上海220 kV閔東智能變電站特點及事故反措

許宏毅，羅 毅，徐 羚，王春華

(國網上海市電力公司檢修公司，上海 201601)

上海220kV閔東智能變電站特點及事故反措

許宏毅，羅 毅，徐 羚，王春華

(國網上海市電力公司檢修公司，上海 201601)

閔東智能變電站在220kV及主變三側使用IEC61850規約將信息層變為三層：過程層，間隔層，站控層。通過采用過程層交換機，合并單元，智能終端，合智一體裝置等智能設備，使用光纖通信，將傳統保護裝置硬壓板投退改為自動化后臺軟壓板投退方式，實現變電站的智能化。

閔東智能變電站；過程層交換機；軟壓板；智能終端

1 閔東智能變電站概況

1.1 一次設備

220 kV閔東智能變電站屬于上海電網主網架泗涇中心站，位于泗涇分區和新余分區之間。全站分3個電壓等級，3臺主變。220 kV接線方式為雙母線雙分段，山東泰開GIS設備，4條出線，為余東2B12，余東2B11，東北2B39，東北2B40，是閔東站-新余站及閔東站-閔北站的聯絡線。其中余東2B12，余東2B11，1號主變220 kV，2號主變220 kV在I母運行，而東北2B39，東北2B40，3號主變220 kV在II母運行。

110 kV接線方式為單母線三分段，山東泰開GIS設備。35 kV接線方式為單母線六分段，東源電器小車設備。主變為三相三繞組有載調壓變壓器，西門子生產，容量240MVA，油浸自冷，聯結組標號YNyn0d11，有載調壓裝置共17檔，正常運行于第9檔，電壓比220+(+8-8)×1.25%/115/37 。

1.2 二次設備

220 kV保護及主變三側電氣量保護采用雙重化配置，第一套保護用長園深瑞，第二套保護用許繼電氣，均采用合并單元、智能終端及過程層交換機等設備，在自動化后臺操作保護裝置軟壓板投退。

110 kV及35 kV保護為單重化配置，用長園深瑞，使用傳統變電站保護形式。

2 閔東智能變電站信息分層

2.1 IEC61850規約及信息三層結構

傳統變電站自動化系統逐漸暴露出一些問題：通信協議的多樣性、信道及接口不統一、系統的集成度低、來自不同供應商的不同設備信息交換兼容性差[1-5]。目前，IEC61850標準是變電站自動化領域最完善的標準。采用功能分解，數據流和信息建模的方法，實現對設備進行控制、監視、保護和日常維護。智能變電站與傳統變電站信息分層區別見圖1。

圖1 智能變電站與傳統變電站信息分層區別

傳統變電站采用IEC60870-5-103規約，信息層為兩層：間隔層和站控層。間隔層內流變、壓變將采到的模擬量直接用電纜直采給保護裝置，故障錄波，測量，計量及PMU。之后再由這些設備進行模數轉換，并通過交換機傳輸到站控層的自動化后臺及遠方監控[6-8]。同時，開關、閘刀、接地閘刀位置副接點等亦須通過電纜傳輸至各裝置。圖2為傳統變電站220 kV出線流變二次。

圖2 傳統變電站220 kV出線流變二次

智能變電站采用IEC61850規約，信息層分為三層過程層，間隔層和站控層三層。間隔層與過程層的網采信息通過過程層交換機，間隔層與站控層傳輸信息通過間隔層交換機[9-11]。

過程層包括一次設備及合并單元、智能終端二次設備，主要完成模擬量采集，模數轉換，開關量輸入、輸出和操作控制命令發送等功能。

間隔層包括繼電保護裝置，測控，故障錄波，計量，PMU等二次設備，具備對一次設備的保護控制和操作閉鎖，并匯總實時數據信息，通過間隔層交換機傳輸給站控層。同時接收站控層發出的控制操作命令，實現操作命令的承上啟下。其中合并單元至保護裝置和計量為直采，不經過過程層交換機。而合并單元至測控，故障錄波及PMU需要經過過程層交換機。圖3為閔東站220 kV余東2B12合并單元A。

圖3 閔東站220 kV余東2B12合并單元A

站控層包括監控主機，工作站，遠動站，GPS對時裝置等。站控層提供運行人機界面，實現對間隔層設備的管理控制。

智能設備之間幾乎完全為光纖通信，傳輸效率及抗干擾性大大提高。

2.2 過程層交換機故障事故預想

閔東智能變電站與傳統變電站比較，增加了過程層交換機，絕大多數的保護動作過程為直跳，但是以下2種保護功能經過過程層交換機：

2.2.1母差保護啟動遠跳

以閔東站220 kVI母第一套母差保護啟動余東2B12線路遠跳為例，回路為

220 kVI母母差保護裝置A——220 kV過程層A網中心交換機——余東2B12過程層A網交換機——余東2B12保護裝置A

所以過程層中心交換機或過程層支路交換機故障均影響母差保護啟動遠跳功能。

如圖4，在兩套過程層交換機故障情況下，當閔東站余東2B12開關流變間死區故障，則啟動閔東站220 kVI母母差保護動作，跳開閔東站220 kVI母上各支路開關(包括開關1)，及啟動遠跳跳開線路對側開關(包括開關2)。若因為過程層交換機故障導致母差啟動遠跳功能無法實現跳開開關2，則母差保護動作后，故障點未被切除。需要新余站余東2B12距離保護二段跳開開關2。

