鞍山麦山66 kV智能变电站示范工程综述

郑建宇，胡绍刚，高 群

其它

鞍山麦山66 kV智能变电站示范工程综述

郑建宇，胡绍刚，高 群

（国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001）

智能变电站是智能电网的重要基础和支撑，以鞍山麦山66 kV智能变电站示范工程设计与建设为例，介绍新技术在66 kV麦山智能变电站中的应用，具体分析了自动化系统及智能状态监测功能的设计与操作方式，站域保护的实现形式及变电站的组网方案等，为智能变电站的建设提供新的思路和理念。

新型网络结构；站域保护；智能分析软件

鞍山麦山66 kV智能变电站作为国网辽宁省供电公司试点工程，是继鞍山供电公司在建成多个不同智能变电站后建立的又一个无人值守并免于定检的新型智能变电站。智能变电站的试点性建设汲取其他智能变电站的经验，为鞍山电网的智能化打下良好基础，为智能电网的分析、决策系统提供了信息及功能支撑。

1 新型网络组网方案

智能变电站采用IEC61850规约下的三层两网结构，即间隔层、过程层、站控层以及过程层网络与站控层网络，如图1所示［1］。

参照国家电网智能变电站设计标准，设计建造了66 kV及35 kV智能变电站，主变受电侧间隔、主变二次侧间隔及加分段间隔采用单独组网，合并单元和智能终端与保护、测控装置采取直采直跳方式，这种模式的智能变电站和常规变电站相比只增加了使用IEC61850规约，保证了信息的开放性和互操作性，但由于过程层设备通过网络和间隔层设

图1 智能变电站的构架体系

备交互，交流采集、开入、保护跳闸等信息，把原本简单的变电站复杂化。不仅带来安全隐患，通过GOOSE网传给过程层设备的信息量巨大，对软硬件平台的网络处理能力要求也很高，增大了投资成本［2］。

针对这种情况，麦山66 kV智能变电站采用间隔层、过程层设备集成，保护、测控装置兼具合并单元与智能终端功能。这样合并单元的原有功能包括对常规互感器输入的模拟量采样处理后，按IEC61850-9-2标准转换成以太网数据，再通过光纤输出到过程层网络；智能终端的原有功能包括对断路器开关状态量采集、断路器控制与断路器控制回路监视等，现都可通过过程层网络基于GOOSE服务发布信息，两者均可实现集成。随着间隔层设备的集成，不仅能为一次设备提供更好的数据输入服务，真正实现电气设备间的信息共享与互操作性，为集中式保护打下基础；同时还能减少设备数量，减少屏柜数量，节省屏柜空间，减少占地面积，节约设备成本，降低全站投资。由于合并单元与智能终端的集成，使得原本智能变电站的过程层简化，极大地减少了二次接线，提高了其可靠性。同时，过程层网络组网以GOOSE＋SV方式同网进行信息采集和数据传输，在这种组网方式下，过程层设备采集的信息直接通过一根网线就可以实现间隔层和站控层的数据交换，并采用“直采直跳”方式，即使过程层网络断网，本身的保护功能依然可以保证。全站智能设备采用电B码及光B码对时系统，由单一GPS／北斗系统通过光纤联通扩展时钟，再用网线转接至其它保护测控装置中，做到全站设备时间统一，对时准确。对时系统单独组网，不仅简化了对时回路设计，也避免了过度依赖网络而在断网情况下导致的全站对时系统失效，提高对时的可靠性和准确性。上述组网方式属于试点创新项目之一，在麦山变中应用并试运行良好，此种组网方式的实现也为智能变电站网络组网提供了新思路。麦山66 kV智能变电站网络结构图如图2所示。

2 站域保护的引入

基于上述网络构架，按照国家电网公司对智能变电站设计要求组成的网络平台，可大幅度简化设备连接方式和系统结构，达成站内多信息的应用共享机制，消除信息交互孤岛，促进站内各二次系统单元的充分联系，经融合后可用以执行故障综合集中判断处理，从而实现站域保护功能［3］。

