王連冠

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

關(guān)鍵詞：即插即用;就地化保護(hù);整體方案

引言：近年來(lái)，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(lái)的過(guò)程中，面臨著一些技術(shù)性問(wèn)題。智能變電站在性能的穩(wěn)定、保護(hù)速動(dòng)性、系統(tǒng)可靠性上較低，二次“虛回路”無(wú)法直觀顯示，從而給回路的設(shè)計(jì)和配置增加了工作難度。經(jīng)國(guó)網(wǎng)組織設(shè)計(jì)了即插即用就地化保護(hù)系統(tǒng)。

1.即插即用就地化保護(hù)的裝置

即插即用就地化保護(hù)裝置是一種就地化的二次裝置，根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC61850進(jìn)行開發(fā)、設(shè)計(jì)的，具有高防護(hù)、一體化、抗電磁干擾性強(qiáng)的能力，能夠滿足無(wú)防護(hù)的情況就地保護(hù)的需求。即插即用就地化保護(hù)裝置往往直接連接開關(guān)場(chǎng)或是一次設(shè)備集成安裝保護(hù)裝置。即插即用就地化保護(hù)裝置具有散熱性能良好、航空插頭、小型化等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)誤碰、錯(cuò)誤接線的事故發(fā)生的概率[1]。即插即用就地化保護(hù)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(jìn)行連接，可以與變電站的通訊子信息設(shè)備進(jìn)行通信。即插即用就地化保護(hù)裝置以CPU1、CPU2、GOOSE、管理、交流、開入、開出幾個(gè)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(hù)裝置具有不依賴于外接系統(tǒng)、設(shè)備，與傳統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)相比較起來(lái)，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(duì)于開入、開出電纜的設(shè)置進(jìn)行簡(jiǎn)化，提高裝置的防護(hù)等級(jí)。二次設(shè)備的使用種類減少，對(duì)于同種類型的設(shè)備通用化，具有可替代性，保護(hù)輸入輸出的可靠性等特點(diǎn)。即插即用就地化保護(hù)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(duì)象的變電站事件功能。即插即用就地化保護(hù)理念，一般是強(qiáng)調(diào)將外部設(shè)備接入到變電系統(tǒng)中，不需要人工進(jìn)行干預(yù)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)其自動(dòng)識(shí)別，因此在多項(xiàng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

2.即插即用就地化保護(hù)硬件及軟件系統(tǒng)

為了確保即插即用就地化保護(hù)裝置能穩(wěn)定的運(yùn)行，在多種適用于多種自然環(huán)境，且在電磁場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜的能夠保證系統(tǒng)的安全性、運(yùn)行的持久度。即插即用就地化保護(hù)裝置使用了IP防護(hù)、智能化管理單元、航空插頭、低耗能的熱設(shè)計(jì)技術(shù)、EMC[2]。IP防護(hù)的端口銜接使用的是高IP防護(hù)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(hù)裝置是一體化成型的，外殼做了密封設(shè)置，防護(hù)級(jí)別可達(dá)IP67級(jí)。熱設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)力-強(qiáng)度模型、并按照無(wú)防護(hù)的戶外運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)的，依照國(guó)家制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)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(yàn)，依照ECVT，并做了VFTO的測(cè)試，再進(jìn)行設(shè)計(jì)的。裝置的接口標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)端子定義標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，一般使用的是航空插座、電纜，進(jìn)行快速、可靠的插接，接口的密封按照防塵、防水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，使用特殊的密封工藝進(jìn)行處理，不同廠商的裝置可進(jìn)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(jì)，以達(dá)到減少工作量的目的。即插即用就地化保護(hù)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(jī)交互模式，同時(shí)實(shí)現(xiàn)集中化配置的功能。設(shè)備維護(hù)及維修完全采用一鍵式操作，使得設(shè)備運(yùn)行更為便捷。

3.即插即用就地化保護(hù)子系統(tǒng)配置

3.1主變保護(hù)

