智能變電站改造過程中的一種母差保護(hù)改造方法與應(yīng)用

湯曉暉，蔡永智

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 中山供電局，廣東 中山 528400）

1 傳統(tǒng)保護(hù)與智能保護(hù)

變電站保護(hù)裝置服役要求為不超過12年，超年限的保護(hù)裝置需更換，這類更換需要進(jìn)行技改工程，對保護(hù)裝置拆舊換新。技改工程不能將所有運行間隔和保護(hù)設(shè)備停電改造，即變電站不能全站停電，只能通過1個間隔停電或者2個間隔停電的方式逐個改造。一般傳統(tǒng)改造中，新保護(hù)裝置和舊保護(hù)裝置均屬于基于電纜跳閘設(shè)計模式的產(chǎn)品，改造過程中采用逐個間隔改造模式，舊母線保護(hù)裝置與新線路保護(hù)裝置間的聯(lián)跳回路只需通過敷設(shè)新電纜并接入新保護(hù)裝置即可實現(xiàn)電纜聯(lián)跳，不存在母線保護(hù)和線路保護(hù)裝置配合問題[1]。

目前，電力系統(tǒng)新型保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計為智能保護(hù)，其特點是采用網(wǎng)絡(luò)（光纖）GOOSE命令跳閘模式，以光纖作為載體，利用光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)跳閘、閉鎖、啟動失靈命令。智能保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)的區(qū)別在于跳閘模式與傳輸介質(zhì)發(fā)生變化，傳統(tǒng)常規(guī)保護(hù)是基于電纜配線接入對應(yīng)端子實現(xiàn)互聯(lián)跳閘，而智能保護(hù)采用網(wǎng)絡(luò)光纖傳輸跳閘命令，兩者的設(shè)計思路與基礎(chǔ)平臺不一致。傳統(tǒng)保護(hù)與智能保護(hù)的區(qū)別具體如表1所示。

表1 傳統(tǒng)保護(hù)與智能保護(hù)的區(qū)別

在開展變電站保護(hù)裝置技改項目時，如果需要將傳統(tǒng)保護(hù)改造為智能保護(hù)，采用間隔逐個停電改造必然會涉及傳統(tǒng)保護(hù)與新智能線路保護(hù)直接聯(lián)跳問題，此時需要考慮如何實現(xiàn)舊保護(hù)（電纜跳閘）與新智能保護(hù)（光纖跳閘）之間的信息互通配合[2]。

2 一種實現(xiàn)舊保護(hù)與新保護(hù)聯(lián)跳功能的方案

2.1 線路保護(hù)與母差保護(hù)之間的關(guān)系

220 kV變電站母線保護(hù)裝置與220 kV線路保護(hù)裝置存在互相關(guān)聯(lián)的回路連接。母線故障時，需要跳開母線上的所有開關(guān)，隔離故障。線路保護(hù)動作時，為了防止開關(guān)失靈無法隔離故障點，需要發(fā)送啟動失靈信號。線路保護(hù)和母線保護(hù)之間存在重要的聯(lián)跳邏輯與回路，主要包括啟動失靈回路、聯(lián)跳回路、閉鎖線路備自投功能回路，相互之間存在信息流。

以單套保護(hù)為例，聯(lián)跳回路信息流如下。

（1）線路故障時，220 kV線路保護(hù)動作，同時發(fā)送啟動失靈信號給220 kV母線保護(hù)。啟動失靈信號發(fā)送回路如圖1所示。

圖1 啟動失靈信號發(fā)送回路

（2）母線故障時，220 kV母線保護(hù)動作，通過跳閘命令發(fā)給220 kV線路操作箱，聯(lián)跳220 kV線路開關(guān)。母差跳閘信號發(fā)送回路如圖2所示。

圖2 母差跳閘信號發(fā)送回路

（3）母線故障時，220 kV母線保護(hù)動作，通過跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后發(fā)送遠(yuǎn)跳命令，跳開線路對側(cè)開關(guān)。遠(yuǎn)跳命令發(fā)送回路如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)跳命令發(fā)送回路

母線故障時，220 kV母線保護(hù)動作，通過跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后啟動自身閉鎖重合閘功能，閉鎖重合閘。閉鎖重合閘信號發(fā)送回路如圖4所示。

圖4 閉鎖重合閘信號發(fā)送回路

2.2 方案分析

對于傳統(tǒng)改造方法，新舊設(shè)備均屬于電纜跳閘型保護(hù)，改造過程中不存在配合問題。當(dāng)傳統(tǒng)保護(hù)（電纜跳閘型）更換為智能保護(hù)（光纖跳閘型）時，存在舊保護(hù)和新保護(hù)之間的配合問題。目前尚未有一種成熟的轉(zhuǎn)換設(shè)備與模式支撐傳統(tǒng)變電站技改為智能變電站，多個供電局無法將傳統(tǒng)變電站改造為智能變電站，新技術(shù)的推廣受到限制[3-5]。傳統(tǒng)變電站如果不采用過渡轉(zhuǎn)換裝置，需要將運行中的變電站全站停電，停電范圍大且社會影響面廣，施工十分困難。針對220 kV變電站改造，如果沒有過渡轉(zhuǎn)換裝置，改造過程中需要申請將220 kV變電站中的220 kV母線設(shè)備等均停電，在全部停電的情況下改造。全部停電改造會極大程度地降低電網(wǎng)架構(gòu)的可靠性水平，引發(fā)大范圍的停電事故。

