變電站保護多功能合一及無防護就地化研究

吳 蕾 董若溪 趙亞飛

(中國電力技術裝備有限公司鄭州電力設計院，河南 鄭州 450000)

變電站保護多功能合一及無防護就地化研究

吳 蕾 董若溪 趙亞飛

(中國電力技術裝備有限公司鄭州電力設計院，河南 鄭州 450000)

通過優化智能變電站布局，保護裝置由集中式布置轉為分布式就地安裝，是智能變電站建設模式的發展方向之一。探討了變電站保護就地化建設的現狀和意義，闡述了變電站中35 kV及以下電壓等級部分的保護就地化設計方案,指出變電站采用保護設備多功能合一、就地化無防護安裝技術，具有無須配置戶外柜防護、安裝更加簡便、對安裝環境要求低等優點。

變電站，繼電保護，就地化技術，無防護安裝

0 引言

隨著資源節約型、環境友好型社會建設的逐步推進，變電站的建設趨向于土地占用少、工程造價低、建設周期短、運維便捷等特點，“新技術、新工藝、新產品、新設備”的采用也為變電站建設模式的改變創造了條件。

通過優化智能變電站布局，保護、測控、計量、智能終端等裝置由集中式布置向功能合一、分布式就地化安裝發展，是智能變電站建設模式的發展方向之一。同時二次設備就地化有利于節省電纜與減少功率損耗；簡化二次回路；節省二次設備室占地面積，節約投資；減少施工的工作量，方便運行維護。

1 保護就地化建設的目的與意義

目前，變電站智能化技術已應用到了500 kV(750 kV)電壓等級，但是因合并單元而導致保護誤動的案例已有發生。因為現階段智能變電站均采用“常規互感器+合并單元”的模式，此模式中間環節多，動作時間長，智能站保護的平均動作時間比常規保護長8 ms～10 ms；單一設備故障可能造成多套保護不能正確動作。

因此，國網基建技術[2015]55號文中規定：“330 kV及以上電壓等級及主變壓器各側，保護、故障錄波、測控、PMU、測距、電能計量等各功能二次設備統一采用模擬量采樣，取消合并單元?！?但目前存量站反措改造困難，且220 kV及以下變電站依然采用“常規互感器+合并單元”方案，電網安全隱患仍然存在。

2 保護設備無防護就地化設計

2.1 保護設備多功能集成方案

為滿足保護設備就地化發展，提升智能站保護系統安全性，我院與二次廠家積極合作研究，提出了二次設備的保護、測控、計量、智能終端多功能合一的保護裝置設計方案。該裝置包括有通信模塊、CPU模塊、電源模塊、功能模塊，其中功能模塊包括保護模塊、測控模塊、計量模塊及智能終端模塊。

該設計方案大大減少單間隔中的二次設備的數量及接線，使接線簡單，并大大減少了網絡傳輸壓力，避免了信息丟失等狀況。同時也為保護設備無防護、就地化的實施提供了條件。

2.2 保護設備無防護、就地化設計方案

關于多功能合一的保護設備，目前河南許繼電氣已經推出相應的測試產品，實現了二次設備的保護、測控、計量、智能終端等功能集成化，同時也實現了該裝置小型化，如圖1所示。

為滿足設備在配電裝置區的直接安裝，實現保護就地化設計，該保護裝置的防護采用了高可靠性、高防護IP68、低功耗、一體化硬件設計；采用全封閉外殼，一體成型設計，完全塵密，如圖2所示。