導致后果：延長了故障的切除時間，影響電網的安全穩定。

解決方案：運維人員發現問題應及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。在過程層交換機故障未處理期間可在調度許可下，將新余站(對站)余東2B12距離保護二段整定值從1區改為2區，加速跳閘。

圖4 閔東站余東2B12開關流變間死區故障

2.2.2失靈保護

失靈保護分為支路保護動作啟動母差失靈，和對側母線保護啟動本側母線保護失靈[12-13]。

(1)支路保護動作啟動母差失靈

以余東2B12線路保護動作失靈啟動母差為例，回路為

余東2B12保護裝置A——余東2B12過程層A網交換機——220 kV過程層A網中心交換機——220 kVI母母差保護裝置A——各支路智能終端A

所以過程層中心交換機或過程層支路交換機故障均影響支路保護動作啟動母差失靈。

如圖5，在兩套過程層交換機故障情況下，當閔東站余東2B12線路故障(假設母聯分段都是運行狀態)，余東2B12開關拒動，欲啟動220 kVI母母差失靈，但因為過程層交換機故障導致余東2B12啟動母差失靈失敗，又因為故障點在220 kVI母母差動作區外，所以220 kVI母母差不會被啟動，220 kVI母母差失靈啟動II母母差也不會被啟動。支路1，2，3，4靠對站距離保護二段、三段切除故障。

導致后果為閔東站全站失電，且對周圍變電站的穩定性產生較大影響。

解決方案：運維人員發現問題應及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。在過程層交換機故障未處理期間可在調度許可下，用上母聯分段解列保護壓板，將支路1(與故障過程層交換機支路共用同一條母線的所有出線)在對站的距離保護二段，三段整定值從1區改為2區，加速跳閘。

圖5 閔東站余東2B12線路故障

(2)對側母線保護啟動本側母線保護失靈

以閔東站220 kVII母第一套母差保護失靈啟動220 kVI母第一套母差保護為例，回路為220 kVII母母差保護裝置B——220 kV過程層A網中心交換機故障——220 kVI母母差保護裝置A——各支路智能終端A

所以過程層中心交換機故障影響對側母線保護啟動本側母線保護失靈。

如圖6，在兩套過程層中心交換機故障情況下，當220 kV正母二段母線故障(假設母聯分段都是運行狀態)，220 kVII母母差動作，跳支路3開關，220 kV2號母聯，220 kV正母分段。若220 kV正母分段拒動，欲啟動220 kVII母母差失靈啟動I母母差，但因為過程層中心交換機故障導致該失靈保護啟動失敗，又因為故障點在220 kVI母母差動作區外，所以220 kVI母母差不會被啟動。支路1，2，4靠對站距離保護二段、三段等切除故障。

導致后果為閔東站全站失電，且對周圍變電站的穩定性產生較大影響。

解決方案：運維人員發現問題應及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。在過程層中心交換機故障未處理期間可在調度許可下，用上正母分段及副母分段解列保護壓板。

圖6 閔東站220 kV正母二段母線故障

3 閔東智能變電站220 kV及主變保護裝置

3.1 保護屏硬壓板與軟壓板

與傳統變電站不同的是，閔東智能變電站的保護裝置壓板以軟壓板的形式，在保護屏或在自動化后臺投退，分為4種：功能軟壓板(相當于功能壓板)，SV接受軟壓板(電壓、電流采集)，GOOSE接受軟壓板(開入量)，GOOSE發送軟壓板(相當于出口壓板)。其中SV接受軟壓板用上，表示合并單元將采集的電流量，電壓量經過模數轉換后可以開入至保護裝置，GOOSE接受軟壓板表示對開關、閘刀、接地閘刀副接點，繼電器位置采集，保護間的啟動和閉鎖等。

閔東智能站220 kV及主變保護屏上的A相跳閘壓板4C1LP1，B相跳閘壓板4C1LP2，C相跳閘壓板4C1LP3，重合閘出口壓板4C1LP4，閉鎖另一套重合閘壓板4C1LP5，這5塊硬壓板為智能終端的出口硬壓板。

與傳統變電站保護屏上保護出口壓板不同之處，以閔東站余東2B12為例：

(1)停用余東2B12，第一套保護屏，跳閘，GOOSE發送軟壓板1GTLP1：只停用余東2B12第一套線路保護，而220 kVI母母差保護啟動余東2B12開關跳閘(包括I母其它支路開關失靈啟動母差跳余東2B12開關)，新余站220 kV母差動作啟動遠跳使閔東站余東2B12開關跳閘，都會跳開本開關，且本開關可以遙分，手分。

(2)停用余東2B12，第一套保護屏，A相跳閘，壓板4C1LP1，B相跳閘壓板4C1LP2，C相跳閘壓板4C1LP3：所有作用于本開關的保護動作均無效，且本開關不可以遙分，手分。

