智能變電站二次設(shè)備就地化防護(hù)技術(shù)

時凱揚

（河南許繼工控系統(tǒng)有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

二次設(shè)備就地化防護(hù)技術(shù)是目前智能變電站繼電保護(hù)的重要實現(xiàn)方案，在繼電保護(hù)的基礎(chǔ)上省略中間過程，使防護(hù)裝置與智能終端解除捆綁，直接使二次設(shè)備實現(xiàn)就地化防護(hù)，穩(wěn)定實施對保護(hù)對象的迅速保護(hù)[1]。

1 智能變電站二次設(shè)備就地化防護(hù)基本原則

（1）母線保護(hù)是二次設(shè)備就地化防護(hù)技術(shù)改造的基礎(chǔ)，經(jīng)過對母線保護(hù)裝置的改進(jìn)，優(yōu)化智能接口，實現(xiàn)在智能變電站不停電的情況下進(jìn)行就地化技術(shù)優(yōu)化。

（2）通過環(huán)網(wǎng)鏈接，將測控裝置、保護(hù)裝置連接在一起，實行環(huán)網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)實時可靠傳輸；跨間隔保護(hù)系統(tǒng)通過分布式布置的方式配置并保護(hù)子機[2]。

（3）在二次設(shè)備徹底就地化的基礎(chǔ)上采用就地柜方式，可以大大縮短電、光纜長度，簡化二次回路，減少占地面積和建設(shè)面積。但是，由于設(shè)備可能在外部裸露環(huán)境下運行，對二次設(shè)備的器件和設(shè)計技術(shù)要求極高，所以需要在不同地區(qū)使用不同規(guī)格的設(shè)備。

2 智能變電站二次設(shè)備就地化防護(hù)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

2.1 IP防護(hù)技術(shù)

受過去電力技術(shù)的限制，傳統(tǒng)二次設(shè)備防護(hù)裝置正面防護(hù)等級為IP40，背面防護(hù)等級為IP20，控制柜的防護(hù)等級應(yīng)與防護(hù)裝置相同或更高。但控制柜防護(hù)等級提高后，不利于內(nèi)部裝置的散熱，同時增加了二次設(shè)備的生產(chǎn)成本，因此控制柜的防護(hù)等級應(yīng)不超過IP40。如果安裝裝置的控制柜本身能達(dá)到相應(yīng)防護(hù)等級或更高的IP54防護(hù)等級，裝置的防護(hù)等級可維持現(xiàn)狀[3]。

2.2 二次設(shè)備可靠性設(shè)計

以就地柜的安裝設(shè)計為例，因部分控制柜安裝區(qū)域的外部環(huán)境較為惡劣，受干擾較多，從而影響內(nèi)部裝置的正常運行，并縮短裝置的使用壽命。智能控制柜具有環(huán)境調(diào)節(jié)能力，能有效改善內(nèi)部裝置受環(huán)境的影響，缺點是在智能控制柜功能發(fā)生異常，出現(xiàn)環(huán)境調(diào)節(jié)能力失效問題時，控制柜內(nèi)部裝置的運行環(huán)境將更加嚴(yán)酷。就地柜的關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)如下：（1）就地化裝置的低功耗，接口、處理器等裝置器件應(yīng)選用低功耗器件，優(yōu)化裝置算法；（2）就地化裝置的熱設(shè)計，應(yīng)采用導(dǎo)熱性能佳的金屬材料，擴大散熱面積，提高散熱能力；（3）就地化裝置的電源，針對電源設(shè)計應(yīng)以提高效率、降低自發(fā)熱為主；（4）就地化裝置的電磁兼容，就地化裝置接口優(yōu)化，外部結(jié)構(gòu)也采用密封性較高的金屬材料外殼，電源應(yīng)具備防雷功能；（5）設(shè)備檢測技術(shù)，通過計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對就地化裝置的遠(yuǎn)程檢測[4]。

2.3 功能一體化設(shè)計

在過去，許多一次設(shè)備制造商家將研究重點放在一次設(shè)備的優(yōu)化上，對于二次設(shè)備很少關(guān)注，而二次設(shè)備的制造也以自身優(yōu)化為主。智能變電站二次設(shè)備就地化，使一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的聯(lián)系更加緊密，達(dá)到了一次設(shè)備與二次設(shè)備的一體化設(shè)計安裝。因此，一次設(shè)備與二次設(shè)備功能的整合成為設(shè)計的重點，如一次設(shè)備與二次設(shè)備的壽命不匹配，需要對二次設(shè)備的使用年限進(jìn)行合理調(diào)整[5]。

3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案

3.1 三網(wǎng)合一架構(gòu)

三網(wǎng)合一指的是MMS、SV、GOOSE的融合，在二次設(shè)備就地化裝置構(gòu)架中，以PRP技術(shù)實現(xiàn)這一目的。使用站域保護(hù)、測控信息，以PRP協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架節(jié)點，提升三網(wǎng)合一架構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。在此基礎(chǔ)上，提升R7K設(shè)備與其他設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，提高設(shè)備性能。