裝置外殼一體化設計，硬件選用低功耗元器件降低整機功率，該裝置散熱優于傳統戶外柜安裝方式，經測試，在-40 ℃～+70 ℃環境溫度下仍可靠運行。

該保護裝置接口均標準化設計，采用航空插頭實現快速、可靠插接，現場作業時間短，操作簡單方便；接口密封采用特殊工藝處理，滿足防水、防塵等具體要求。

綜上所述，在各種環境下該裝置的IP防護、EMC、熱設計的強度設計，都能滿足運行要求。

針對該保護裝置安裝位置選擇，從綜合因素考慮，推薦采用側壁式支架安裝在匯控柜側或端子箱側，整體效果美觀，方便運維人員巡檢操作。同時，采用預置連接器連接，更換便捷。

3 變電站35 kV部分保護就地化建設方案

由于不同電壓等級的變電站對電網安全運行的影響程度不同，一般而言，變電站的電壓等級越高，對電網的影響越大，對系統設備的可靠性要求也越高。關于該保護設備的應用推廣，變電站35 kV及以下電壓等級的保護設備可作為試點項目。

本文針對某變電站35 kV部分的保護做了建設方案。

3.1 35 kV間隔保護配置

1)電容器、電抗器、所用變間隔。本站35 kV電氣主接線為單母線接線方式，本期每段母線配置無功補償裝置為2臺電抗器、2臺電容器及1臺所用變，每臺無功補償裝置及所用變采用保護、測控、計量、智能終端多合一裝置；當保護裝置就地化布置后，合并單元沒有配置的必要，此時保護系統構成更為簡單，系統可靠性能夠得以進一步地提高。

2)母線設備間隔。本站35 kV母線不配母差保護，由改進后的主變低壓側后備保護作為35 kV母線保護使用，因此該間隔可采用母線測控、智能終端一體化裝置，就地分散布置；35 kV電壓互感器按母線配置，但由于是單母線接線，故不存在電壓并列和切換問題。電壓互感器二次繞組中性點在配電裝置處獨自接地，電壓信號電纜以輻射型方式從PT間隔處向外引接。

3.2 保護設備無防護就地安裝

由于35 kV的多合一保護裝置防護等級高，無液晶及操作面板，采用預置連接器連接。就地化保護可考慮采用側壁式支架直接安裝于配電區的端子箱兩側(經統計，每個間隔最多設備數量不大于8臺)，如圖3所示。

保護裝置接口標準化設計，采用航空插頭實現快速、可靠插接；接口密封采用特殊工藝處理，滿足防水、防塵等具體要求。

4 保護配置方式對比

4.1 安裝方式的對比

1)戶外柜安裝方式優點：a.戶外柜由金屬或非金屬材料制成，為內部設備提供可靠的機械和環境保護的戶外柜體；b.戶外柜配置溫濕度控制系統，能夠根據柜內溫度、濕度變化自動進行調節，為柜內設備提供合適的溫度、濕度環境；c.方案技術成熟可靠、應用廣泛，已有運行經驗，且可統一現階段戶內、戶外站的設計方式。

2)戶外柜安裝方式缺點：a.戶外柜柜體相比常規端子箱尺寸需加大，增加占地面積；b.每面柜需加裝空調，以適應二次設備的運行溫度，增加設備投資；c.需一、二次廠家配合設計、安裝、調試，增加施工周期。

3)無防護安裝方式優點：a.安裝方便，對安裝環境要求低，可直接就地掛裝于一次戶外柜側壁。b.裝置采用機箱一體化設計，選用低功耗元器件降低整機功率，掛裝于柜外，散熱優于傳統戶外柜安裝方式，無需增加空調等設備，降低設備投資。c.依據最高電磁兼容標準設計，裝置尺寸小，并采用預置連接器連接，更換便捷。d.減少一、二次廠家配合工作量，可快速有序地進行生產建設。

4)無防護安裝方式缺點：該設備目前缺少運行經驗。

4.2 經濟性對比分析

站內35 kV部分采用保護就地化技術方案后，取消合并單元；采用保護、測控、計量、智能終端多合一裝置，可取消單獨配置的智能終端。由此分析，可統計出該站35 kV部分的設備數量差異表，見表1。

1009-6825(2017)01-0145-03

2016-10-23

吳 蕾(1983- )，男，工程師； 董若溪(1989- )，男，助理工程師； 趙亞飛(1989- )，男，助理工程師

TM922.4

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