图2 麦山66 kV智能变电站的网络架图

麦山66 kV智能变电站的站域保护装置面向对象为整个变电站，完成站内保护的功能冗余、优化和站域安全自动控制等功能，同时可作为广域保护控制子站完成广域电网相关的保护控制功能。站域保护的实现对智能变电站而言，提高了远后备的速度，减少了对一次设备的冲击。站域保护具有集中式保护特点，通过软件模块化，集成备自投保护、断路器失灵保护、简易母线保护、低周低压减载保护等保护模块。本站站域保护使用断路器失灵保护、简易母线保护、低频低压减载、备自投保护、过负荷联切保护模块。在集成了常规变电站必要的保护外，完善了变电站的保护配置，提高了其安全可靠性。同时，如果依靠网络的站域保护出现问题，之前的常规保护仍健全，保护依然可以动作。这一点提高了全站保护的运行性能，使变电站更加安全可靠。

通过此套站域保护装置，麦山智能变电站已经做到站内信息共享及数据交流分析，并智能做出正确的保护动作，提高了保护的兼容配合，增强了其可靠程度。既然智能变电站可以达到高度的共享信息，完全可以实现下端变电站与上一级变电站的数据交互，形成一个区域智能变电站网络，即广域保护［4-5］。所谓广域保护，是将电力系统内的保护装置通过光纤互联，信息共享，获得系统内多点信息，根据网络拓扑结构，利用获得的信息对故障进行快速、可靠、精确的切除，分析故障点切除后对系统安全稳定运行带来的影响，并采取相应的控制策略，确保电网的安全运行。这种集保护和自动控制功能于一体的系统称为广域保护系统。广域保护把所有相关区域内的变电站信息网络化，实时传输，实时分析判断，打造真正的智能电网，这也是电网发展的必然趋势和走向。

3 分列式变压器保护

66 kV麦山变变压器保护采用“分列式变压器保护”，由鞍山供电公司根据多年自动化运行经验提出，把变压器高压侧后备保护装置与低压侧后备保护装置分别就地安装在变压器的高压侧和低压侧，两侧通过点对点光纤直连方式进行通信交换采样值，以完成差动保护。如此，变压器高压侧保护既实现了后备保护功能，又实现了变压器的差动保护。同时，保护与测控合二为一，并与合并单元及智能终端组合成智能一体化设备。每台高压侧保护测控装置再配备1台测控装置，作为信号转接备用，2台装置均具备GOOSE接收、发送、跳闸及合闸功能，并作为站域保护的信息采集与执行终端。这种“分列式变压器保护”，只用2台保护装置，兼具了差动保护及高低压侧后备保护，且2台主变保护之间通过GOOSE交互差动保护动作、非电量保护动作、高低压侧开关位置信息等。因为采用电缆就地采集模拟量数据可以发出跳、合闸命令，所以，即使没有网络依然可以实现保护功能，保证了变压器运行的可靠性，提高了系统的稳定运行，而且变压器保护的范围不再延伸到对侧进线开关（属于未来试点阶段智能变电站的广域保护功能），同时缩减了投资成本，减少了屏柜数量及电缆敷设量。因此，这种变压器保护是当前最简单可靠、安全有效的一种保护方式。

4 软件开发

以往的周期性检修方式存在很大的强制性和盲目性，如检修人员的工作量不断加大，设备的频繁检修缩短了设备的寿命，线路的经常停运、投运降低了经济效益等，难免影响到检修质量和电网及设备的安全。为提高继电保护设备检修工作的针对性和有效性，合理降低检修成本，运行人员巡视变电站时可更直观地发现装置或设备异常情况，本站开发出1套可在线自动生成继电保护装置试验报告的软件，通过软件实时收集继电保护设备正常运行时产生的自检出错、保护告警、设备定值变更、压板控制字等信息，可自动生成智能分析报告。

