繼電保護(hù)重載通信設(shè)備和光纜治理研究

鄧 舒

(福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司,福建 福州 350003)

0 引言

近年來,電網(wǎng)朝著高壓及超高壓方向發(fā)展,隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展,對(duì)電網(wǎng)控制與管理的要求也越來越高。作為智能電網(wǎng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),繼電保護(hù)對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重要的意義。 光纖電流差動(dòng)保護(hù)的簡(jiǎn)單性和可靠性,使其成為高壓和超高壓線路保護(hù)的主要方式,逐漸取代傳統(tǒng)的高頻距離保護(hù)方式。

隨著光纖電流差動(dòng)保護(hù)大力推廣,通信設(shè)備和光纜承載保護(hù)業(yè)務(wù)數(shù)量急劇增加,承載繼電保護(hù)數(shù)量8套及以上,屬于重載設(shè)備或光纜。 根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)有限公司關(guān)于印發(fā)《國(guó)家電網(wǎng)有限公司安全事故調(diào)查規(guī)程》的通知:220 kV 以上系統(tǒng)中,一條通信光纜或同一廠站通信設(shè)備(設(shè)施)故障,導(dǎo)致8 條以上線路出現(xiàn)一套主保護(hù)的通信通道全部不可用。 這種事件為六級(jí)設(shè)備事件,嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全生產(chǎn)和運(yùn)行[1]。 因此,文章提出有效重載的治理方法,降低重載通信光纜和設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn),降低電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

1 繼電保護(hù)配置

1.1 繼電保護(hù)類型

220 kV 以上線路保護(hù)設(shè)備主要采用高頻距離保護(hù)和光纖差動(dòng)保護(hù)。 高頻距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離,根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。 光纖差動(dòng)保護(hù)是利用光纖通道對(duì)比兩側(cè)斷路器流入電流等于流出電流,產(chǎn)生差流達(dá)到保護(hù)定值即動(dòng)作[2]。 高頻距離保護(hù)原理簡(jiǎn)單,動(dòng)作可靠,但不能實(shí)現(xiàn)全線快速保護(hù),而光纖差動(dòng)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)全線快速保護(hù),且保護(hù)動(dòng)作高效和可靠。

1.2 繼電保護(hù)通信通道

220 kV 以上線路保護(hù)應(yīng)采用雙重化配置,每套線路保護(hù)裝置應(yīng)具備雙通道接入能力,原則上應(yīng)采用光纖通道。 光纖通道在繼電保護(hù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中主要采用專用芯保護(hù)通道和2 M 復(fù)用保護(hù)通道[3]。 專用芯保護(hù)通道是利用專業(yè)光纜纖芯直連在帶光口的繼電保護(hù)設(shè)備,避免復(fù)用保護(hù)裝置經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而引發(fā)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。 2 M 復(fù)用保護(hù)通道是通過傳輸設(shè)備的2 M 接口提供保護(hù)切換,由于中間多增加光電轉(zhuǎn)換裝置和傳輸設(shè)備,增加故障點(diǎn),提高纖芯使用利用率。 通道傳輸示意如圖1 和圖2 所示。

圖1 專用芯保護(hù)通道連接示意

圖2 2 M 保護(hù)通道連接示意

2 繼電保護(hù)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

2.1 重載光纜和設(shè)備計(jì)數(shù)原則

通信傳輸設(shè)備或光纜故障,通信通道中斷,造成220 kV 及以上繼電保護(hù)業(yè)務(wù)中斷,計(jì)數(shù)1;通信傳輸設(shè)備或光纜故障,通信通道中斷,不會(huì)造成220 kV 及以上繼電保護(hù)業(yè)務(wù)造成業(yè)務(wù)中斷,不計(jì)數(shù);承載繼電保護(hù)數(shù)量8 套及以上,屬于重載設(shè)備或光纜[4]。