3.2 全RSR架構(gòu)

在三網(wǎng)合一的基礎(chǔ)上采用全RSR架構(gòu)。全RSR架構(gòu)替代交換機，可有效降低網(wǎng)絡(luò)安全隱患。RSR環(huán)網(wǎng)架構(gòu)具有功能較為獨立、設(shè)備檢修便利等優(yōu)點，是二次設(shè)備就地化防護(hù)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，可使網(wǎng)絡(luò)傳輸更加穩(wěn)定、安全、高效。網(wǎng)采網(wǎng)跳、測控及MMS 這3個網(wǎng)絡(luò)層面相互獨立又互相聯(lián)系，交換機取消對就地化裝置運行無干擾。

3.3 方案對比

上述兩種方案都是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行環(huán)網(wǎng)整合，其中全RSR環(huán)網(wǎng)架構(gòu)方案是基于三網(wǎng)合一架構(gòu)方案，增加了RSR接口，提高網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的強度，降低交換機使用率。三網(wǎng)合一架構(gòu)方案則減少了接口裝置，提高了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的強度?？傮w來說，三網(wǎng)合一架構(gòu)方案與全RSR環(huán)網(wǎng)架構(gòu)方案都可以采用，均可實現(xiàn)二次設(shè)備就地化防護(hù)的信息共享、設(shè)備獨立性與就地化防護(hù)要求。

4 預(yù)制艙防護(hù)方案

基于滿足電磁兼容、設(shè)備巡視、設(shè)備維護(hù)、裝置間連接牢固的原則，并在技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上，采用預(yù)制艙防護(hù)方案。

4.1 預(yù)制艙防護(hù)技術(shù)優(yōu)缺點

綜合來說，預(yù)制艙防護(hù)技術(shù)具備工作量小、建設(shè)效率高、建設(shè)周期短、維護(hù)環(huán)境等良好優(yōu)點，同時卻也存在建設(shè)成本增加、建設(shè)空間有限等缺點[6]。

4.2 預(yù)制艙組成

預(yù)制艙是由艙體、內(nèi)部設(shè)備、電磁屏蔽、防護(hù)屏等組件組成，由工廠生產(chǎn)、建設(shè)現(xiàn)場直接組裝調(diào)試而成，工作量小，建設(shè)效率高。預(yù)制艙內(nèi)其余配套系統(tǒng)有消防、照明、空調(diào)、檢測傳輸和防靜電地板等設(shè)備系統(tǒng)，預(yù)制艙艙體較大，內(nèi)部可放置多個柜體，可為周圍多個二次設(shè)備提供就地化防護(hù)安裝。

4.3 預(yù)制艙結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)不同地區(qū)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的要求，預(yù)制艙應(yīng)具備抗風(fēng)、防雷、防地震等基礎(chǔ)要求；根據(jù)二次設(shè)備就地化防護(hù)安裝要求的不同，預(yù)制艙分為一體式和組裝式兩種，一體式艙體材料應(yīng)為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，電纜連接口應(yīng)設(shè)置在艙體底部；組裝式艙體材料應(yīng)為板材結(jié)構(gòu)，安裝地應(yīng)選擇平整的水泥地，提高艙體穩(wěn)定性。預(yù)制艙的頂部結(jié)構(gòu)應(yīng)為脊頂，減少頂部壓力，提高使用壽命；預(yù)制艙應(yīng)具備伸縮式吊裝設(shè)備，方便預(yù)制艙的安裝[7]。

4.4 預(yù)制艙材料與性能

預(yù)制艙使用壽命若低于二次設(shè)備就地化裝置，置換時會影響二次設(shè)備的運行。為保證預(yù)制艙的使用壽命，應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)為整體結(jié)構(gòu)，使用金邦板材料為艙體，聚氨酯與聚苯泡沫板為預(yù)制艙的隔熱材料。選材應(yīng)具備環(huán)保、質(zhì)輕堅韌、隔熱防火及耐寒等防護(hù)能力，并不低于IP55，延長預(yù)制艙的使用壽命不低于20年，保證預(yù)制艙的正常運行和維護(hù)。

5 結(jié) 論

本文基于智能變電站二次設(shè)備就地化防護(hù)原則，提出了IP防護(hù)技術(shù)、功能一體化設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，并從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和預(yù)制艙兩個方面著手，詳細(xì)分析了就地化防護(hù)技術(shù)的可行性方案，均適用于智能變電站二次設(shè)備就地化防護(hù)，可提高就地化防護(hù)通信數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、安全性與可靠性，縮減設(shè)備數(shù)量、擴大安裝空間，使二次設(shè)備就地化安裝、后期維護(hù)更加方便、可靠。