徐春洋

國家電投集團江蘇新能源有限公司，江蘇 鹽城 224000

0 引言

繼電保護設計是保障智能變電站穩(wěn)定運行和各項功能順利實現(xiàn)的關鍵。由于智能變電站過程層、間隔層的設備種類多樣，不同設備之間的組網(wǎng)方式?jīng)]有統(tǒng)一的標準，不僅影響了設備之間的網(wǎng)絡通信，而且影響變電站二次設備的安全運行。因此，在智能變電站的設計和施工中，一方面要優(yōu)化繼電保護的配置，另一方面還要科學選擇組網(wǎng)方式。這樣才能有效保護智能變電站的穩(wěn)定運行，為發(fā)電廠創(chuàng)造預期的效益。

1 智能變電站繼電保護組網(wǎng)方式

（1）智能變電站“三層兩網(wǎng)”網(wǎng)絡結構。從系統(tǒng)組成架構上來看，智能變電站系統(tǒng)共包括3部分，即站控層、間隔層和過程層。層與層之間使用基于IEC 61850通信標準的工業(yè)以太網(wǎng)進行連接。系統(tǒng)組成如圖1所示[1]。

圖1 智能變電站“三層兩網(wǎng)”網(wǎng)絡架構

其中，站控層主要包括GPS定位系統(tǒng)、配合監(jiān)控系統(tǒng)，能夠實時監(jiān)測前端設備的狀態(tài)信息，并將采集信息與系統(tǒng)存儲的標準信息進行對比。若發(fā)現(xiàn)超出標準范圍的數(shù)據(jù)，則由GPS進行定位，從而快速鎖定故障源，實現(xiàn)自動保護。間隔層以系統(tǒng)保護及測控裝置為主，如主變保護、線路保護、母線保護，以及溫度測控、壓力測控等裝置。在完成實時測量與數(shù)據(jù)采集的同時，還能夠響應站控層發(fā)出的指令，完成相應的控制動作。過程層主要包括智能操作箱、常規(guī)開關、電子式互感器和合并單元（MU）。

（2）變電站繼電保護組網(wǎng)方式。智能變電站中繼電保護組網(wǎng)方式有2種，分別是站控層網(wǎng)絡、過程層網(wǎng)絡。其中，站控層網(wǎng)絡選擇星型拓撲結構，在站控層和間隔層之間使用MMS和GOOSE共網(wǎng)傳輸。其中，MMS負責傳輸保護測控動作信號與告警信號，GOOSE負責傳輸五防連鎖信號和后臺控制命令。整個站控層共設有16臺交換機，10臺為百兆、2光口，6臺為百兆、4光口。過程層網(wǎng)絡選擇星型以太網(wǎng)結構，在間隔層和過程層之間使用SV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)進行信息傳輸。其中，SV網(wǎng)負責傳輸系統(tǒng)的電壓、電流等模擬量信息，GOOSE網(wǎng)負責傳輸開關量信息、跳合閘指令等。

2 智能變電站繼電保護配置

2.1 智能保護裝置的結構組成

智能變電站的繼電保護裝置硬件結構組成如圖2所示。該裝置的主CPU有2個專用的采樣信號傳輸串口，采用有線連接的方式，分別與光接收單元和采樣單元連接。其中，光纖內傳輸?shù)男畔ⅲM入光接收單元后，完成“光—電”轉化，輸出為計算機可識別的二進制信息。開關量信號進入采樣單元后，經(jīng)過濾波、降噪處理后，也作為采樣信號進入主CPU。經(jīng)過CPU的運算處理后，分析結果可直接作為輸出量，傳輸?shù)匠隹趩卧?，用于控制繼電保護器做出相應的保護動作。另外一部分經(jīng)過雙端RAM和從CPU處理后，分別進入人機接口、通信接口。管理員可通過人機交互界面，直觀了解智能變電站繼電保護功能的實現(xiàn)情況[2]。

