智能變電站即插即用就地化保護(hù)應(yīng)用研究

劉興勇 呂昕昕 盧卓群 鄒高凱 王濤

摘要：為提高智能變電站保護(hù)裝置的環(huán)境適應(yīng)性、運(yùn)行可靠性，降低變電站的運(yùn)行成本。本文研究了即插即用就地化保護(hù)裝置在智能變電站中的應(yīng)用。介紹了智能變電站即插即用就地化保護(hù)裝置的硬件及軟件設(shè)計(jì)方案， 并在220kV保國智能變電站、海豐變電站掛網(wǎng)試運(yùn)行，提升了智能變電站的保護(hù)性能及運(yùn)行可靠性。驗(yàn)證了即插即用就地化保護(hù)裝置及智能管理單元軟件的實(shí)用性與有效性。

關(guān)鍵詞： 智能變電站;即插即用;就地化保護(hù)

中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

智能變電站采用智能化一次設(shè)備替代了常規(guī)一次設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸形式由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈹?shù)字量，減少了變電站的二次電纜，提高了信息的共享水平，獲得了良好的應(yīng)用技術(shù)價(jià)值?，F(xiàn)行的智能變電站建設(shè)模式是保護(hù)裝置安裝于保護(hù)室，采用直采直跳的方式，電纜變成了光纜，同時(shí)增加合并單元與智能終端等中間環(huán)節(jié)，采用組網(wǎng)的通訊模式，保護(hù)的動作時(shí)間較常規(guī)保護(hù)有所延長，合并單元及智能終端一般安裝于戶外匯控柜，運(yùn)行環(huán)境惡劣，抗電磁干擾能力差，故障率居高不下，實(shí)際降低了保護(hù)的可靠性。同時(shí)，二次“虛回路”無法直觀顯示，配置文件管控難度較大，現(xiàn)場調(diào)試及檢修復(fù)雜，停電時(shí)間長等，都是新一代智能變電站所面臨的問題。

針對上述問題，本文研究了即插即用就地化保護(hù)裝置在智能變電站的應(yīng)用。節(jié)約了建設(shè)投資成本，降低了運(yùn)行維護(hù)的難度。即插即用就地化保護(hù)裝置技術(shù)的研究，為新一代智能變電站的發(fā)展開拓了一條新的思路。

1 即插即用就地化保護(hù)裝置

即插即用就地化保護(hù)裝置是基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，采用高防護(hù)、抗干擾、一體化硬件設(shè)計(jì)的就地化二次設(shè)備，整機(jī)滿足無防護(hù)下放就地要求。具有無液晶屏（遠(yuǎn)方“虛擬”顯示），戶外安裝（散熱性能優(yōu)于智能柜）、航空插頭（快速插拔、防誤插拔）、小型化等特點(diǎn)。裝置安裝于變電站的間隔層，向上能以IEC6185081與變電站層的監(jiān)控、遠(yuǎn)動、故障信息子站等設(shè)備通信，使用預(yù)制航插硬連接，簡化了二次回路。裝置支持面向通用對象的變電站事件（GOOSE）功能，滿足數(shù)字化變電站需求，滿足GOOSE組網(wǎng)方式。

即插即用就地化保護(hù)裝置包括以下模塊：CPU1、CPU2、GOOSE、管理、交流、開入、開出、電源。使用兩塊雙核處理器，分別相當(dāng)于常規(guī)保護(hù)的“CPU1插件”、“GOOSE插件”、“CPU2插件”、“管理板”。裝置采用常規(guī)互感器輸入，用電纜直接采樣和電纜直接跳閘方式，裝置接收的斷路器位置等本間隔開入信息應(yīng)采用電纜連接方式，與其他裝置間的啟動、閉鎖等信號應(yīng)采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。即：常規(guī)采樣、常規(guī)跳閘、組網(wǎng)GOOSE。

即插即用就地化保護(hù)裝置的特點(diǎn)：

（1）保護(hù)體系相對獨(dú)立，不依賴外部系統(tǒng)和設(shè)備：裝置采集接口、動作邏輯和啟動、聯(lián)閉鎖、出口不依賴外部環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)保護(hù)相比，不降低保護(hù)可靠性。

