關 鵬，趙忠勇

（國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

關于智能變電站二次電壓網(wǎng)絡改進的探索

關 鵬，趙忠勇

（國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，因此智能變電站的安全穩(wěn)定運行至關重要。但在智能變電站運行過程中，時常會發(fā)生由于母線合并單元裝置故障導致多套保護裝置二次失壓的現(xiàn)象，以致保護部分功能喪失、遙測無法正常監(jiān)測，甚至保護不正確動作等嚴重后果。以智能站二次電壓網(wǎng)絡為入手點，探尋改進方案，強化薄弱環(huán)節(jié)，使智能站二次回路更加合理、可靠。

智能變電站；過程層；二次電壓

0 引言

智能變電站的出現(xiàn)，實現(xiàn)了二次系統(tǒng)過程層模擬量和開關量的信息共享化，使得單一信息體可被多個設備采集并利用。但從繼電保護可靠性能方面來說，多個設備同時獲取同一信息的配置方案最大的缺點便是源側(cè)設備的不可替代性，如母線合并單元、過程層交換機等。此類源側(cè)設備一旦故障，將會影響多臺設備甚至整個同電壓等級的二次設備。從智能變電站日常維護中設備缺陷的統(tǒng)計數(shù)據(jù)里可以發(fā)現(xiàn)，由于母線合并單元裝置故障導致多套保護裝置二次失壓的現(xiàn)象屢見不鮮，以致保護部分功能喪失、遙測無法正常監(jiān)測，甚至保護不正確動作等嚴重后果。為此，必須尋找合理的改進方案來弱化母線合并單元對整個過程層網(wǎng)絡的影響，從而達到提高繼電保護可靠性的目的。

1 現(xiàn)行智能變電站過程層網(wǎng)絡分析

對于現(xiàn)行智能站過層程網(wǎng)絡，以單套配置的雙母線接線單線路為例，線路間隔設置合并單元1臺，用于轉(zhuǎn)發(fā)本間隔模擬量；母線間隔配置合并單元1臺，用于轉(zhuǎn)發(fā)母線電壓互感器傳變的二次電壓模擬量。母線合并單元輸出的二次電壓信號級聯(lián)至線路合并單元，線路合并單元將經(jīng)過電壓切換后的電壓數(shù)據(jù)輸出至間隔層各個設備（線路保護、母線保護、測控、故障錄波器、PMU等）。以上過程可參見圖1所示。

該配置方案在實際運行中得到了廣泛的應用，對于線路保護、母線保護等保護裝置，級聯(lián)后的電壓數(shù)據(jù)以點對點方式傳輸，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕粚τ跍y控、故障錄波器、PMU、電度表等設備，母線電壓以網(wǎng)絡采集形式進行傳輸，最大限度地實現(xiàn)了信息共享，同時減少了合并單元輸出端口，降低了設備功耗及故障率。該配置方案同時適用于電磁式互感器和電子式互感器，因此對一次設備的兼容性也較好。

與此同時，此方案的缺點也顯而易見。無論互感器的選型是電磁式互感器或電子式互感器，無論過程層網(wǎng)絡中電壓量采集型式為點對點或網(wǎng)絡采集，過程層設備中始終保持母線合并單元的單一輸出源，即母線合并單元是母線電壓互感器與間隔層設備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉屑~設備。一旦母線合并單元發(fā)生故障，則數(shù)據(jù)傳輸全部中斷。在220 kV及以上系統(tǒng)中，繼電保護裝置及合并單元、智能終端雙重化配置，若A套（B套）母線合并單元發(fā)生故障，則該電壓等級系統(tǒng)中所有間隔A套（B套）設備失壓，只能依靠另一套裝置來實現(xiàn)全部功能；在110 kV及以下系統(tǒng)中，各間隔合并元單套配置，若母線合并單元發(fā)生故障，則該電壓等級所有間隔層設備全部失壓，導致除差動保護外所有速動保護元件（距離保護、方向保護）全部閉鎖。

圖1 單套配置的雙母線接線單線路圖

2 過程層二次電壓網(wǎng)絡改進方案

通過對現(xiàn)行過程層網(wǎng)絡的分析，可以明確其薄弱環(huán)節(jié)在于母線合并單元。若要達到強化其薄弱環(huán)節(jié)的目的，可從分散設備功能和簡化設備邏輯兩方面入手。

2.1 方案一

方案一：增設母線合并單元在現(xiàn)行配置方案中，單套母線合并單元同時采集2段母線電壓，并在單裝置內(nèi)實現(xiàn)電壓并列功能，通過1個光纖輸出端口同時將2段母線電壓傳輸至間隔合并單元或過程層SV網(wǎng)絡。在此結(jié)構(gòu)上對單套合并單元進行強化，可以增設1臺母線合并單元，如圖2所示。使原先單套合并單元變?yōu)殡p套合并單元，每臺合并單元各自采集1段母線電壓，同時2臺合并單元點對點級聯(lián)并修改合并單元程序，利用硬開入實現(xiàn)并列功能。與此配合，將原先1個輸出端口輸出2段母線電壓改為1個輸出端口輸出1段母線電壓，對應的間隔合并單元及間隔層設備增設1個采集端口，在只增加1臺裝置的情況下將每個端口的數(shù)據(jù)傳輸量減半，既可以降低單通道數(shù)據(jù)流量，又分散了單裝置故障情況下的影響面積。

