變電站就地化保護樁設計方案探析

丁麗平 韓付申

摘 要：隨著信息技術和變電站二次設備生產制造技術的不斷進步，使得智能化變電站建設變為可能。本文從就地化保護樁的結構設計的必要性入手，對就地化線路保護、主變保護、母差保護和保護智能管理單元實施方案展開探討。

關鍵詞：變電站;就地保護;設計

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0171-02

智能變電站構成智能電網的關鍵組成部分，可以進行就地數字化、跨地區的數據信息共享，二次控制回路設置比較簡單，不再需要配置較長的二次控制電纜。當前，智能變電站的設計多采用三層兩網的框架結構，在功能控制邏輯方面主要是由站控層、間隔層和過程層，以及網絡控制裝置構建而成。站控層是由于工控機和操作員站、服務器、網關設備和輔助設施等構成。間隔層則是由測量、保護、計量和測控等多個二次控制子系統構成。過程層為智能控制終端和合并單元等構建而成，可以實現一次設備的功能，還能完成電氣數據的采集、電力設備的運行狀態監測和發出控制指令。

1 變電站就地化保護樁設計的必要性

智能變電站在建設和使用過程中存在的問題被突顯出來，主要體現在智能變電站結構復雜，智能控制終端和合并單元對數據處理存在著較為嚴重的延時，繼電保護整組動作時間比普通變電站要多出7～8毫秒。如果合并單元出現故障，則會造成較大范圍的電氣故障，SV網運行數據對時間同步系統有著較大的依賴性。數據交換裝置數量較多，需要進行較為繁重數據交互工作，如果出現故障則會增加建設資金和后期維護成本。過程層的配置比較繁瑣，控制設備的安裝調試和運行維護需要較大的工作量，改擴建工程對技術有著較高的要求。

采用就地化保護技術可以有效的處理好上述問題，對智能變電站的建設和推廣起到了促進作用，并為其提供了可靠的技術支持。就地化保護技術，可臨近一次電力設備進行安裝和設置，利用電纜就可以完成運行狀態的采集并控制距閘操作，不再采用過程層中的合并單元及智能終端裝置，有效簡化了中間傳輸環節。采用標準的數據通信接口可以滿足就地保護裝置即插即用的要求，通過工廠化預制的手段進行生產，對保護裝置進行集中調試，模塊化的設計可以為安裝維護提供便利，從而提高了變電站的工作效率，縮短停電檢修時間。采用一體化的設計方式，可以把間隔功能進行高度地集成，使得繼電保護裝置小型化，避免采用太多的控制設備，有效地減小了電力設備缺陷率。

2 就地化保護裝置結構特點

智能變電站就地化保護裝置結構方式緊湊小巧，便于安裝維護和拆卸。對外部數據接口應用電連接器及光纖連接器，應用預制電纜及光纜實現與外部的連接。每個電連接器可以通過光纖連接裝置實現數據傳輸，設計有物理防誤插保護手段，從連接器的對接方向、不同連接器相互間可以避免出現誤插問題。保護裝置采用金屬密封方式，防護等級達到IP67的性能要求。可以在零下40℃到零上70℃內正常工作。有著較強的電磁兼容性能，電場強度可以達到每米19千伏，磁場強度達到1130微特。該保護裝置有著較強的抗振動性能，設計有防跌落保護結構，沖擊和碰撞性能可以達到規定要求。

3 就地化保護樁具備的性能特點

智能變電站采用就地化保護樁，可以更好地提供技術支持，該裝置具有如下多種優點：（1）采用單間隔就地化線路保護方式，有效地降低了保護采樣時間，簡化了跳閘信號傳輸步驟，會常規變電站保護動作時間減少了7～8毫秒。（2）不再采用GOOSE虛擬端子、間隔合并單元等，使得智能變電站的配置工作量大幅降低。（3）采取跨間隔就地保護方式，可以利用雙向環網技術來保證數據信息的冗余備份，每個控制節點通信產生中斷，系統的正常通信不會受到影響，具有較高的可靠性。（4）采用GOOSE及SV的收發方式，可以為變電站保護裝備提供準確的控制，還具備運行數據的采集處理功能。（5）對光纜和電纜的接線進行了優化，減少了接線的工作量。就地化保護樁和常規智能變電站保護性能對比如表1所示。

4 就地線路保護實施方案

針對智變電站實際情況，可以制定出有針對性的就地線線路保護實施方案：（1）采用間隔內功能縱向集成的設計理念，對智能終端和合并單元的功能進行了集成。（2）線路保護有著全面的主備保護設計，雙重線路可以單獨進行設置。（3）利用模擬量電纜進行信號采樣，可以對同期電壓、間隔保護電流、電壓進行采集處理。利用SV網絡來輸出間隔電流、電壓數值。（4）采取電纜直接跳閘保護方式，利用GOOSE網絡輸出跳閘動作信號，也可以接收其它保護裝置的運行信號，比如，閉鎖重合閘信號、啟動信號等。（5）可以利用電纜來接收斷路器的運行信息。（6）設置有SV及GOOSE過程層具備的數據輸出功能，可以為變電站區域提供可靠地保護，數據采集頻率為4千赫茲。（7）縱聯通道設計為2路不同的路由信號通道。