（2）充分利用智能站數(shù)據(jù)共享優(yōu)勢，簡化裝置開入和開出電纜，裝置防護(hù)等級提高到IP67。

（3）減少二次設(shè)備種類，提高裝置的通用性，同一類型設(shè)備能做到即插即用，可互相替代。

（4）保護(hù)功能相關(guān)的輸入和輸出必須可靠，保護(hù)整組動作時(shí)間滿足GB/T 14285相關(guān)條款要求。

2 即插即用就地化保護(hù)裝置硬件及軟件設(shè)計(jì)

為保證即插即用就地化保護(hù)裝置在自然環(huán)境惡劣（高溫、腐蝕、雷雨、高寒等），電磁環(huán)境復(fù)雜（離開關(guān)場更近暫態(tài)過程、VFTO，電纜短，衰減少）的情況下，保能夠長期安全可靠運(yùn)行、保障系統(tǒng)安全，裝置采用了以下關(guān)鍵技術(shù)：IP防護(hù)、EMC、低功耗/散熱一體化熱設(shè)計(jì)、航空插頭、智能管理單元。

（1）IP防護(hù)：LED顯示采用局部灌膠;端接采用高IP防護(hù)的航空插頭;所有密封件，采用抗腐蝕、戶外型材料。就地化保護(hù)裝置采用全密閉外殼，一體成型。達(dá)到IP67防護(hù)等級。

（2）EMC 設(shè)計(jì)：參考ECVT，裝置的EMC設(shè)計(jì)和測試，按最高標(biāo)準(zhǔn)，并通過GIS隔離開關(guān)分合試驗(yàn)，專項(xiàng)做VFTO測試。

（3）熱設(shè)計(jì)：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GBT 4798.42007 電工電子產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件第4部分：無氣候防護(hù)場所固定使用》中統(tǒng)計(jì)國內(nèi)各地區(qū)戶外溫度值，按無防護(hù)戶外運(yùn)行，最高環(huán)境溫度為攝氏55℃。整體可靠性設(shè)計(jì)，基于應(yīng)力強(qiáng)度模型。

（4）裝置接口：裝置接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，所有的端子定義統(tǒng)一，不同廠家裝置可實(shí)現(xiàn)互換，采用航空插座與航空電纜，實(shí)現(xiàn)快速、可靠的插接;接口密封采用特殊工藝處理，滿足防水，防塵等具體要求;不同色帶和容錯(cuò)鍵位設(shè)計(jì)，防止現(xiàn)場的誤碰和誤接線;更換式檢修，實(shí)現(xiàn)少維護(hù)、易維護(hù)，現(xiàn)場工作量大幅降低。

（5）智能控制單元：由于即插即用就地化保護(hù)裝置取消了鍵盤和液晶顯示，因此在站控層設(shè)置就地化保護(hù)智能管理單元，提供人機(jī)交互的手段，同時(shí)智能管理單元還能實(shí)現(xiàn)所有保護(hù)裝置的集中配置功能。智能管理單元提供完善的備份區(qū)管理和可靠的備份下裝流程。設(shè)備維護(hù)或整體更換時(shí)，從智能管理單元中獲取裝置的備份文件，一鍵式下裝到裝置。重啟裝置，裝置就可以正常工作。就地化保護(hù)裝置具備上送電源電壓、光功率、溫濕度，便于設(shè)備遠(yuǎn)程在線監(jiān)視和歷史狀態(tài)追溯。保護(hù)管理單元可基于推理機(jī)，亞健康和缺陷可以診斷出來提前預(yù)警，維護(hù)檢修更有效率。通過此系統(tǒng)，我們可以快速便捷得到全站設(shè)備運(yùn)行、通信狀態(tài)和裝置運(yùn)行工況，便于合理安排設(shè)備檢修計(jì)劃。

3 即插即用就地化保護(hù)裝置在變電站中的應(yīng)用

為檢驗(yàn)就即插即用地化保護(hù)裝置的性能，試驗(yàn)地區(qū)選擇在遼寧省朝陽市，試點(diǎn)線路為220kV海保1號線，線路長34.3km，試點(diǎn)線路兩側(cè)站點(diǎn)為保國220kV智能變電站（常規(guī)互感器+合并單元，主試站）及海豐220kV變電站（常規(guī)變電站，配合站），