為了解決以上問題，在變電站改造為智能保護(hù)（光纖跳閘型）的過程中，需要一套適配舊母線保護(hù)與新智能線路保護(hù)的聯(lián)跳命令轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從而實現(xiàn)聯(lián)跳回路功能。

基于保護(hù)裝置之間的4種信息流，所設(shè)計的方法主要實現(xiàn)4種數(shù)據(jù)流類型的轉(zhuǎn)換。一是線路故障時，220 kV線路保護(hù)動作，同時發(fā)送啟動失靈信號給220 kV母線保護(hù)；二是母線故障時，220 kV母線保護(hù)動作，通過跳閘命令發(fā)給220 kV線路操作箱，聯(lián)跳220 kV線路開關(guān)；三是母線故障時，220 kV母線保護(hù)動作，通過跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后發(fā)送遠(yuǎn)跳命令，跳開線路對側(cè)開關(guān)；四是母線故障時，220 kV母線保護(hù)動作，通過跳閘命令發(fā)送給220 kV線路保護(hù)，220 kV線路保護(hù)收到命令后啟動自身閉鎖重合閘功能，閉鎖重合閘。

對于這4種數(shù)據(jù)流信息，如果按照方向劃分，可以歸納為2類。一類是數(shù)據(jù)由舊母線保護(hù)向新智能保護(hù)轉(zhuǎn)換發(fā)送，將舊保護(hù)電信號轉(zhuǎn)換為新智能保護(hù)光纖報文；另一類是數(shù)據(jù)命令由新線路保護(hù)發(fā)往舊母線保護(hù)，將新智能保護(hù)的光纖命令信息轉(zhuǎn)換為電纜強(qiáng)電信號信息。

3 組網(wǎng)模式及原理

如果線路保護(hù)裝置已經(jīng)更換為新型智能線路保護(hù)，此時其功能接口（光纖型）與舊母線差動保護(hù)（電纜型）不再匹配，按照常規(guī)改造思路，改造將無法進(jìn)行。新型號線路保護(hù)只支持光纖命令接口，舊的母線保護(hù)裝置屬于電纜跳閘設(shè)計的設(shè)備，無法直接與其互聯(lián)互通并實現(xiàn)聯(lián)跳功能。

為了解決過渡階段的聯(lián)跳命令問題，可以進(jìn)行過渡設(shè)備組網(wǎng)。對于220 kV變電站，采用與新智能線路保護(hù)（已改造保護(hù)）一對一配置的組網(wǎng)模式。采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組建雙星型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)轉(zhuǎn)換機(jī)制。被改造保護(hù)裝置若是單臺，則配置單臺轉(zhuǎn)換裝置；若是雙套冗余配置，則配置2臺轉(zhuǎn)換裝置。此外，為每個間隔提供1個信息轉(zhuǎn)換裝置，該裝置與被改造間隔保護(hù)裝置數(shù)量一致。舊母差差動保護(hù)裝置聯(lián)跳新智能線路保護(hù)功能實現(xiàn)方法如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)換裝置組網(wǎng)模式

以母線保護(hù)1數(shù)據(jù)流為例，對組網(wǎng)模式進(jìn)行說明。傳統(tǒng)母線保護(hù)1閉鎖重合閘命令信號由傳統(tǒng)母線保護(hù)發(fā)出，發(fā)出形式為經(jīng)過傳統(tǒng)電纜回路將電纜強(qiáng)電信號輸入給轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換裝置收到信號后經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)報文命令發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，采用光纖跳閘形式組網(wǎng)的新智能線路保護(hù)接在網(wǎng)絡(luò)上，識別網(wǎng)絡(luò)上的命令后經(jīng)自身邏輯實現(xiàn)閉鎖自身線路保護(hù)重合閘功能。一般情況下，傳統(tǒng)母線保護(hù)1發(fā)送命令給轉(zhuǎn)換裝置1，最終傳遞到新智能保護(hù)1；傳統(tǒng)母線保護(hù)2發(fā)送命令給轉(zhuǎn)換裝置2，最終傳遞到新智能保護(hù)2。220 kV電壓等級線路保護(hù)采用一對一配置模式，轉(zhuǎn)換裝置1與新智能保護(hù)1在同一個A網(wǎng)中，轉(zhuǎn)換裝置2與新智能保護(hù)2在同一個B網(wǎng)中，2個網(wǎng)絡(luò)相互獨立。對于其他命令數(shù)據(jù)流，原理與以上分析類似。

4 應(yīng)用效果

在傳統(tǒng)變電站智能保護(hù)技改過程中，通過傳統(tǒng)母線保護(hù)與新智能保護(hù)聯(lián)跳命令配合的轉(zhuǎn)換裝置（命令過渡轉(zhuǎn)換傳輸裝置），可以套用傳統(tǒng)改造停電方式逐個停電改造，而且線路間隔停電先后順序無特殊要求，能夠很好地適應(yīng)停電方式安排。通過該方案的應(yīng)用，不僅提高了變電站技改停電改造施工效率，而且還提高了改造的靈活性。

5 結(jié) 論

在變電站技改項目中，提出了一種智能新保護(hù)設(shè)備改造的過渡方案，有效解決了改造過程中舊母差保護(hù)與新智能保護(hù)之間的配合問題，為變電站改造成智能站提供了一種可行的技術(shù)方案，確保改造工作順利進(jìn)行，具有較好的推廣應(yīng)用價值。