對即插即用就地化保護技術(shù)方案的分析

王連冠

摘要：為了提高我國智能變電站的保護裝置的運行穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)能力，并降低變電站的運行成本，引入了即插即用就地化保護裝置。本文簡要的分析了即插即用就地化保護的裝置、即插即用就地化保護硬件及軟件系統(tǒng)以及即插即用就地化保護子系統(tǒng)配置中主變保護、線路保護、母差保護子系統(tǒng)設(shè)計的方案。

關(guān)鍵詞：即插即用;就地化保護;整體方案

引言：近年來，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化，傳統(tǒng)變電站逐漸向智能化轉(zhuǎn)型，智能變電站在迅速發(fā)展起來的過程中，面臨著一些技術(shù)性問題。智能變電站在性能的穩(wěn)定、保護速動性、系統(tǒng)可靠性上較低，二次“虛回路”無法直觀顯示，從而給回路的設(shè)計和配置增加了工作難度。經(jīng)國網(wǎng)組織設(shè)計了即插即用就地化保護系統(tǒng)。

1.即插即用就地化保護的裝置

即插即用就地化保護裝置是一種就地化的二次裝置，根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC61850進行開發(fā)、設(shè)計的，具有高防護、一體化、抗電磁干擾性強的能力，能夠滿足無防護的情況就地保護的需求。即插即用就地化保護裝置往往直接連接開關(guān)場或是一次設(shè)備集成安裝保護裝置。即插即用就地化保護裝置具有散熱性能良好、航空插頭、小型化等優(yōu)點，安裝模式由傳統(tǒng)的屏保安裝轉(zhuǎn)為就地戶外安裝模式，標(biāo)準(zhǔn)化連接器的使用減少了操作時誤碰、錯誤接線的事故發(fā)生的概率[1]。即插即用就地化保護的裝置通常安裝在變電站的間隔層，一般情況下使用預(yù)制航插硬進行連接，可以與變電站的通訊子信息設(shè)備進行通信。即插即用就地化保護裝置以CPU1、CPU2、GOOSE、管理、交流、開入、開出幾個模塊組成，采用的是雙核處理器，往往使用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的互感器輸入。即插即用就地化保護裝置具有不依賴于外接系統(tǒng)、設(shè)備，與傳統(tǒng)的保護系統(tǒng)相比較起來，系統(tǒng)的穩(wěn)定性并未有所降低。利用智能化變電站的數(shù)據(jù)共享，對于開入、開出電纜的設(shè)置進行簡化，提高裝置的防護等級。二次設(shè)備的使用種類減少，對于同種類型的設(shè)備通用化，具有可替代性，保護輸入輸出的可靠性等特點。即插即用就地化保護裝置可以滿足數(shù)字化變電站的基本需要，并且具有面向通用化對象的變電站事件功能。即插即用就地化保護理念，一般是強調(diào)將外部設(shè)備接入到變電系統(tǒng)中，不需要人工進行干預(yù)，系統(tǒng)會對其自動識別，因此在多項領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

2.即插即用就地化保護硬件及軟件系統(tǒng)

為了確保即插即用就地化保護裝置能穩(wěn)定的運行，在多種適用于多種自然環(huán)境，且在電磁場環(huán)境較為復(fù)雜的能夠保證系統(tǒng)的安全性、運行的持久度。即插即用就地化保護裝置使用了IP防護、智能化管理單元、航空插頭、低耗能的熱設(shè)計技術(shù)、EMC[2]。IP防護的端口銜接使用的是高IP防護的航空插頭，密封件使用的則是具有防腐性的戶外材料，LED裝置只做部分部灌膠處理。即插即用就地化保護裝置是一體化成型的，外殼做了密封設(shè)置，防護級別可達IP67級。熱設(shè)計根據(jù)應(yīng)力-強度模型、并按照無防護的戶外運行標(biāo)準(zhǔn)進行的設(shè)計的，依照國家制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計記錄各區(qū)域的溫度值。EMC是根據(jù)GIS隔離開關(guān)的分和試驗，依照ECVT，并做了VFTO的測試，再進行設(shè)計的。裝置的接口標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)端子定義標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計的，一般使用的是航空插座、電纜，進行快速、可靠的插接，接口的密封按照防塵、防水標(biāo)準(zhǔn)進行，使用特殊的密封工藝進行處理，不同廠商的裝置可進行互換。為避免出現(xiàn)誤接線、誤碰情況的出現(xiàn)，使用不同的色帶設(shè)計，以達到減少工作量的目的。即插即用就地化保護裝置在取消液晶屏顯示后，站控層設(shè)置了智能管理單元，采用了人機交互模式，同時實現(xiàn)集中化配置的功能。設(shè)備維護及維修完全采用一鍵式操作，使得設(shè)備運行更為便捷。