由于變壓器在各端口開出的模擬量、開出量多，對(duì)于集中式變壓器進(jìn)行保護(hù)，就很難對(duì)就地化保護(hù)裝置的安裝的地點(diǎn)進(jìn)行選擇，所以考慮用配置變壓器對(duì)子機(jī)進(jìn)行保護(hù)。與此同時(shí)，不僅規(guī)避掉了長(zhǎng)電線纜所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，也一定程度上方便了有關(guān)人員對(duì)于設(shè)備的檢測(cè)和維修?？梢允褂脽o(wú)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(duì)于分布電壓進(jìn)行保護(hù)。無(wú)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(jī)。分布式子機(jī)從其他的側(cè)子機(jī)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(jìn)行保護(hù)時(shí)跳一側(cè)開關(guān)，并給每個(gè)子機(jī)都設(shè)置主后一體保護(hù)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(jī)，利用環(huán)網(wǎng)將模擬量發(fā)送給差動(dòng)保護(hù)子機(jī)，并對(duì)每一個(gè)各子機(jī)的每一側(cè)的模擬量、開關(guān)量進(jìn)行記錄。每一側(cè)的保護(hù)子機(jī)都是按照獨(dú)立運(yùn)行保護(hù)邏輯進(jìn)行工作，后備保護(hù)進(jìn)行時(shí)，跳到對(duì)應(yīng)側(cè)，電纜跳閘，如跳至其他側(cè)，則相對(duì)應(yīng)的子機(jī)重復(fù)跳閘的動(dòng)作。差動(dòng)保護(hù)子機(jī)向每一側(cè)的子機(jī)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(jī)，子機(jī)運(yùn)行就記錄下跳閘端的功能，不運(yùn)行時(shí)保護(hù)邏輯。主機(jī)利用環(huán)網(wǎng)接收子機(jī)的模擬量、開入量，子機(jī)纜出現(xiàn)跳閘時(shí)，是由于子機(jī)向其發(fā)出了指令。有主式環(huán)網(wǎng)方式中對(duì)于就地變壓器的保護(hù)，主機(jī)根據(jù)環(huán)網(wǎng)接收的邏輯模式收集并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，以及對(duì)于開關(guān)量的記錄。引入HSR網(wǎng)絡(luò)，有效實(shí)現(xiàn)跨間隔保護(hù)的實(shí)施。

3.2線路保護(hù)

線路保護(hù)往往配置完整的主后備保護(hù)功能，2套保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)功能各自分開，通過(guò)模擬電纜進(jìn)行采樣，利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收其他保護(hù)裝置、控制設(shè)備的信號(hào)，如聯(lián)鎖、閉鎖的重合閘關(guān)的信號(hào)由電纜對(duì)斷路位置信息進(jìn)行接收[3]。即插即用就地化保護(hù)近期使用SV+GOOSE共網(wǎng)與MMS獨(dú)立分開的方式進(jìn)行，而遠(yuǎn)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(jìn)行的，并且能及時(shí)反映各種障礙，由具備選相功能的全線化的速動(dòng)線路對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。本間間隔數(shù)據(jù)的獲得由站域、其他保護(hù)系統(tǒng)、控制設(shè)備協(xié)助完成，并對(duì)本間間隔設(shè)備進(jìn)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(guò)每回線路根據(jù)間隔配備間的單獨(dú)的測(cè)控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，本間間隔安裝于就地控制柜內(nèi)。

3.3母差保護(hù)

母線保護(hù)往往采用積木式設(shè)計(jì)原理，一般為基礎(chǔ)保護(hù)和多個(gè)擴(kuò)展保護(hù)系統(tǒng)組成，基礎(chǔ)保護(hù)一般是以星形與環(huán)形的方式進(jìn)行拓?fù)溥B接的。即插即用就地化保護(hù)裝置的母線保護(hù)設(shè)計(jì)通常是按照互感器的連接方式進(jìn)行的?；A(chǔ)保護(hù)與擴(kuò)展保護(hù)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(guò)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(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳送的方式進(jìn)行聯(lián)鎖、閉鎖信息的傳輸。即插即用就地化保護(hù)裝置中母線保護(hù)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(hù)方式和星形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護(hù)方式。星形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護(hù)方式，通過(guò)主站、間隔單元共同完成，一般使用的是對(duì)點(diǎn)直聯(lián)，主機(jī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)口借助點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖與各子機(jī)連接。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護(hù)方式，子機(jī)借助串聯(lián)的環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)接收通過(guò)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(jī)由環(huán)形網(wǎng)絡(luò)對(duì)以上信息的處理對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)。進(jìn)行比對(duì)后，雖然環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的有主模式的母線保護(hù)方式也適用于就地化保護(hù)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(hù)方式為主。

結(jié)論：綜上所述，雖然即插即用就地化保護(hù)裝置的研發(fā)有了諸多的成果，但在變電站的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)中大面積投入使用還需要一段時(shí)間，也面臨著較多的挑戰(zhàn)。即插即用就地化保護(hù)裝置的安裝上承受的VFTO高過(guò)于傳統(tǒng)的保護(hù)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(hù)系統(tǒng)在未來(lái)應(yīng)用面將更廣泛。

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