2.2 繼電保護(hù)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

以福建省為例,福建省繼電保護(hù)業(yè)務(wù)通道基本采用專用纖芯或者2 M 通道,光纖化率達(dá)到100%,繼電保護(hù)設(shè)備端口主要以單口模式,部分保護(hù)設(shè)備采用AB 口。

2.2.1 重載光纜現(xiàn)狀

福建全省承載220 kV 及以上繼電保護(hù)業(yè)務(wù)光纜情況統(tǒng)計(jì)如表1 所示。 500 kV 線路重載光纜最嚴(yán)重。

表1 福建全省承載220 kV 及以上繼電保護(hù)業(yè)務(wù)光纜情況統(tǒng)計(jì)

2.2.2 重載設(shè)備現(xiàn)狀

福建全省承載220 kV 及以上繼電保護(hù)業(yè)務(wù)設(shè)備情況統(tǒng)計(jì)如表2 所示。 省級(jí)傳輸設(shè)備重載問題最嚴(yán)重。

表2 福建全省承載220 kV 及以上繼電保護(hù)業(yè)務(wù)設(shè)備情況統(tǒng)計(jì)

3 繼電保護(hù)重載原因

3.1 光纜資源受限

目前,省內(nèi)500 kV/220 kV 變電站基本有2 回出線,但每回出線上只架設(shè)1 根OPGW 光纜,每條500 kV/220 kV 線路保護(hù)需要至少2 條獨(dú)立通信路由,這就導(dǎo)致除了需要開通直達(dá)光纜路由,還需要組織1路迂回的通信通道作為保護(hù)通道。 由于電力光纜建設(shè)依附于電網(wǎng)網(wǎng)架,光傳輸設(shè)備組網(wǎng)依附于現(xiàn)有光纜資源,光纜資源不足,造成光傳輸網(wǎng)絡(luò)受限,傳輸設(shè)備在開通保護(hù)通道時(shí)受限。 因此,傳輸設(shè)備造成重載問題,同時(shí)也導(dǎo)致光纜重載。

3.2 電網(wǎng)網(wǎng)架受限

根據(jù)《國(guó)調(diào)中心、國(guó)網(wǎng)信通部關(guān)于印發(fā)國(guó)家電網(wǎng)有限公司線路保護(hù)通信通道配置原則指導(dǎo)意見的通知》,對(duì)于50 km 以上長(zhǎng)輸電線路,保護(hù)通道采用2 M 復(fù)用保護(hù)通道;對(duì)于50 km 及以下短線路,保護(hù)通道采用專用光纖芯或2 M 復(fù)用保護(hù)通道。 由于電網(wǎng)網(wǎng)架制約,傳輸組網(wǎng)受限,500 kV 線路保護(hù)第二迂回路由需要開通在多臺(tái)傳輸設(shè)備上,造成傳輸重載問題。

3.3 繼電保護(hù)裝置選型受限

目前,福建省內(nèi)220 kV 以上保護(hù)設(shè)備采用單口模式占比98%以上,保護(hù)設(shè)備不具備冗余能力,連接通信通道(光纜或傳輸)故障導(dǎo)致保護(hù)業(yè)務(wù)中斷,造成單口繼電保護(hù)裝置退出運(yùn)行。 8 條以上單口繼電保護(hù)裝置承載在同一根光纜或同一設(shè)備上,就造成設(shè)備或光纜重載。

3.4 繼電保護(hù)通道方式選擇不合理

對(duì)于地區(qū)220 kV 線路長(zhǎng)度小于50 km,保護(hù)通信通道可以采用專用芯或2 M 復(fù)用保護(hù)通道。 在選擇保護(hù)業(yè)務(wù)通道時(shí),2 套保護(hù)業(yè)務(wù)都采用2 M 復(fù)用保護(hù)通道,這就加重了傳輸設(shè)備承載保護(hù)業(yè)務(wù)數(shù)量,造成設(shè)備重載。