3.即插即用就地化保護子系統(tǒng)配置

3.1主變保護

由于變壓器在各端口開出的模擬量、開出量多，對于集中式變壓器進行保護，就很難對就地化保護裝置的安裝的地點進行選擇，所以考慮用配置變壓器對子機進行保護。與此同時，不僅規(guī)避掉了長電線纜所帶來的風(fēng)險，也一定程度上方便了有關(guān)人員對于設(shè)備的檢測和維修。可以使用無主式環(huán)網(wǎng)方式、主后分體環(huán)網(wǎng)方式、有主式環(huán)網(wǎng)方式對于分布電壓進行保護。無主式環(huán)網(wǎng)方式中，在變壓器不同側(cè)配有相同的分布式子機。分布式子機從其他的側(cè)子機處共享數(shù)據(jù)，并就地記錄模擬量、開關(guān)量的數(shù)據(jù)，進行保護時跳一側(cè)開關(guān)，并給每個子機都設(shè)置主后一體保護的功能。主后分體環(huán)網(wǎng)方式在變壓器的低、中、高的每一側(cè)都設(shè)置后備分布式子機，利用環(huán)網(wǎng)將模擬量發(fā)送給差動保護子機，并對每一個各子機的每一側(cè)的模擬量、開關(guān)量進行記錄。每一側(cè)的保護子機都是按照獨立運行保護邏輯進行工作，后備保護進行時，跳到對應(yīng)側(cè)，電纜跳閘，如跳至其他側(cè)，則相對應(yīng)的子機重復(fù)跳閘的動作。差動保護子機向每一側(cè)的子機發(fā)出指令。有主式環(huán)網(wǎng)方式，變壓器的低、中、高側(cè)的每一側(cè)都配備相同的分布式子機，子機運行就記錄下跳閘端的功能，不運行時保護邏輯。主機利用環(huán)網(wǎng)接收子機的模擬量、開入量，子機纜出現(xiàn)跳閘時，是由于子機向其發(fā)出了指令。有主式環(huán)網(wǎng)方式中對于就地變壓器的保護，主機根據(jù)環(huán)網(wǎng)接收的邏輯模式收集并對數(shù)據(jù)進行采樣，以及對于開關(guān)量的記錄。引入HSR網(wǎng)絡(luò)，有效實現(xiàn)跨間隔保護的實施。

3.2線路保護

線路保護往往配置完整的主后備保護功能，2套保護系統(tǒng)保護功能各自分開，通過模擬電纜進行采樣，利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收其他保護裝置、控制設(shè)備的信號，如聯(lián)鎖、閉鎖的重合閘關(guān)的信號由電纜對斷路位置信息進行接收[3]。即插即用就地化保護近期使用SV+GOOSE共網(wǎng)與MMS獨立分開的方式進行，而遠期使用的是SV、GOOSE、MMS三網(wǎng)融合。每次線路回路都是依據(jù)雙重配置方式進行的，并且能及時反映各種障礙，由具備選相功能的全線化的速動線路對其進行保護。本間間隔數(shù)據(jù)的獲得由站域、其他保護系統(tǒng)、控制設(shè)備協(xié)助完成，并對本間間隔設(shè)備進行有效控制。本間間隔相關(guān)的一次設(shè)備與二次設(shè)備通過每回線路根據(jù)間隔配備間的單獨的測控裝置來實現(xiàn)，本間間隔安裝于就地控制柜內(nèi)。

3.3母差保護

母線保護往往采用積木式設(shè)計原理，一般為基礎(chǔ)保護和多個擴展保護系統(tǒng)組成，基礎(chǔ)保護一般是以星形與環(huán)形的方式進行拓?fù)溥B接的。即插即用就地化保護裝置的母線保護設(shè)計通常是按照互感器的連接方式進行的。基礎(chǔ)保護與擴展保護一般情況下可以靈活的接入電壓模擬量或者是電流模擬量，通常具有SV、GOOSE過層共口輸出功能，母線的電壓是按照一定的間隔接入的，通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳送的方式進行聯(lián)鎖、閉鎖信息的傳輸。即插即用就地化保護裝置中母線保護的方向一般使用的是環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護方式和星形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護方式。星形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護方式，通過主站、間隔單元共同完成，一般使用的是對點直聯(lián)，主機的點對點口借助點對點光纖與各子機連接。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護方式，子機借助串聯(lián)的環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)接收通過間隔單元傳遞的信息，并向其他間隔傳輸收集、記錄的信息，而主機由環(huán)形網(wǎng)絡(luò)對以上信息的處理對母線進行保護。進行比對后，雖然環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護方式也適用于就地化保護安裝，但相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，目前為止仍然以。星形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護方式為主。

結(jié)論：綜上所述，雖然即插即用就地化保護裝置的研發(fā)有了諸多的成果，但在變電站的運營生產(chǎn)中大面積投入使用還需要一段時間，也面臨著較多的挑戰(zhàn)。即插即用就地化保護裝置的安裝上承受的VFTO高過于傳統(tǒng)的保護模式，為了克服這方面影響，要繼續(xù)開展研究。即插即用就地化保護系統(tǒng)在未來應(yīng)用面將更廣泛。

參考文獻：

[1]劉興勇，呂昕昕，盧卓群.智能變電站即插即用就地化保護應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2018（17）：182+191.

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[3]康毅.就地化保護虛回路即插即用方案[J].電力設(shè)備管理，2020（05）：35-36+39.