即插即用就地化保護(hù)裝置組網(wǎng)方案，如圖1所示：

保國220kV智能變電站及海豐220kV變電站配置如下主要設(shè)備：

（1）220千伏保國變?yōu)橹髟囌?，配?臺220千伏即插即用就地化保護(hù)裝置。采用無防護(hù)就地支架安裝至本間隔戶外端子箱處，就地支架及就地化保護(hù)附件等按5套配置。保護(hù)室配置1面保護(hù)智能管理單元屏。

（2）220千伏海豐變?yōu)榕浜险?，配?臺220千伏即插即用就地化保護(hù)裝置，采用無防護(hù)就地支架安裝至本間隔戶外端子箱處。無保護(hù)智能管理單元屏。

就地化保護(hù)裝置采用側(cè)壁式支架安裝在端子箱一側(cè)，支架前后背靠背布置?？紤]就地化設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過程中對預(yù)制光電纜的防誤碰、防誤插拔需求，

在預(yù)制線纜外端增加防護(hù)罩。端子箱結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)戶外柜形式，雙層結(jié)構(gòu)。端子箱和防護(hù)罩均選用不銹鋼板制作，防腐性能良好，端子箱和防護(hù)罩外部均設(shè)置鎖具?？紤]設(shè)備更換式檢修，防護(hù)罩選擇局部開門設(shè)計(jì)，防護(hù)罩整體可靈活拆卸，便于預(yù)制線纜的更換。

即插即用就地化線路保護(hù)裝置的安裝圖，如下所示：

即插即用就地化保護(hù)裝置在實(shí)際應(yīng)用中提升的保護(hù)性能指標(biāo)：

（1）提升速動性：就地化保護(hù)裝置采用電纜直接采樣直接跳閘，減少數(shù)據(jù)傳輸中間環(huán)節(jié)，提高保護(hù)動作快速性，單間隔保護(hù)裝置整組動作時(shí)間相較目前智能變電站減少8～10ms。

（2）簡化配置：簡化“虛回路”配置，實(shí)現(xiàn)少配置甚至免配置，減少間隔保護(hù)虛回路設(shè)計(jì)，降低全站SCD配置及管控難度。

（3）提升可靠性：通過單間隔功能集成，減少裝置類型及數(shù)量，減少中間傳輸環(huán)節(jié)，整體降低設(shè)備缺陷率，單裝置失效影響范圍減小，系統(tǒng)可靠性得到明顯提升。

（4）減少干擾：基于無防護(hù)、開關(guān)場安裝的就地化二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單、就地電纜跳閘、電纜采樣、解決長電纜傳輸信號帶來的問題：如CT飽和、多點(diǎn)接地、回路串?dāng)_、分布電容放電等問題

即插即用就地化保護(hù)裝置的應(yīng)用降低了運(yùn)行維護(hù)難度及運(yùn)行維護(hù)成本。檢修時(shí)，裝置的配置及測試工作在調(diào)試中心完成，利用就地化保護(hù)便于安裝和更換的優(yōu)勢，現(xiàn)場整機(jī)更換，標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)“即插即用”，現(xiàn)場作業(yè)簡單高效，減少了停電時(shí)間，降低了“三誤”事故概率。所有保護(hù)均采用就地化無防護(hù)直接安裝，保護(hù)柜數(shù)量大幅減少，無需設(shè)置保護(hù)小室，減少建筑面積，保護(hù)接線采用航空插頭，光纜數(shù)量大幅減少。采用“工廠化調(diào)試+更換式檢修”模式，設(shè)備檢修和消缺時(shí)間大幅縮短，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率和可靠性。

4 結(jié)論

本文介紹了智能變電站即插即用就地化的應(yīng)用。并在220kV保國智能變電站、海豐變電站試點(diǎn)掛網(wǎng)運(yùn)行，驗(yàn)證了即插即用就地化裝置及智能管理單元軟件的實(shí)用性與有效性。該模式提高了智能變電站保護(hù)裝置的環(huán)境適應(yīng)性和穩(wěn)定性，降低了運(yùn)行維護(hù)成本及運(yùn)行難度。隨著智能變電站的大力推廣，無防護(hù)即插即用就地化保護(hù)裝置在未來會有廣闊的應(yīng)用前景.

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作者簡介：劉興勇（1987），男，山東濟(jì)寧人，碩士，研究方向：繼電保護(hù)。