圖2 單套合并單元變?yōu)殡p套合并單元

例如，某220 kV變電站220 kV系統(tǒng)設8條出線，其中4條出線接入I母，另4條出線接入II母。此時I母A套母線合并單元故障，在運維人員和檢修人員未到達現(xiàn)場前，由于設備故障而引發(fā)的保護閉鎖只會影響到接入I母的4條出線，而不會影響到接入II母的4條出線，故障間隔減少一半。運維人員到達現(xiàn)場后，只需要將接入I母的4條出線倒接至II母，則所有出線電壓采集均恢復正常，大大減少故障時間。而常規(guī)配置下需要檢修人員到達現(xiàn)場后緊急處理故障的I母A套合并單元，待故障裝置恢復正常后各線路方能恢復正常。

2.2 方案二

方案二：簡化合并單元邏輯，增設電壓并列裝置。合并單元從硬件上看實際為模擬量轉(zhuǎn)發(fā)裝置，其裝置內(nèi)部設有AC插件、A/D插件、CPU插件、光纖接口插件等，每個插件均是較精密的電子元器件構(gòu)成，若工藝稍差則會嚴重影響設備壽命。加之過程層設備安裝在室外，運行環(huán)境較差，設備故障時有發(fā)生。若以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃阅転槟康?，使用傳統(tǒng)的電壓并列裝置，同時部分電壓通道用電纜替代光纜，可否達到預期目的。

仍以現(xiàn)行配置方案為基本結(jié)構(gòu)，在母線電壓互感器與母線合并單元之間增設1套傳統(tǒng)電壓并列裝置，如圖3所示。由電壓并列裝置實現(xiàn)電壓切換和電壓并列，將切換后電壓利用二次電纜接入各個間隔及母線合并單元。間隔合并單元AC插件增設電壓通道以采集傳統(tǒng)的電壓模擬量，母線合并單元取消輸出至各間隔合并單元的級聯(lián)通道，只輸出至過程層SV網(wǎng)絡，供測控、網(wǎng)分、故障錄波器、PMU等網(wǎng)絡采集設備使用。

圖3 電壓并列裝置實現(xiàn)電壓切換和電壓并列

此方案旨在弱化母線合并單元功能，利用傳統(tǒng)回路的可靠性替代過程層設備的靈活性。在此配置下若母線合并單元故障，只會影響到遙測及部分安全自動裝置（備自投、低周保護）的功能，而對保護無任何影響。

3 現(xiàn)行過程層網(wǎng)絡與改進方案優(yōu)缺點對比

以上敘述的兩個方案均可降低母線合并單元在故障時對各間隔設備的影響，但都有各自的缺點。通過對改進方案和現(xiàn)行方案進行比較，衡量各之所長，以達到各種情況下的最優(yōu)選擇。

3.1 現(xiàn)行配置方案與改進方案一的對比

改進方案一與現(xiàn)行方案相比，優(yōu)點在于減小故障面積和縮短故障時間。尤其是當備品備件不足時，方案一較現(xiàn)行方案有著明顯的可靠性。但由于增設設備，相應的端口、光纜也隨之增加，總體成本及功耗也增加，對于110 kV及以下智能變電站來說意義不大。但對于220 kV雙母接線智能站來說，方案一大幅增加了過程層設備的可靠性能，而且在檢修人員處理故障設備過程中，仍可保持繼電保護雙重化，不存在單套保護運行情況，極大地提高了繼電保護可靠性。

3.2 現(xiàn)行配置方案與改進方案二的對比

改進方案二與現(xiàn)行方案相比，優(yōu)點在于弱化了保護裝置對母線合并單元的依賴，從而提高了繼電保護可靠性，但此方案違背了智能變電站信息共享一體化的原則，不利于日后過程層網(wǎng)絡升級后的信息共享，且該方案只適用于電磁式互感器，對于采用電子式互感器的智能變電站并不適用。另外，對于智能站母線保護而言，傳統(tǒng)電壓回路需要接至母線保護裝置，而一般數(shù)字化母線保護并不設AC插件，實現(xiàn)起來較困難。因此，該方案適用于110 kV及以下采用常規(guī)電磁式互感器的智能變電站，在不增加過多設備的情況下最大限度地提高過程層網(wǎng)絡的可靠性能。

4 總結(jié)

通過上文的探索分析，尋找到兩條改進路線：一是將單一數(shù)據(jù)源進行分散，使源側(cè)設備具有可替代性；二是弱化精密設備的邏輯功能，利用更粗放但是更耐用的繼電器設備替代電子設備，從而降低源側(cè)設備故障的影響度。然而以上思路若需運用在實際中，還需要更多討論研究，無論從設備軟件程序方面、硬件配置方面還是回路構(gòu)成方面都需要進行很大改進。本文只是從思路方面提出設想，日后將進一步細化甚至提出相關程序方案。

Improvement of Smart Substation Secondary Voltage Network

GUAN Peng,ZHAO Zhongyong

(State Grid Linfen Power Supply Company of SEPC,Linfen,Shanxi 041000,China)

Smart substation is the key component part of smart grid, thus, the safe and stable operation of smart substation is quite important. During the operation of smart substation, secondary voltage loss of protective equipment usually occurs due to bus merging unit fault so that serious consequences, like protection malfunction and failed remote monitoring etc. are unavoidable. Smart substation secondary voltage network is thus taken as the research point tomake secondary circuit more reasonable and reliable.

smart substation;process level;secondary voltage

TM63;TM76

B

1671-0320（2016）02-0060-03

2015-11-03，

2016-01-21

關 鵬（1985），男，山西臨汾人，2008年畢業(yè)于華東交通大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，助理工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護工作；

趙忠勇（1970），男，山西臨汾人，1992年畢業(yè)于華北電力學院繼電保護及自動遠動技術專業(yè)，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護工作。