3.2 保護裝置故障事故預想

3.2.1220kV線路保護裝置A故障

在一次設備不停役情況，以余東2B12保護裝置A故障為例，故障至所有軟壓板無法投退，且有誤動風險。

解決方案：因為保護裝置的GOOSE出口壓板以軟壓板的形式存在，又故障至無法操作，則運維人員必須及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。在調度許可下，拉開 余東2B12保護裝置A 第一組操作直流電源小開關。

3.2.2220kV母差保護裝置A故障

運維人員發現220 kVI母母差保護裝置A故障，故障至所有軟壓板無法投退，且有誤動風險。

解決方案：因為保護裝置的GOOSE出口壓板以軟壓板的形式存在，又故障至無法操作，則運維人員必須及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。在調度許可下，拉開220 kVI母第一套母差保護屏 保護直流小開關。

3.2.3220kV母差保護裝置A，B均故障

運維人員發現220 kVI母母差保護裝置A，B均故障，故障至所有軟壓板無法投退，且有誤動風險。

解決方案：運維人員應及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。必須在調度許可下，拉開220 kVI母第一套母差保護屏 保護直流小開關，拉開220 kVI母第二套母差保護屏 保護直流小開關。用上解列保護壓板；該母線上所有出線的對站開關距離保護二段根據整定書由1區改為2區，加速跳閘來保護本站母線。

4 閔東智能變電站智能終端

4.1 智能終端A、B共有的功能

開入量：開關、母線閘刀位置信號，保護屏溫濕度信號，壓力低閉鎖重合閘，跳位監視，保護動作跳閘出口；

開出量：閉鎖另一套重合閘，間隔測控。

智能終端A具備而智能終端B不具備的功能是：

開入量：線路閘刀、接地閘刀位置信號，GIS各類報警、故障信號，本體柜內溫濕度信號，開關合閘出口，開關遙合、遙分。

智能終端A故障與智能終端B故障的處理方式略有不同。因為只有智能終端A有合閘功能，所以當智能終端A故障時，應增加操作第二套線路保護用上停用重合閘功能軟壓板，并停用重合閘GOOSE發送軟壓板。

4.2 智能終端故障事故預想

4.2.1余東2B12智能終端A故障

運維人員發現故障后，應及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。在調度許可下操作：

停用 余東2B12第一套保護屏 A相跳閘壓板4C1LP1，B相跳閘壓板4C1LP2，C相跳閘壓板4C1LP3，重合閘出口壓板4C1LP4，閉鎖另一套重合閘壓板4C1LP5；

停用 余東2B12第一套保護屏 跳閘GOOSE發送軟壓板1GTLP1；

用上 余東2B12第二套保護屏 停用重合閘功能軟壓板2KLP5；

停用 余東2B12第二套保護屏 重合閘GOOSE發送軟壓板2GTLP4；

用上 220 kVI母第一套母差屏 余東2B12強制使能軟壓板8DW，余東2B12_母閘刀強制合軟壓板8DWH_。

4.2.2余東2B12智能終端B故障

運維人員發現故障后，應及時匯報缺陷，請檢修人員盡快處理。在調度許可下操作：

停用 余東2B12第二套保護屏 A相跳閘壓板4C1LP1，B相跳閘壓板4C1LP2，C相跳閘壓板4C1LP3，重合閘出口壓板4C1LP4，閉鎖另一套重合閘壓板4C1LP5；

停用 余東2B12第二套保護屏 跳閘GOOSE發送軟壓板2GTLP1；

用上 220 kVI母第二套母差屏 余東2B12強制使能軟壓板8DW，余東2B12_母閘刀強制合軟壓板8DWH_。

5 結語

過程層交換機、合并單元、智能終端的使用，保護裝置軟壓板的投退實現了變電站的智能化，同時也為運維及檢修人員增加了新的挑戰。要明確智能設備工作原理，故障時受影響的范圍，以便于對異常設備或事故處理。運維人員應加強對智能設備的認識，做好事故預想及反事故措施，積極維護變電站的安全穩定運行。

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FeaturesofShanghai220kVMindongSmartSubstationandItsAccidentCountermeasures

XU Hongyi, LUO Yi, XU Ling, WANG Chunhua

(Inspection & Maintenance Company, SMEPC, Shanghai 201601, China)

The IEC 61850 protocol used in 220kV and three sides of main transformer in Mindong smart substation changes the information layer into three layers: the process layer, the interval layer, and the station control layer. The intelligent devices, such as process layer switches, unit merging, intelligent terminal, boxchip combination devices, are applied and the optical fiber communication is used so that the hard-strap switching mode of the traditional protection device is changed into soft-strap switching mode of automation background, achieving the intelligence of the substation.

Mindong smart substation; process layer switch; soft strap; intelligent terminal

10.11973/dlyny201705012

許宏毅(1992—)，男，助理工程師，從事電力企業變電站籌建及運維工作。

TM76

A

2095-1256(2017)05-0541-05

2017-07-21

(本文編輯：趙艷粉)