3.5 其他

由于用戶電廠接入,用戶電廠的光傳輸設(shè)備的數(shù)量不同步于電網(wǎng)的光傳輸設(shè)備,開通繼電保護(hù)業(yè)務(wù)時(shí),只能接在光傳輸設(shè)備上,造成設(shè)備承載保護(hù)業(yè)務(wù)不均衡,產(chǎn)生設(shè)備重載問題。

4 繼電保護(hù)重載治理思路

4.1 豐富光纜網(wǎng)架

針對(duì)舊線路,多回線路只架設(shè)單根光纜時(shí),通過電網(wǎng)技改項(xiàng)目將另一回的光纜架設(shè)上,或者隨著電網(wǎng)基建項(xiàng)目對(duì)舊線路開斷建設(shè)項(xiàng)目,同步將光纜補(bǔ)建上。

新投產(chǎn)線路,220 kV 及以上線路和重要110 kV 線路雙地線均建設(shè)為OPGW 光纜,兩個(gè)站之間多回線路,建議隨線路工程架設(shè)OPGW 光纜,豐富光纜網(wǎng)架資源,減少繼電保護(hù)業(yè)務(wù)迂回路由的通道,同時(shí)減少重載設(shè)備及光纜的情況。

4.2 優(yōu)化傳輸網(wǎng)絡(luò)

梳理電力通信網(wǎng)的現(xiàn)狀,220 kV 及以上變電站傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時(shí),兩站之間具有2 根光纜(相同電壓等級(jí)的2 根光纜或不同電壓等級(jí)的2 根光纜)情況時(shí),不同網(wǎng)絡(luò)組織2 個(gè)光路將2 根光纜同時(shí)利用,便于繼電保護(hù)通道開通,實(shí)現(xiàn)傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)靈活配置。

分析全網(wǎng)現(xiàn)有的保護(hù)業(yè)務(wù)通道路由,優(yōu)化2 M 復(fù)用保護(hù)通道,以最短路徑為主配置方式。 同時(shí),構(gòu)建保護(hù)專網(wǎng)能夠緩解部分設(shè)備重載問題。

4.3 繼電保護(hù)雙口改造

繼電保護(hù)裝置具備A、B 兩個(gè)接口,由站內(nèi)不同通信傳輸設(shè)備提供通道。 根據(jù)《國(guó)調(diào)中心、國(guó)網(wǎng)信通部關(guān)于印發(fā)國(guó)家電網(wǎng)有限公司線路保護(hù)通信通道配置原則指導(dǎo)意見的通知》要求:“500 千伏及以上雙通道線路保護(hù)所對(duì)應(yīng)的4 條通信通道應(yīng)配置3 條獨(dú)立的通信路由(簡(jiǎn)稱‘雙保護(hù)、三路由’)”“220 千伏雙通道線路保護(hù)所對(duì)應(yīng)的4 條通信通道應(yīng)至少配置2 條獨(dú)立的通信路由,通道條件具備時(shí),宜配置3 條獨(dú)立的通信路由”和“新建220 kV 及以上變電站應(yīng)依據(jù)遠(yuǎn)期規(guī)劃出線規(guī)模,按照‘雙保護(hù)、三路由’配置原則,測(cè)算線路保護(hù)通道需求數(shù)量,合理配置通信設(shè)備和光纜,確保線路保護(hù)通道配置滿足運(yùn)行要求。”

4.4 優(yōu)化繼電保護(hù)通道方式

針對(duì)50 km 以下輸電線路,在光纜纖芯富裕(保護(hù)業(yè)務(wù)使用后纖芯>8 芯)情況下,優(yōu)先采用專用芯+2 M 通道要求;在光纜纖芯緊張(保護(hù)業(yè)務(wù)使用后纖芯≤8 芯)情況下,采用2 M+2 M 通道要求可以緩解設(shè)備重載問題。

5 繼電保護(hù)重載治理方案

5.1 新建保護(hù)專網(wǎng)

