上海220 kV闵东智能变电站特点及事故反措

许宏毅，罗 毅，徐 羚，王春华

(国网上海市电力公司检修公司，上海 201601)

上海220kV闵东智能变电站特点及事故反措

许宏毅，罗 毅，徐 羚，王春华

(国网上海市电力公司检修公司，上海 201601)

闵东智能变电站在220kV及主变三侧使用IEC61850规约将信息层变为三层：过程层，间隔层，站控层。通过采用过程层交换机，合并单元，智能终端，合智一体装置等智能设备，使用光纤通信，将传统保护装置硬压板投退改为自动化后台软压板投退方式，实现变电站的智能化。

闵东智能变电站；过程层交换机；软压板；智能终端

1 闵东智能变电站概况

1.1 一次设备

220 kV闵东智能变电站属于上海电网主网架泗泾中心站，位于泗泾分区和新余分区之间。全站分3个电压等级，3台主变。220 kV接线方式为双母线双分段，山东泰开GIS设备，4条出线，为余东2B12，余东2B11，东北2B39，东北2B40，是闵东站-新余站及闵东站-闵北站的联络线。其中余东2B12，余东2B11，1号主变220 kV，2号主变220 kV在I母运行，而东北2B39，东北2B40，3号主变220 kV在II母运行。

110 kV接线方式为单母线三分段，山东泰开GIS设备。35 kV接线方式为单母线六分段，东源电器小车设备。主变为三相三绕组有载调压变压器，西门子生产，容量240MVA，油浸自冷，联结组标号YNyn0d11，有载调压装置共17档，正常运行于第9档，电压比220+(+8-8)×1.25%/115/37 。

1.2 二次设备

220 kV保护及主变三侧电气量保护采用双重化配置，第一套保护用长园深瑞，第二套保护用许继电气，均采用合并单元、智能终端及过程层交换机等设备，在自动化后台操作保护装置软压板投退。

110 kV及35 kV保护为单重化配置，用长园深瑞，使用传统变电站保护形式。

2 闵东智能变电站信息分层

2.1 IEC61850规约及信息三层结构

传统变电站自动化系统逐渐暴露出一些问题：通信协议的多样性、信道及接口不统一、系统的集成度低、来自不同供应商的不同设备信息交换兼容性差[1-5]。目前，IEC61850标准是变电站自动化领域最完善的标准。采用功能分解，数据流和信息建模的方法，实现对设备进行控制、监视、保护和日常维护。智能变电站与传统变电站信息分层区别见图1。

图1 智能变电站与传统变电站信息分层区别

传统变电站采用IEC60870-5-103规约，信息层为两层：间隔层和站控层。间隔层内流变、压变将采到的模拟量直接用电缆直采给保护装置，故障录波，测量，计量及PMU。之后再由这些设备进行模数转换，并通过交换机传输到站控层的自动化后台及远方监控[6-8]。同时，开关、闸刀、接地闸刀位置副接点等亦须通过电缆传输至各装置。图2为传统变电站220 kV出线流变二次。

图2 传统变电站220 kV出线流变二次

智能变电站采用IEC61850规约，信息层分为三层过程层，间隔层和站控层三层。间隔层与过程层的网采信息通过过程层交换机，间隔层与站控层传输信息通过间隔层交换机[9-11]。

过程层包括一次设备及合并单元、智能终端二次设备，主要完成模拟量采集，模数转换，开关量输入、输出和操作控制命令发送等功能。

间隔层包括继电保护装置，测控，故障录波，计量，PMU等二次设备，具备对一次设备的保护控制和操作闭锁，并汇总实时数据信息，通过间隔层交换机传输给站控层。同时接收站控层发出的控制操作命令，实现操作命令的承上启下。其中合并单元至保护装置和计量为直采，不经过过程层交换机。而合并单元至测控，故障录波及PMU需要经过过程层交换机。图3为闵东站220 kV余东2B12合并单元A。

