220kV智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探

房海斌 傅慶

【摘 要】隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制，電子技術(shù)、信息技術(shù)、光電技術(shù)逐步應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，電力工業(yè)發(fā)生了革命性的變革，同時(shí)繼電保護(hù)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；自動(dòng)化；智能化；變電系統(tǒng)

目前，變電站繼電保護(hù)以及自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)電力行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)越發(fā)成熟，自20世紀(jì)90年代起，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)由RTU逐漸邁入了具有革命意義的智能化時(shí)代，變電站繼電保護(hù)以及自動(dòng)化技術(shù)也獲得了卓著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，并逐步發(fā)展為現(xiàn)代電力企業(yè)提高自身管理水平的主要手段。

一、220kV智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化現(xiàn)存問(wèn)題

變電站繼電保護(hù)以及自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)電力行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍舊存在著諸多問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，變電站系統(tǒng)的主要作用是采集數(shù)據(jù)，就當(dāng)前變電站中所應(yīng)用的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就有著PMU、五防操作票、綜自等等，多套系統(tǒng)的存在，就導(dǎo)致變電站出現(xiàn)了采集資源浪費(fèi)的情況；第二，電力行業(yè)發(fā)展至今，形成了多個(gè)通信規(guī)約，比如LEP、POLLING、IEC101、LFP等等，這些通信規(guī)約同時(shí)存在于通信系統(tǒng)中，尤其是在IEC61850協(xié)議全面落實(shí)之前，我國(guó)變電站各個(gè)系統(tǒng)缺少一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，導(dǎo)致系統(tǒng)和設(shè)備、設(shè)備和設(shè)備、系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換極為困難，在投入使用之前需要耗費(fèi)大量的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行調(diào)試；第三，因?yàn)樽冸娬镜谋Ｗo(hù)、測(cè)量有著不同的需求，并且每一條電力線路都需要裝備多套CT，需要架設(shè)大量的二次電纜，而二次保護(hù)以及各個(gè)測(cè)控設(shè)備有著各自的采集單元，從而導(dǎo)致變電站的資源難以實(shí)現(xiàn)資源共享，并且設(shè)備占地面積也比較大，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要考慮多個(gè)方面的問(wèn)題，變電站設(shè)計(jì)工作相對(duì)比較復(fù)雜；第四，變電站的設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)理念存在一定的差異，變電站裝置上傳送的信息內(nèi)容也不完善，信息不夠規(guī)范，極其容易出現(xiàn)信息孤島、信息失真、信息不對(duì)稱等等問(wèn)題，不利于工作人員對(duì)各種用電信息進(jìn)行核對(duì)，電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，難以針對(duì)這些問(wèn)題作出詳細(xì)的判斷[1]。

二、220kV智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

第一，智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要遵守“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，盡可能確保系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性、可靠性、靈活性；第二，智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具備一定的前瞻意識(shí)，要考慮到一定時(shí)間內(nèi)智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展需求，可應(yīng)用目前已經(jīng)成熟的新設(shè)備、新技術(shù)，開(kāi)拓新的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路；第三，智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分考慮到建設(shè)成本，在實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，考慮到工程初期建設(shè)成本以及未來(lái)的長(zhǎng)期運(yùn)作。

三、智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

某220kv智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，共有2臺(tái)主變壓器，單臺(tái)變壓器的容量為180MVA，66KV出線共計(jì)10回，220KV出線共計(jì)4回。本案例中，220KV電氣主接線采用雙母線接線，設(shè)置有專用的母聯(lián)，采用雙母線接線形式，66KV電氣主接線設(shè)置方式和220KV主接線相同，配電裝置采用HGIS組合電氣裝置。

（一）設(shè)計(jì)層次

本案例中的智能變電站從物理層面上來(lái)看，由一次、二次設(shè)備兩個(gè)層面構(gòu)成，而從邏輯關(guān)系上來(lái)看，則可具體分為過(guò)程層、間隔層、變電站層。

1、過(guò)程層

一次設(shè)備、二次設(shè)備的結(jié)合層被稱作為過(guò)程層，主要功能為以下幾個(gè)方面：第一，實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣檢測(cè)；第二，操作控制的驅(qū)動(dòng)以及執(zhí)行；第三，運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)[2]。

2、間隔層

間隔層的主要作用是搜集過(guò)程層的主要運(yùn)作數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的監(jiān)控以及保護(hù)，同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)其它控制功能[3]。對(duì)于數(shù)據(jù)采集、控制命令發(fā)出、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算等等功能，間隔層有著優(yōu)先控制級(jí)別，同時(shí)也承擔(dān)著承上啟下的傳輸作用，實(shí)現(xiàn)變電站層和過(guò)程層之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3、變電站層