梳理現(xiàn)網(wǎng)傳輸設(shè)備承載保護(hù)業(yè)務(wù)情況,得到通信設(shè)備重載情況,在重載站點(diǎn)配置新的傳輸設(shè)備,利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源,構(gòu)建一張保護(hù)專用子網(wǎng),用于分擔(dān)已有通信設(shè)備的保護(hù)業(yè)務(wù),從而降低通信設(shè)備重載問題。 構(gòu)架保護(hù)專網(wǎng),只能緩解通信設(shè)備重載問題,無法從根本上解決重載問題。

5.2 優(yōu)化光纜網(wǎng)架

可酌情結(jié)合停電檢修窗口及技改項(xiàng)目,對(duì)地線開展OPGW 光纜更換工作,只要新建OPGW 與現(xiàn)有OPGW 參數(shù)一致,通常情況可以直接架設(shè),無須改造桿塔。 對(duì)參數(shù)不一致的情況,需對(duì)光纜和桿塔進(jìn)行配合驗(yàn)算,一般對(duì)于年代較近的桿塔,由于技術(shù)資料齊全,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高,改造OPGW 光纜工作簡(jiǎn)單,費(fèi)用低或無須改造;對(duì)于年代較遠(yuǎn)的桿塔,技術(shù)資料不完備,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,桿塔可能無法驗(yàn)算,就需要更換桿塔,造成OPGW 光纜工作量大,費(fèi)用高。

地線改造OPGW 光纜,增加光纜資源,豐富站間線路保護(hù)通道資源,繼電保護(hù)的2 套保護(hù)裝置提供2 條直達(dá)路由,減少迂回路由和環(huán)節(jié),提高了繼電保護(hù)通道的可靠性。 同時(shí),這還可以解決單一斷面帶寬不足、光纜纖芯資源緊張等問題,提高骨干通信網(wǎng)業(yè)務(wù)可靠性。

5.3 保護(hù)設(shè)備改造

分析現(xiàn)有220 kV 及以上變電站繼電保護(hù)裝置,各站點(diǎn)裝置分為以下2 種情況:(1)兩個(gè)站點(diǎn)的保護(hù)裝置具備A、B 接口,通信通道只開通單口。 (2)兩個(gè)站點(diǎn)的保護(hù)裝置具備單接口,通信通道只開通單口。

第一點(diǎn)情況改造方式,220 kV 以上線路具備3 條獨(dú)立通信路由,將原有A、B 口啟用,通道配置方式如表3 所示。

表3 A、B 口通道配置方式

第二點(diǎn)情況改造方式,將單接口的繼電保護(hù)裝置

220 kV 線路具備兩條獨(dú)立通信路由,啟用原有A、B 口,通道配置方式如表4 所示。更換成具備雙接口的繼電保護(hù)裝置,具備3 條獨(dú)立通信路由,通道配置如表3 所示,如通道只具備2 條獨(dú)立通信路由,通道配置如表4 所示。

表4 A、B 口通道配置方式

雙接口的繼電保護(hù)裝置可以提高線路保護(hù)通道接入保障能力,降低受單光纜或單設(shè)備故障而造成保護(hù)裝置中斷的概率,從本質(zhì)上降低光纜和傳輸設(shè)備重載問題。

6 結(jié)語

本文根據(jù)分析電網(wǎng)線路保護(hù)重載光纜和設(shè)備現(xiàn)狀,提出繼電保護(hù)重載治理思路和解決方案,降低通信通道重載風(fēng)險(xiǎn),避免單光纜或設(shè)備故障或檢修造成多條繼電保護(hù)業(yè)務(wù)同時(shí)中斷,構(gòu)架保護(hù)專網(wǎng),用于緩解設(shè)備重載問題。 多回線路進(jìn)行地線改造OPGW 光纜,豐富電網(wǎng)光纜資源,同時(shí)積極進(jìn)行雙接口繼電保護(hù)裝置改造,從根本上解決通信光纜和通信設(shè)備重載問題,從而保證智能電網(wǎng)的快速、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。