智能變電站不停電檢修時二次設備安全隔離研究綜述

黎恒烜，蔡 勇，陳 宏，張侃君，文 博，洪梅子

（1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077;2.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

智能變電站不停電檢修時二次設備安全隔離研究綜述

黎恒烜1，蔡 勇2，陳 宏1，張侃君1，文 博1，洪梅子1

（1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077;2.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

針對智能變電站高度智能化、信息化為二次設備檢修作業帶來的安全風險問題，綜述了智能變電站在一次設備不停電時二次設備的安全隔離措施。通過對比各種隔離措施的優缺點，綜合考慮智能變電站二次回路的特點，提出了橫向確定隔離范圍、縱向制定操作順序的安全隔離措施總體原則。并以典型的220 kV線路間隔為實例，分別闡述了二次設備的安全隔離措施。

智能變電站；二次設備；隔離；安全措施

0 引言

智能變電站是智能電網的關鍵組成部分，是未來變電站技術發展的趨勢[1-2]。智能變電站最核心的技術革新在于使用工業以太網技術代替傳統的二次電纜來傳遞數字和模擬信號，原有的二次電纜被高度集成、抽象的網絡數據流代替[3]。在高度信息化的同時，也為二次設備檢修帶來了一定的安全風險[4]。在檢修作業中，因安全措施執行不到位而造成的事故屢有發生[5]。將檢修設備與運行設備有效、安全地隔離，是保障人身、電網及設備安全的重要措施[6]。

為保證智能變電站的供電可靠性和連續性，便于檢修工作安全順利進行，需要對智能變電站安全措施技術展開深入研究。由于電氣設備不允許無保護運行，所以對于保護裝置單套配置的二次系統，在二次設備執行檢修時，一次設備必須停運。而對于保護裝置雙套配置的二次系統，可以采用單套退出進行不停電檢修。不停電檢修作業安全風險遠大于停電檢修，因此不停電檢修時的安全措施研究意義重大，本文僅討論一次設備不停電情況下的二次設備安全隔離策略。

本文綜述了智能變電站在一次設備不停電時二次設備的安全隔離措施，通過對比各種隔離措施的優缺點，綜合考慮智能變電站二次回路的特點，提出了橫向確定隔離范圍、縱向制定操作順序的安全隔離措施總體原則，并以某220 kV線路間隔為實例，分別闡述了二次設備的安全隔離措施。

1 執行對象及基本措施

1.1 二次安全措施執行對象及特點

智能站中主要二次設備包括：保護裝置、合并單元、智能終端、交換機、GPS時鐘等等。因為在直采直跳模式的智能變電站中，繼電保護系統的正常工作不受外部時鐘的影響，而交換機運行異常也不會影響主保護系統的正常工作[3]，因此本文討論的二次設備安全隔離措施僅限于保護裝置、合并單元和智能終端。

1.2 基本安全措施

對于二次設備而言，安全措施重點主要包括采樣輸入回路及跳合閘、遙控、啟失靈開出回路等。常規變電站二次回路的安全措施遵守“明顯電氣斷點”的基本理念，而智能變電站由于二次回路高度數字化、信息化，“明顯電氣斷點”的安全措施理念已不再適用。

智能變電站二次設備的隔離方式主要分物理隔離和數字隔離兩大類[7-9]，其中物理隔離包括斷光鏈路、斷電回路兩種方式，數字隔離包括退出軟壓板、投入檢修壓板兩種方式，如表1所示。

