智能變電站就地化繼電保護(hù)技術(shù)方案研究

代金旺

國網(wǎng)山東省電力公司夏津縣供電公司 山東德州 253200

1 繼電保護(hù)就地化配置方案整體配置原則

（1）繼電保護(hù)就地化必須堅(jiān)持繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性的“四性”基本要求，繼電保護(hù)就地化應(yīng)總結(jié)前十年智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，著重解決前期智能變電站中繼電保護(hù)采樣環(huán)節(jié)復(fù)雜、數(shù)據(jù)可靠性降低、智能終端導(dǎo)致的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間增長等問題，進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性和速動(dòng)性。（2）繼電保護(hù)就地化要求“小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、無防護(hù)安裝”：采用緊湊化的結(jié)構(gòu)，減小裝置尺寸，貼近被保護(hù)設(shè)備安裝；要求適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境及各種惡劣氣候的影響，并可進(jìn)行無防護(hù)戶外安裝。繼電保護(hù)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)化接口，實(shí)現(xiàn)與一次設(shè)備間的即插即用，可實(shí)現(xiàn)間隔二次設(shè)備模塊化集成、工廠化預(yù)制、更換式檢修。（3）繼電保護(hù)就地化方案仍按照斷路器設(shè)置間隔保護(hù)單元，如圖1所示。間隔保護(hù)單元采用物理集成、邏輯獨(dú)立的方式實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)、母線保護(hù)和主變保護(hù)等功能，并上送模擬量和狀態(tài)量信息至過程層網(wǎng)絡(luò)。間隔保護(hù)單元貼近一次設(shè)備安裝，采用直接采樣和直接跳閘的方式，減少數(shù)據(jù)采集和跳閘輸出的中間環(huán)節(jié)，縮短電氣連接距離[1]。

圖1 繼電保護(hù)就地化配置方案

2 智能變電站中站控層無線就地保護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.1 就地化保護(hù)的無線接入方案設(shè)計(jì)

選用WIA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)無線接入方案，一方面因其通信速率高，另一方面因其是我國自主研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用增強(qiáng)型星型結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)用自適應(yīng)跳幀、TDMA以及分級(jí)安全策略等技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性以及可靠性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)由主計(jì)算機(jī)、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、接入設(shè)備、就地化保護(hù)設(shè)備以及手持設(shè)備組成。主計(jì)算機(jī)位于站控層的控制室中，操作管理人員可以通過其實(shí)現(xiàn)設(shè)備配置、現(xiàn)場監(jiān)控、保護(hù)投退等功能。網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)外部網(wǎng)絡(luò)與變電站MMS網(wǎng)絡(luò)之間的連接，提供對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換及通信數(shù)據(jù)映射功能，并且還承擔(dān)了網(wǎng)絡(luò)安全管理以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步的功能。接入設(shè)備負(fù)責(zé)就地化保護(hù)設(shè)備與網(wǎng)管設(shè)備的通信，兩者間的所有信息交換都必須通過其進(jìn)行。就地化保護(hù)設(shè)備安裝于一次設(shè)備附近，通過接收上級(jí)指令和一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來控制一次設(shè)備的通斷[2]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)部署方案

采用無線通信模式的就地化保護(hù)需要在就地化保護(hù)裝置上加上無線通信模塊，由于幾乎不需要進(jìn)行線纜鋪設(shè)，因此，布置好網(wǎng)關(guān)以及接入設(shè)備即可按照就地化裝置所在位置接入網(wǎng)絡(luò)。接入方案基于WIA的通信標(biāo)準(zhǔn)，工作頻段采用2.4GHz/5GHz，采用5次重傳機(jī)制，確保丟包率低于0.01%，可靠性高達(dá)99.99%上；采用MIMO技術(shù)，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可設(shè)置最多3個(gè)接入點(diǎn)，H路數(shù)據(jù)流可同時(shí)發(fā)送和接收，網(wǎng)絡(luò)最多可接入100點(diǎn)，循環(huán)周期小于10ms。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 滿足運(yùn)行環(huán)境要求的技術(shù)

就地化保護(hù)裝置安裝在一次設(shè)備旁邊，所處電磁環(huán)境復(fù)雜，干擾強(qiáng)度遠(yuǎn)大于保護(hù)小室，超過了現(xiàn)有的繼電保護(hù)通用條件。就地化保護(hù)裝置需要對(duì)EMC方案做增強(qiáng)設(shè)計(jì)，同時(shí)可采用分布式開關(guān)二次等電位接地網(wǎng)技術(shù)，保證裝置在電磁環(huán)境下可靠動(dòng)作。就地化保護(hù)安裝環(huán)境惡劣，尤其對(duì)于戶外變電站，保護(hù)裝置需要滿足以下要求：（1）保護(hù)裝置滿足標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求，接口密封采用特殊工藝處理，滿足防水、防塵、防誤等具體要求；（2）滿足運(yùn)行環(huán)境要求，能抵御所在地區(qū)高溫、嚴(yán)寒、鹽霧等自然環(huán)境；（3）機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)能抵抗惡劣環(huán)境沖擊和機(jī)械振動(dòng)。針對(duì)不同環(huán)境條件的裝置，應(yīng)有與之適應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 跨間隔保護(hù)數(shù)據(jù)同步技術(shù)

跨間隔保護(hù)就地化后，需要采用時(shí)間同步技術(shù)，保證各間隔子機(jī)精確對(duì)時(shí)。目前，針對(duì)環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)同步技術(shù)，普遍將環(huán)網(wǎng)內(nèi)的報(bào)文傳輸時(shí)延以及駐留時(shí)間兩部分，采用對(duì)稱算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的傳輸時(shí)延，增加駐留修正時(shí)延后，再利用插值同步算法實(shí)現(xiàn)同步對(duì)時(shí)。采樣同步目前主要有3種形式：基于外部時(shí)鐘的采樣、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采樣、基于采樣(中斷)事件的采樣。針對(duì)跨間隔就地化保護(hù)，基于外部時(shí)鐘的同步，在時(shí)鐘異常時(shí)系統(tǒng)不穩(wěn)定，一般不采用；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采樣，對(duì)保護(hù)子機(jī)采樣率要求高(80點(diǎn)/周)，環(huán)網(wǎng)流量負(fù)荷大；所以，跨間隔保護(hù)采樣適合采用基于采樣(中斷)事件的采樣技術(shù)[3]。

4 結(jié)語

智能變電站采用無線就地化保護(hù)的方式極大地減少了變電站站控層與間隔層之間的接線，使變電站的建設(shè)成本尤其是后期維護(hù)成本大大下降。但變電站內(nèi)各類設(shè)備多，且設(shè)備的工作環(huán)境復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)無線就地保護(hù)還需要進(jìn)行大量研究，尤其是解決抗干擾和網(wǎng)絡(luò)安全問題。