220kV智能變電站的繼電保護及自動化系統設計初探

房海斌 傅慶

【摘 要】隨著電力工業的不斷發展，我國電力系統逐漸實現了智能化、網絡化控制，電子技術、信息技術、光電技術逐步應用到電力系統中，電力工業發生了革命性的變革，同時繼電保護技術也得到了長足的發展。

【關鍵詞】繼電保護；自動化；智能化；變電系統

目前，變電站繼電保護以及自動化技術在我國電力行業的應用已經越發成熟，自20世紀90年代起，隨著信息技術、計算機通信技術的不斷發展，我國變電站自動化系統由RTU逐漸邁入了具有革命意義的智能化時代，變電站繼電保護以及自動化技術也獲得了卓著的經濟效益、社會效益，并逐步發展為現代電力企業提高自身管理水平的主要手段。

一、220kV智能變電站的繼電保護及自動化現存問題

變電站繼電保護以及自動化技術在我國電力行業已經得到了廣泛應用，但是該技術的實際應用仍舊存在著諸多問題，主要體現在以下幾個方面：第一，變電站系統的主要作用是采集數據，就當前變電站中所應用的系統來說，就有著PMU、五防操作票、綜自等等，多套系統的存在，就導致變電站出現了采集資源浪費的情況；第二，電力行業發展至今，形成了多個通信規約，比如LEP、POLLING、IEC101、LFP等等，這些通信規約同時存在于通信系統中，尤其是在IEC61850協議全面落實之前，我國變電站各個系統缺少一個統一的標準通訊協議，導致系統和設備、設備和設備、系統和系統之間的數據交換極為困難，在投入使用之前需要耗費大量的時間對其進行調試；第三，因為變電站的保護、測量有著不同的需求，并且每一條電力線路都需要裝備多套CT，需要架設大量的二次電纜，而二次保護以及各個測控設備有著各自的采集單元，從而導致變電站的資源難以實現資源共享，并且設備占地面積也比較大，在設計的過程中需要考慮多個方面的問題，變電站設計工作相對比較復雜；第四，變電站的設計模型、設計理念存在一定的差異，變電站裝置上傳送的信息內容也不完善，信息不夠規范，極其容易出現信息孤島、信息失真、信息不對稱等等問題，不利于工作人員對各種用電信息進行核對，電網在實際運行的過程中，難以針對這些問題作出詳細的判斷[1]。

二、220kV智能變電站的繼電保護及自動化系統設計原則

第一，智能變電站的繼電保護及自動化系統設計必須要遵守“安全可靠、技術先進、標準統一”的原則，在設計的過程中，盡可能確保系統的協調性、可靠性、靈活性；第二，智能變電站的繼電保護及自動化系統設計需要具備一定的前瞻意識，要考慮到一定時間內智能電網的建設發展需求，可應用目前已經成熟的新設備、新技術，開拓新的設計方法、設計思路；第三，智能變電站的繼電保護及自動化系統設計要充分考慮到建設成本，在實現功能的基礎上，考慮到工程初期建設成本以及未來的長期運作。

三、智能變電站的繼電保護及自動化系統設計案例

某220kv智能變電站的繼電保護及自動化系統設計，共有2臺主變壓器，單臺變壓器的容量為180MVA，66KV出線共計10回，220KV出線共計4回。本案例中，220KV電氣主接線采用雙母線接線，設置有專用的母聯，采用雙母線接線形式，66KV電氣主接線設置方式和220KV主接線相同，配電裝置采用HGIS組合電氣裝置。

（一）設計層次

本案例中的智能變電站從物理層面上來看，由一次、二次設備兩個層面構成，而從邏輯關系上來看，則可具體分為過程層、間隔層、變電站層。

1、過程層

一次設備、二次設備的結合層被稱作為過程層，主要功能為以下幾個方面：第一，實時運行電氣檢測；第二，操作控制的驅動以及執行；第三，運行設備的狀態檢測[2]。

2、間隔層

間隔層的主要作用是搜集過程層的主要運作數據，實現對一次設備的監控以及保護，同時也要實現其它控制功能[3]。對于數據采集、控制命令發出、統計運算等等功能，間隔層有著優先控制級別，同時也承擔著承上啟下的傳輸作用，實現變電站層和過程層之間的數據傳輸。