鞍山66 kV麦山变采用可在线自动生成继电保护装置试验报告的软件，功能如下。

a.事故追忆功能，可实现在线监测查询继电保护信号及遥信开入、设备状态监测信息，跳合闸电流是否正常等各种信息，并根据发生时间进行顺序记录。通过选取某间隔一段时间内单一时间点事故，可单独调出某一间隔的事故追忆记录，更直观地对信号进行分析判断。

b.智能告警功能，即对于某个间隔保护动作行为数据的智能分析，包括显示故障设备的开关分闸、合闸时间；保护动作情况（何种保护动作，动作是否成功）；故障性质（是否重合，重合是否成功，若成功则判为瞬时性故障，若不成功则判为永久性故障）；处理原则（需要二次专业人员操作信号复归、保护定检等，需要运行人员复查定值等）；通过自动生成继电保护报告直观展现出来。继电保护事故分析功能的使用有利于运行人员对故障情况及其性质的掌握。

c.定期对定值、控制字进行召唤校对，由于本站取消硬压板，统一采用软压板及控制字进行功能的开放及闭锁。通过软件定期对保护定值、控制字信息召唤校对，若当前状态与按照运行规程录入的控制字或保护定值表格的预置位不符，自动发出告警并上传调度。这样极大地减少了运行人员的工作量，避免人为等因素造成的安全事故，提高设备和电网运行的可靠性。

d.装置监测功能，即二次设备状态监测，包括每个间隔的固定监测信号5个（装置异常信号、SV采样中断信号、对时异常信号、TA反序信号、电流回路异常信号），实时检查装置工作状态是否正常，确保保护测控装置发生异常时第一时间上传信号；在线监测并记录本间隔保护动作报告，报告主要包含保护动作信息、断路器变位信息、手动跳合或遥控操作断路器信息。

在线自动生成继电保护装置试验报告软件的应用，是在在线监测和状态检修系统的基础上实现的对保护一系列动作信息的智能分析。此软件避免周期性定检对保护设备及一次设备的冲击，并将形成真正意义上的无人值守智能变电站免检，为智能变电站的建设开辟出新的思路和方式。

5 结束语

麦山智能变电站在网络结构及监控智能分析有所突破的同时也存在一定隐患。由于对过程层网络依赖程度的提高，使过程层网络交换机的重要性尤为突出，且基于网络站域保护的可靠运行现阶段还需经过长期运行、调试等考验。同时，本站的GOOSE与SV同网，而对时系统单独组网，这将为未来“三网合一”留下实现的空间。鞍山66 kV麦山智能变电站作为国网辽宁省供电公司示范项目，它的建立不仅促进了鞍山坚强智能电网的实现，更为鞍山供电公司“一强三优”战略目标做出贡献。

［1］ 史 添.智能变电站网络结构优化研究［D］.保定：华北电力大学，2011.

［2］ 樊 陈，黎山平，高春雷，等.集成式中低压数字化变电站自动化系统设计［J］.电力系统自动化，2010，34（13）：84-87.

［3］ 刘东超，王开宇，胡绍刚，等.基于数字化变电站的集中式保护［J］.电力自动化设备，2012，32（4）：117-128.

［4］ 高 涛，邓 玲.智能电网及其国内外发展概述［J］.东北电力技术，2012，33（2）：5-10.

［5］ 孙 鑫，张幼明.智能电网中的广域保护［J］.东北电力技术，2011，32（1）：34-36.

Research Overview on Demonstration Project of Anshan Maishan 66 kV Intelligent Substation

ZHENG Jian⁃yu，HU Shao⁃gang，GAO Qun
（State Gird Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China）

Intelligent substation is an important foundation and support of smartgrid.This paper takes design and construction of dem⁃onstration project for Anshan Maishan 66 kV intelligent substation as an example，introduces a new technology application.The design and operation mode of intelligent conditionmonitoring function，automation system，area protection and substation network scheme are analyzed in detail.It offers a new resolution for the construction of intelligent substation.

New network structure；Area protection；Intelligent analysis software

TM63；TM76

A

1004-7913（2015）07-0054-04

郑建宇（1989—），男，学士，助理工程师，从事继电保护、智能变电站技术研究。

2015-04-02）