變電站層的主要作用是匯總整個(gè)變電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及信息，然后將信息傳送至電網(wǎng)調(diào)度處以及控制中心，同時(shí)起到接收控制命令、在線維護(hù)、組態(tài)、修改參數(shù)、過(guò)程層執(zhí)行的作用。

總的來(lái)說(shuō)，在智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最為主要的、基礎(chǔ)的就是過(guò)程層，隨著過(guò)程層設(shè)備的逐步增加，過(guò)程層設(shè)計(jì)也成為了變電站技術(shù)最為直觀的體現(xiàn)[4]。智能變電站系統(tǒng)又可詳細(xì)分為集成系統(tǒng)和獨(dú)立系統(tǒng)，其中集成系統(tǒng)主要是指將間隔層的功能集中在同一的裝置內(nèi)，然后利用光纖總線來(lái)實(shí)現(xiàn)間隔層和站控之間的數(shù)據(jù)傳輸；獨(dú)立系統(tǒng)主要是指間隔層保留保護(hù)裝置以及獨(dú)立控制裝置，利用統(tǒng)一的站控層以及通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，然后再由站控層對(duì)IED進(jìn)行合理有效的協(xié)調(diào)控制。

（二）二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要分為兩個(gè)類型：第一，分布式設(shè)計(jì)方案，該方案主要采用分布式的一體化測(cè)控裝置；第二，集中式設(shè)計(jì)方案，集中式設(shè)計(jì)方案采用集中式測(cè)控裝置。本案例主要采用集中式的設(shè)計(jì)方案，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)保護(hù)采樣、跳閘。變電站一次設(shè)備、二次設(shè)備的功能設(shè)置均要達(dá)到無(wú)人值班的設(shè)計(jì)目標(biāo)，由集中控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控，智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用DL/T860（IEC61850）標(biāo)準(zhǔn)，變電站整體設(shè)計(jì)主要分為站控、間隔、過(guò)程三個(gè)層次，站控層網(wǎng)絡(luò)需采用“IEC61588、GOOSE、SMV”三網(wǎng)合一的設(shè)置方式。過(guò)程層的設(shè)計(jì)方案采用“IEC61588+GOOSE”雙網(wǎng)合一的設(shè)計(jì)方式，采用傳輸速率為100Mbps的雙星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有在線監(jiān)控功能，站控層網(wǎng)絡(luò)利用PRP技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的實(shí)時(shí)無(wú)縫切換，過(guò)程層66KV、220KV組成雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換[5]。

全站需配置公用時(shí)間系統(tǒng)，并支持GPS、北斗雙頻定位信號(hào)以及受時(shí)信號(hào)。過(guò)程層、間隔層、站控層均以IEC61588來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)。全站配置網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)裝置以及雙套故障錄波裝置，裝置接入過(guò)程層的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，獲取間隔層采樣值以及開(kāi)入信息。220KV線路需要利用保護(hù)裝置來(lái)達(dá)到雙端測(cè)距的目的，而全站防誤操作功能則由變電站自動(dòng)化系統(tǒng)、HGIS系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順序控制、設(shè)備狀態(tài)可視化監(jiān)控，為故障信息分析提供可靠參考。另外，變電站內(nèi)火災(zāi)報(bào)警、消防、通風(fēng)、警衛(wèi)等等輔助系統(tǒng)，采用DL/T860標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，UPS等設(shè)備采用一體化設(shè)計(jì)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化技術(shù)，是我國(guó)電力行業(yè)當(dāng)前的主要技術(shù)，并且也是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，電力行業(yè)的主要發(fā)展方向。筆者在文中僅對(duì)智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討，更為深入的問(wèn)題還需廣大從業(yè)者進(jìn)一步分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]王家永，魏錐，許凱.220kV智能變電站的繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].南方農(nóng)機(jī)，2017.

[2]朱可.220 kV智能變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2018.

[3]尹柳，鄭雷濤，李煜亮，et al.智能變電站繼電保護(hù)裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究[J].低碳世界，2017（12）.

[4]崔方方，運(yùn)彩霞.220kV智能變電站繼電保護(hù)配置方案研究[J].通信電源技術(shù)，2017（05）：170-171.

[5]朱海兵，宋亮亮，高磊，et al.智能變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)綜合標(biāo)準(zhǔn)化 研究與建設(shè)[J].智能電網(wǎng)，2017（9）.

（作者單位：沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司）