一種220kV智能變電站就地化保護配置方案

李永周 侯偉 段運鑫

摘要：現有智能變電站多采用三層兩網結構，存在占地大、成本高、故障率高、速動性和可靠性低等缺點。作者分析了就地化保護的優點，提出了一套220kV智能變電站就地化保護全站配置方案，對就地化保護的普及和應用具有重要意義。

關鍵詞：智能變電站；就地化保護；配置方案

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0075-02

隨著計算機技術、芯片技術、網絡通信技術、保護自動化技術的發展，智能變電站的核心技術經歷了跨越式的發展，已經日趨成熟。較傳統變電站而言，智能變電站具有集成化、數字化、智能化的特點，其建設周期短，運行效率高，但隨著智能變電站大規模建設和投運，在長期運行過程中也暴露出了一系列的問題。如過程層設備數量多，硬件成本增加，故障幾率增加，降低了繼電保護系統的速動性和可靠性；戶外運行環境較差，發熱量大，長期運行故障率較高，日常維護難度增大；需要設置專門的繼電保護小室，占地面積大，現有模式還有繼續優化的空間。鑒于以上問題，國家電網公司制定了《國家電網公司繼電保護技術發展綱要》，確定了220kV及以下電壓等級常規采樣就地化保護整體技術方案，因此采用就地化保護成為大勢所趨。

1 智能變電站就地化保護的特點

與智能變電站微機保護+合并單元+智能終端模式相比，就地化保護具有小型化、高可靠性、高防護的特點，可實現無防護安裝和即插即用。具體有以下特點：（1）就地化保護裝置小型化，接口標準化，即插即用，簡化二次接線。（2）就地化保護采用SV、GOOSE、MMS三網合一共口輸出，構建全站保護專網實現二次設備信息交互。（3）采用預制式航插，標準化配置，互操作性強，有效防止現場“誤接線”。（4）可實現“工廠化調試”和“更換式檢修”，安裝、調試、檢修、更換更加方便，大幅縮短停電時間，減少運維工作量。（5）電纜采樣、直接跳閘，減少數據傳輸中間環節，提高保護的可靠性和速動性。（6）保護功能不依賴于外部對時系統，也不受SCD文件影響。（7）IP67防護等級，滿足就地化安裝環境條件及長壽命要求。（8）取消保護屏柜，就地安裝，節約土地面積，減少光纜和電纜使用量，實現降本增效。

2 全站配置方案

全站采用IEC61850體系，取消過程層，站控層和間隔層分別采用雙星型以太網；保護裝置就地化配置，電纜直接采樣，直接跳閘，通過光纖分別接入保護專網A和保護專網B。保護專網負責傳輸SV、GOOSE、和MMS報文，保護專網A/B之間采用隔離裝置隔離，二者獨立。智能管理單元同時連接保護專網A/B和站控層網絡，作為二者的橋梁。

220kV保護裝置、管理單元、錄波器、保護專網和站控層網絡均采用雙重化配置。就地化線路保護獨立完成保護功能；就地化變壓器保護采用分布式模式，按側配置保護子機；就地化母線保護采用積木式可擴展設計，每個子機支持多個間隔，根據變電站實際規模靈活配置子機數量。其中變壓器保護和母線保護分別設置高可靠無縫冗余的雙向雙環網，用于各子機之間的高速數據傳輸。智能管理單元組柜安裝于主控室，各保護子機在其就地化保護端子箱側壁外掛安裝，主變保護子機安裝在主變對應側儀控柜內，母線保護子機就近安裝在對應支路附近儀控柜內。

系統架構圖如圖1所示。

2.1 線路保護配置方案

（1）配置原則：保護采用雙套冗余配置，功能相互獨立，兩套保護均具備完整獨立的主后備保護功能；通過電纜完成模擬采樣、開關量采集和保護出口；具備SV、GOOSE和MMS共口輸出功能，通過保護專網與其他設備交互信號；按間隔在就地控制柜中配置兩套操作箱，完成對本間隔斷路器的跳合閘控制功能。