3、變電站層

變電站層的主要作用是匯總整個變電站的實時數據以及信息，然后將信息傳送至電網調度處以及控制中心，同時起到接收控制命令、在線維護、組態、修改參數、過程層執行的作用。

總的來說，在智能變電站的繼電保護及自動化系統設計中，最為主要的、基礎的就是過程層，隨著過程層設備的逐步增加，過程層設計也成為了變電站技術最為直觀的體現[4]。智能變電站系統又可詳細分為集成系統和獨立系統，其中集成系統主要是指將間隔層的功能集中在同一的裝置內，然后利用光纖總線來實現間隔層和站控之間的數據傳輸；獨立系統主要是指間隔層保留保護裝置以及獨立控制裝置，利用統一的站控層以及通信網絡進行連接，然后再由站控層對IED進行合理有效的協調控制。

（二）二次系統設計方案

二次系統的設計方案主要分為兩個類型：第一，分布式設計方案，該方案主要采用分布式的一體化測控裝置；第二，集中式設計方案，集中式設計方案采用集中式測控裝置。本案例主要采用集中式的設計方案，利用網絡實現保護采樣、跳閘。變電站一次設備、二次設備的功能設置均要達到無人值班的設計目標，由集中控制中心來實現遙控，智能變電站的繼電保護及自動化系統設計采用DL/T860（IEC61850）標準，變電站整體設計主要分為站控、間隔、過程三個層次，站控層網絡需采用“IEC61588、GOOSE、SMV”三網合一的設置方式。過程層的設計方案采用“IEC61588+GOOSE”雙網合一的設計方式，采用傳輸速率為100Mbps的雙星形網絡結構，網絡中設置有在線監控功能，站控層網絡利用PRP技術來實現網絡之間的實時無縫切換，過程層66KV、220KV組成雙網結構，實現自動切換[5]。

全站需配置公用時間系統，并支持GPS、北斗雙頻定位信號以及受時信號。過程層、間隔層、站控層均以IEC61588來實現對時。全站配置網絡在線監測裝置以及雙套故障錄波裝置，裝置接入過程層的雙網結構，獲取間隔層采樣值以及開入信息。220KV線路需要利用保護裝置來達到雙端測距的目的，而全站防誤操作功能則由變電站自動化系統、HGIS系統共同實現。整個系統實現順序控制、設備狀態可視化監控，為故障信息分析提供可靠參考。另外，變電站內火災報警、消防、通風、警衛等等輔助系統，采用DL/T860標準實現，UPS等設備采用一體化設計。

結束語

綜上所述，智能變電站的繼電保護及自動化技術，是我國電力行業當前的主要技術，并且也是未來一段時間內，電力行業的主要發展方向。筆者在文中僅對智能變電站的繼電保護及自動化系統設計進行了簡單的探討，更為深入的問題還需廣大從業者進一步分析。

參考文獻：

[1]王家永，魏錐，許凱.220kV智能變電站的繼電保護及自動化系統設計探討[J].南方農機，2017.

[2]朱可.220 kV智能變電站繼電保護及自動化分析[J].現代工業經濟和信息化，2018.

[3]尹柳，鄭雷濤，李煜亮，et al.智能變電站繼電保護裝置自動測試系統的研究[J].低碳世界，2017（12）.

[4]崔方方，運彩霞.220kV智能變電站繼電保護配置方案研究[J].通信電源技術，2017（05）：170-171.

[5]朱海兵，宋亮亮，高磊，et al.智能變電站繼電保護及自動化系統綜合標準化 研究與建設[J].智能電網，2017（9）.

（作者單位：沈陽地鐵集團有限公司運營分公司）