5 就地化主變實施方案

為了更好地對主變器進行保護，需要采取如下實施方案：（1）就地化主變實施檔案主要是由主機以及各個子機來共同組成。兩者之前主要是通過HSR環網來實現信息的發送和接收。保護主機主要是由系統整體的保護功能、對外管理功能以及系統子機整體的功能組成，通過HSR來實現整個環網各種采樣數據以及開關量的接收，并在此基礎上實現對信息的邏輯運算。最終還會通過HSR來將運算的結果發送到各個子機上，并充分利用GOOSE網來實現跨間隔開關量的收發。保護子機的主要作用是實現對間隔模擬量、開關量的及時采集，并對出口形成保護。最終采集的信息會利用HSR來實現到主機的傳送，而主要發送的開關量等信號則主要是應用在出口。（2）針對子機可以充分利用電纜來實現直接采樣或者可以采取電纜直接跳閘等幾種方式，應該合理的使用電纜連接方式來實現合理的處理裝置接受的斷路器位置，而且必須要采取GOOSE網絡方式來實現其他咬牙裝置之間啟動一級閉鎖等信號的傳輸。（3）要保證主機與子機之間都具備SV以及GOOSE編程共口輸出功能，這樣站域等保護就能夠實現良好的應用，將其采樣率設置為4kHz，充分利用GOOSE組網來實現子機與其他保護之間的信息交互。（4）保護裝置的保護功能實現不會依賴這對外部的實時系統來實現。

需要特別注意的是，主變保護主機、子機之前充分利用環網通信能夠進一步提升可靠性，如果其中任何一個節點存在通信中斷現象的時候，整個環網的通信仍可以保持正常運轉。而且還能夠充分結合變電站的整體規模實現對子環網的進一步劃分，這樣就能夠讓環網整體的傳輸流量得到進一步的控制，傳輸的裕量也能得到進一步提升，后續的拓展也更加方便。

6 就地化母差保護實施方案

（1）充分結合互感器接入方式來實現對母線保護的設計，并利用電纜直接采樣、電纜直接跳閘的方式。（2）通過積木式來實現對母線保護的設計，則整個保護系統主要通過基礎保護系統以及多個擴展的保護系統來共同組成，并以基礎保護系統為基礎來設計出星型的拓撲結構。（3）要保證基礎保護系統以及各個擴展保護系統能夠實現在8個不同的間隔中的靈活連接，在間隔中的各個系統的具體分布狀況主要是充分結合工程實際的施工狀況，讓設備的生產廠商來實現提前設置。（4）基礎保護系統的主要作用就是要在8個間隔中實現對各種模擬量以及開關量的實施采集，并針對相應的間隔來完成具體的分相跳閘出口工作，實現對邏輯功能、智能管理單元接口、過程成網絡通信接口功能等的保護。（5）擴展保護系統的主要作用是針對8個間隔實現開關量以及模擬量的及時采集，并作為對應間隔的分相跳閘出口。（6）保護、擴展系統可以便捷地輸入電壓、電流模擬信號，每個區段母線電壓可以單獨進行間隔接入，保護、護展系統相互間可以實現點對點數據連接。（7）保護、擴展系統以共口模式進行SV、GOOSE數據信息傳輸。（8）保護、擴展系統具備過程層共口數據傳輸能力，可以變電站區域提供其它的保護，采樣頻率設置為4千赫茲。（9）聯鎖保護信息可以利用GOOSE通信網進行傳輸。

7 就地化保護智能管理單元

該功能單元可以通過人機界面來展示出就地化保護裝置的運行信息，具備監視診斷、數據備份、參數設置和界面展示等功能，可以與不同廠商生產的保護裝置實現數據兼容，主要有功能有：（1）界面展示。可以向用戶展示就地保護的模擬量向量、序分量計算，顯示出保護裝置的負荷情況，為維護管理人員提供檢查提供便利。（2）數據備份。為了保證數據信息的安全，可以對保護設備參數信息進行備份，文件主要有CID、工程參數等。（3）監視診斷。結合就地保護樁上傳的報警信息、監測數據等，對保護裝置運行情況進行評估，結合數據信息的改變趨勢進行故障報警，還可以采集到溫度、電壓、光口強度等，會以圖形方式體現出來。

8 結語

隨著繼電保護技術的不斷進步，可以把智能化變電站就地化保護樁作為基礎，建立起三網合一的電網架構。需要結合變電站規模，確定出最合理的保護配置方案，保證智能變電站可以安全、可靠地運行。

參考文獻

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