表1 不同隔離措施特點比較Tab.1 Comparison of different isolation measures

斷光鏈路一方面可能因多次插拔造成光纖接口損壞，另一方面光纖斷鏈后會產生告警信息干擾運行，而且在恢復過程中容易恢復錯誤，因此不能作為常態化隔離技術使用。

常用的隔離措施包括退出口硬壓板、退軟壓板、投檢修壓板。其中，退出口硬壓板能夠在出口回路上形成“明顯電氣斷點”，可靠性較高。

退軟壓板包括退出SV接收軟壓板、GOOSE發送軟壓板、GOOSE接收軟壓板三類。退出SV接收軟壓板相當于斷開交流采樣回路，屏蔽交流采樣數據。當退出某SV接收軟壓板時，則對應間隔合并單元的模擬量及其狀態（包括檢修狀態）都不計入保護，保護按無此支路處理。當對應一次設備運行時，單間隔保護可直接退出SV接收壓板，跨間隔保護需要退出與該SV鏈路相關的保護功能后方能退出相應SV接收壓板[7]。退出GOOSE接收/發送軟壓板相當于斷開開入/開出回路。

投檢修壓板是通過智能化二次設備的檢修機制來進行隔離[9-12]。二次設備投入檢修壓板后，所發報文中TEST測試標識位將為TRUE，接收報文的二次設備將比較TEST標識位與自身檢修壓板的狀態來決定是否對報文進行有效處理。檢修機制的判斷遵循同或邏輯，如圖1所示，當二次設備所接收報文中的TEST標識位值與其檢修壓板的狀態值一致時，該報文將會被有效處理，反之裝置將閉鎖相應功能，對報文不予處理。檢修壓板投入之前除需關注操作對象之外，還要分析清楚其與各自相關的二次設備的聯系，尤其母差、主變間隔相關的二次設備都是跨間隔設備，容易造成保護邏輯或出口的閉鎖。

圖1 檢修機制邏輯圖Fig.1 Logic diagram of maintenance mechanism

2 二次設備安全隔離原則

2.1 基本原則

在智能變電站，原常規站保護裝置的采樣功能被移到合并單元，操作箱功能移到智能終端，因此在制定二次設備安全隔離措施時，需要首先考慮在橫向上確定隔離范圍。其次，檢修設備的軟壓板投退、檢修壓板投退會在一定程度影響到運行設備，在制定二次設備安全隔離措施時，需要在縱向上考慮操作順序。

在研究安全隔離措施時，需要確定二次設備之間的連接方式，再根據所傳輸的信息內容來制定安全隔離措施。根據二次設備之間的連接方式，歸納傳輸信息如表2所示[13]。

表2 不同連接方式傳輸的信息Tab.2 Transmitted information of different connection mode

考慮到智能變電站虛回路的隱蔽性，在對虛回路安全隔離時應至少采取雙重安全措施以增加二次安全措施的可靠性[9,14]。

2.2 合并單元安全隔離要點

合并單元為保護裝置提供交流采樣數據，相當于常規保護裝置的采樣環節。在一次設備不停電的情況下，間隔合并單元發生故障或執行不停電檢修時，其安全隔離范圍應包括所有接收其交流采樣數據的所有保護裝置[15-16]。

以圖2所示線路間隔合并單元為例，在對線路合并單元執行安全隔離時，需同時退出該間隔的線路保護以及跨間隔的母線保護。對于線路保護而言，采樣功能丟失，意味著保護功能失效，為避免其誤發指令信號干擾正常運行，應將其退出。對于母線保護而言，在一次設備不停電的情況下，某間隔的采樣數據丟失，會在二次側產生差流，可能會造成差動保護誤動作，因此也應將其退出。

圖2 合并單元示意圖Fig.2 Diagram of merging unit

在制定操作順序時，由于母線保護為跨間隔保護，影響范圍最廣，為確保安全，應先將其退出，其次是線路保護，最后是合并單元。

母線合并單元故障后，按母線電壓異常處理，各保護裝置將閉鎖與母線電壓相關的保護功能。

2.3 智能終端安全隔離要點

智能終端（見圖3）相當于操作箱，可單獨投退，也可根據影響程度投退相應的保護。雙重化配置的智能終端單臺校驗、消缺時，可不停役相關一次設備，但應退出該智能終端出口壓板，退出重合閘功能，同時根據需要退出受影響的相關保護裝置。