圖2 智能保護裝置的結構組成

2.2 智能保護配置的優(yōu)化策略

結合智能保護裝置的基本組成和運行原理，可嘗試以下三種優(yōu)化策略：（1）以過程層為基礎的分布式母線保護。在母線保護方式上，用分布式網(wǎng)絡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集中式網(wǎng)絡，一方面能夠顯著提高通信能力，滿足變電站的系統(tǒng)配置，尤其是在簡化母差保護邏輯、實現(xiàn)獨立保護等方面優(yōu)勢顯著。（2）智能變壓器保護。常規(guī)的變壓器差動保護會產生較大的勵磁涌流，導致誤動或拒動問題?；谥悄茏儔浩鞯谋Ｗo策略，根據(jù)線路中電壓、電流的變化，靈活調整保護的整定值，從而在預防匝間短路和避免勵磁涌流方面發(fā)揮了顯著作用。（3）輸電線路智能保護。依托電子式互感器實施采集線路中的電流、電壓值，并且將高電壓轉化成低電壓、大電流轉化成小電流，避免過電壓、過電流對智能變電站電力系統(tǒng)造成的損害[3]。

3 某220 kV智能變電站繼電保護優(yōu)化配置的實施方案

某220 kV智能變電站主變部分采用三相三繞組變壓器，容量為200 MVA；220 kV部分和110 kV部分，均采用雙母線單分段接線。該變電站的原繼電保護系統(tǒng)中，站內多個子系統(tǒng)使用的SCD模型型號不統(tǒng)一、兼容性差、調試工作費時費力，嚴重影響繼電保護功能的實現(xiàn)，需要對其配置方案進行優(yōu)化。經(jīng)過前期調查和設計后，提出了2種實施方案。

（1）方案一。220 kV過程層SV網(wǎng)絡選擇“點對點”的直采方式連接，擺脫了對外部同步的依賴，可實現(xiàn)線路保護測控、母線保護、母聯(lián)測控等功能。過程層GOOSE網(wǎng)絡選擇樹形拓撲網(wǎng)絡，可用于傳輸線路跳閘、故障告警、閉鎖重合閘等信號。110 kV過程層SV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)在布置方式上與上文相同，但是在交換機的數(shù)量和位置上有所差異。具體配置方案如表1所示。

表1 方案一交換機配置表

（2）方案二。220 kV過程層網(wǎng)絡選擇網(wǎng)采網(wǎng)跳方式連接，將SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)和IEEE1588網(wǎng)合為一體，形成組網(wǎng)。繼電保護裝置上選擇雙套配置，一套接入過程層的A1和A2網(wǎng)，另一套則接入過程層的B1和B2網(wǎng)。24臺交換機集中租柜，均使用百兆、16多模光口工業(yè)級交換機，保證通信質量。110 kV過程層組網(wǎng)方式與上文相同，但是采用單套保護裝置，配備有10臺百兆、16多模光口交換機。具體配置如表2所示。

表2 方案二交換機配置表

（3）技術經(jīng)濟比較。方案一采用“直采網(wǎng)跳”的組網(wǎng)方案，從技術層面上看，其優(yōu)點在于網(wǎng)絡運行的可靠性較強，而且SV網(wǎng)絡采樣擺脫了對外部同步的依賴，所用交換機數(shù)量較低，在成本上也有優(yōu)勢。缺點在于線路比較復雜，增加了光纜成本，而且信息共享能力較差。方案二采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”的組網(wǎng)方案，從技術層面上看其優(yōu)點在于線路簡單，所用光纜較少，支持設備之間的信息共享，協(xié)調性較好。缺點在于所有數(shù)據(jù)均需要經(jīng)過交換機傳輸，無形中增加了交換機的運行壓力。同時，配置交換機數(shù)量較多，成本較高。綜合技術可行性、成本性價比兩方面因素，最終選擇方案一進行變電站繼電保護配置優(yōu)化。

4 結束語

優(yōu)化繼電保護組網(wǎng)方式和系統(tǒng)配置，是提高智能變電站運行效率的重要手段。針對現(xiàn)階段發(fā)電廠智能變電站組網(wǎng)方式標準不統(tǒng)一、智能保護配置不協(xié)調的問題，在進行優(yōu)化配置時應提前開展調研，在充分了解智能變電站網(wǎng)絡結構、硬件組成的基礎上，設計相應的優(yōu)化方案。從實踐效果來看，選擇“直采網(wǎng)跳”的組網(wǎng)方案，同時引進分布式母線保護、智能變壓器保護等技術，能夠以較低的成本顯著提高繼電保護配置的實用效果，成為智能變電站配置優(yōu)化的一種優(yōu)選方案。