眾多的光口，在該方面網跳的可靠程度更好。

6.2方便故障分析

過程層全部的數據都在網絡上傳送，能夠方便的利用網絡報文記錄來分析裝置，對每個設備之間的信息交互過程開展完整的實時的監控，進而盡早發現故障。同時也非常有助于產生故障之后不同設備廠商之間責任的區分，防止產生推諉情況。

7　結語

綜上所述，智能變電站繼電保護跳閘的實現方式對變電站安全穩定運行有著至關重要的作用。為了充分利用好智能變電站網絡帶來的便利，同時又不降低變電站的可靠程度，建議應該開展與推動直跳與網跳相結合的模式，進而實現最終的保護、安全的網絡化傳輸出以及控制信息的可靠性。

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周立龍（1983-），男，研究生，主要從事智能變電站保護工作。

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2095-2066（2016）10-0015-02

2016-3-8