圖3 智能終端示意圖Fig.3 Diagram of intelligent terminal

由于智能終端負責采集隔離開關的位置信號，因此，當智能終端退出運行時，需要將母線保護上該間隔的隔刀位置按實際狀態強行置位。

雙套配置的系統不允許同一套裝置跨接雙網，因此雙套配置的線路保護之間相互閉鎖重合閘功能一般通過雙套智能終端之間的硬接線實現。因此在不停電的情況下，單套智能終端退出運行時，為防止其誤發信號閉鎖另一套重合閘功能，應將智能終端之間的硬接線拆除[17-18]。

由于兩套智能終端的重合閘回路共用1套操作電源，在退出單套智能終端時，不能切斷重合閘回路的操作電源，同時要保證處于正常運行狀態智能終端的重合閘出口硬壓板投入。

2.4 保護裝置安全隔離要點

應從以下幾個方面考慮保護裝置的安全隔離措施：

（1）保護裝置與保護裝置之間的隔離，在對線路保護及主變保護等做隔離措施時，應注意防止誤啟動失靈保護，需退出被隔離保護裝置啟失靈GOOSE出口軟壓板，同時退出母線失靈保護裝置的相應的失靈開入GOOSE接收軟壓板；

（2）保護裝置與智能終端之間的隔離，為防止保護誤跳閘，應退出保護裝置跳閘GOOSE出口軟壓板；

（3）保護裝置與合并單元之間的隔離，應退出保護裝置SV接收軟壓板以斷開采樣回路；

（4）與對側線路保護裝置之間的隔離，為降低縱聯保護的遠跳風險，應將光纖差動保護通道斷開并自環，同時兩側縱聯保護改跳閘為信號；

（5）防止重合閘功能退出，應投入另一套保護的重合閘功能。

3 220 kV線路間隔安全措施實例

以圖4所示220 kV線路間隔為例，分別闡述在一次設備不停電情況下，線路間隔的二次設備在缺陷處理時的安全隔離措施[15]。

圖4 220 kV線路間隔示意圖Fig.4 Diagram of 220 kV line bay

圖4中線路間隔合并單元在缺陷處理時的安全隔離措施如表3所示。

表3 線路合并單元的隔離措施Tab.3 Isolation measures of line merging unit

線路單套保護裝置退出運行進行檢修時，對應合并單元、智能終端需退出運行。同時對應的220 kV母差失靈保護也需停運，具體的安全隔離措施如表4所示。

表4 線路保護的隔離措施Tab.4 Isolation measures of line protection

線路智能終端在進行缺陷處理時的安全隔離措施如表5所示。

表5 線路智能終端的隔離措施Tab.5 Isolation measures of line intelligent terminal

4 結語

本文綜述了一次設備不停電情況下智能變電站二次設備安全隔離措施，通過對比各種隔離措施的優缺點，綜合考慮智能變電站二次回路的特點，總結歸納，提出了橫向確定范圍、縱向制定順序的總體原則，對智能變電站二次設備安全檢修具有一定的指導意義。

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A Summary of Secondary Equipment Safety Isolation in Intelligent Substation without Interruption of Power Supply

LI Hengxuan1,CAI Yong2,CHEN Hong1,ZHANG Kanjun1,WEN Bo1,HONG Meizi1
（1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China;2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077,China）

As Intelligent substation becomes highly intelligent and informative,in view of the se?curity risk for secondary equipment overhaul in intelligent substation,in this paper,the safety isola?tion measures of secondary equipment in intelligent substation without interruption of power sup?plyare are summarized.The general principles that determine the scope of isolation transversely and determine operation sequence longitudinally are proposed based on comparison of the advantag?es and disadvantages of various isolation measures and characteristics of the secondary circuit.At last,the isolation measures of secondary equipment are presented for a typical 220 kV line bay.

intelligent substation;secondary equipment;isolation;safety measure

TM77；TM63

A

1006-3986(2016)11-0008-05

10.19308/j.hep.2016.11.002

2016-09-27

黎恒烜(1984)，男，湖北荊門人，博士，高級工程師。

國網湖北省電力公司科技項目（521532160016）