（2）配置方案：線路保護雙重化配置，每套保護具備完整獨立的主后備保護功能，兩套保護之間相互獨立。裝置就地安裝于本間隔就地控制柜。裝置采用單端預制的標準電連接器完成電纜直采直跳，并通過保護專網與其他設備交互信號。裝置采用光B碼對時。具體配置如圖2所示。

2.2 變壓器保護配置方案

（1）配置原則：變壓器保護采用分布式設計，就地安裝；所有子機均通過電纜完成本側模擬采樣、開關量采集和保護出口；子機之間通過光纖雙向雙環網進行通信；子機保護功能冗余配置，各保護子機可獨立完成所有保護功能。

（2）配置方案：變壓器保護配置差動保護、高/中/低后備保護，在高、中、低和中性點側（可選）分別配置保護子機，子機之間采用千兆光纖雙向雙環網通訊。保護采用無主模式，各子機完成對應側模擬量、開關量采集，通過環網通信進行信息交互，各個子機下裝相同的定值，獨自完成全部保護功能。子機下放各側端子箱，就地安裝。裝置采用光B碼對時。具體配置如圖3所示。

2.3 母線保護配置方案

（1）配置原則：母線保護采用模塊化可擴展設計，就地安裝。電纜直接采樣，直接跳閘；各子機通過保護專用環網進行電壓電流及開關量的傳送，子機獨立運算、獨立出口；子機保護功能冗余配置，每臺均具有完整的母線保護功能；每臺子機最多接入7個間隔元件，就近安置于所接入間隔附近；子機之間通過光纖雙向雙環網進行通信；跳母聯、分段、啟動失靈等通過保護專網采用 GOOSE 方式實現。

（2）配置方案：母線保護采用積木式設計，根據支路數目設置一個或多個母線子機。每臺子機可接入8個間隔元件，就近安置于所接入間隔附近。每個子機通過元件保護環網接收其他子機采集的模擬量和開關量信息，獨立完成所有保護功能。裝置采用光B碼對時。具體配置如圖4所示。

2.4 智能錄波器配置方案

智能錄波器采用雙套冗余配置。智能錄波器接入保護專網和站控層網絡，實現SV、GOOSE、MMS所有應用數據的完整記錄、全景可視化展示、綜合分析與診斷、遠傳及管理、PMU等功能。

2.5 智能管理單元配置方案

智能管理單元雙套冗余配置，與保護專網連接，獲取保護數據，同時連接站控層MMS網，將保護數據傳送給其他站控層設備。智能管理單元通過新增網關機接入調度保護主站。

智能管理單元作為全站就地化保護裝置的人機接口，支持不同廠家之間的互聯互通，全景展示實時采樣、告警信息、定值參數和軟壓板狀態，完成參數設置、定值整定和軟壓板投退等操作，同時對SCD中其他信息修改可能對保護造成的影響起到隔離作用，實現全站保護裝置的全壽命周期管理。

3 結語

目前，就地化保護的應用還處于掛網試運行階段，由于之前變電站裝置都是防護型安裝，因此對于無防護的安裝方式，目前多建立在理論分析基礎上，缺少實際數據支撐，需要收集裝置的運行數據、環境數據，并以此原始數據為基礎分析，不同的安裝環境、安裝方式、運行方式，對于裝置的運行性能的影響，并嘗試找出最佳方案。本文在分析了智能變電站就地化保護特點的基礎上，提出了一整套220kV智能變電站就地化保護配置方案，該方案相比傳統的智能變電站配置，具有占地面積小、就地化程度高、安裝維護和檢修方便、防護等級強、可靠性高等特點，而且功耗降低70%，保護動作時間縮短35%、光纜數量使用降幅近60%，保護屏柜數量降幅達60%，整站安裝調試時間縮短70%以上。該方案已在國家電網某220kV變電站掛網試運行，通過對試運行數據的收集、分析和優化，對之后就地化保護的普及和應用都具有重要意義。