图3 闵东站220 kV余东2B12合并单元A

站控层包括监控主机，工作站，远动站，GPS对时装置等。站控层提供运行人机界面，实现对间隔层设备的管理控制。

智能设备之间几乎完全为光纤通信，传输效率及抗干扰性大大提高。

2.2 过程层交换机故障事故预想

闵东智能变电站与传统变电站比较，增加了过程层交换机，绝大多数的保护动作过程为直跳，但是以下2种保护功能经过过程层交换机：

2.2.1母差保护启动远跳

以闵东站220 kVI母第一套母差保护启动余东2B12线路远跳为例，回路为

220 kVI母母差保护装置A——220 kV过程层A网中心交换机——余东2B12过程层A网交换机——余东2B12保护装置A

所以过程层中心交换机或过程层支路交换机故障均影响母差保护启动远跳功能。

如图4，在两套过程层交换机故障情况下，当闵东站余东2B12开关流变间死区故障，则启动闵东站220 kVI母母差保护动作，跳开闵东站220 kVI母上各支路开关(包括开关1)，及启动远跳跳开线路对侧开关(包括开关2)。若因为过程层交换机故障导致母差启动远跳功能无法实现跳开开关2，则母差保护动作后，故障点未被切除。需要新余站余东2B12距离保护二段跳开开关2。

导致后果：延长了故障的切除时间，影响电网的安全稳定。

解决方案：运维人员发现问题应及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。在过程层交换机故障未处理期间可在调度许可下，将新余站(对站)余东2B12距离保护二段整定值从1区改为2区，加速跳闸。

图4 闵东站余东2B12开关流变间死区故障

2.2.2失灵保护

失灵保护分为支路保护动作启动母差失灵，和对侧母线保护启动本侧母线保护失灵[12-13]。

(1)支路保护动作启动母差失灵

以余东2B12线路保护动作失灵启动母差为例，回路为

余东2B12保护装置A——余东2B12过程层A网交换机——220 kV过程层A网中心交换机——220 kVI母母差保护装置A——各支路智能终端A

所以过程层中心交换机或过程层支路交换机故障均影响支路保护动作启动母差失灵。

如图5，在两套过程层交换机故障情况下，当闵东站余东2B12线路故障(假设母联分段都是运行状态)，余东2B12开关拒动，欲启动220 kVI母母差失灵，但因为过程层交换机故障导致余东2B12启动母差失灵失败，又因为故障点在220 kVI母母差动作区外，所以220 kVI母母差不会被启动，220 kVI母母差失灵启动II母母差也不会被启动。支路1，2，3，4靠对站距离保护二段、三段切除故障。

导致后果为闵东站全站失电，且对周围变电站的稳定性产生较大影响。

解决方案：运维人员发现问题应及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。在过程层交换机故障未处理期间可在调度许可下，用上母联分段解列保护压板，将支路1(与故障过程层交换机支路共用同一条母线的所有出线)在对站的距离保护二段，三段整定值从1区改为2区，加速跳闸。

图5 闵东站余东2B12线路故障

(2)对侧母线保护启动本侧母线保护失灵

以闵东站220 kVII母第一套母差保护失灵启动220 kVI母第一套母差保护为例，回路为220 kVII母母差保护装置B——220 kV过程层A网中心交换机故障——220 kVI母母差保护装置A——各支路智能终端A

所以过程层中心交换机故障影响对侧母线保护启动本侧母线保护失灵。

如图6，在两套过程层中心交换机故障情况下，当220 kV正母二段母线故障(假设母联分段都是运行状态)，220 kVII母母差动作，跳支路3开关，220 kV2号母联，220 kV正母分段。若220 kV正母分段拒动，欲启动220 kVII母母差失灵启动I母母差，但因为过程层中心交换机故障导致该失灵保护启动失败，又因为故障点在220 kVI母母差动作区外，所以220 kVI母母差不会被启动。支路1，2，4靠对站距离保护二段、三段等切除故障。

导致后果为闵东站全站失电，且对周围变电站的稳定性产生较大影响。

解决方案：运维人员发现问题应及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。在过程层中心交换机故障未处理期间可在调度许可下，用上正母分段及副母分段解列保护压板。

图6 闵东站220 kV正母二段母线故障

3 闵东智能变电站220 kV及主变保护装置

3.1 保护屏硬压板与软压板

与传统变电站不同的是，闵东智能变电站的保护装置压板以软压板的形式，在保护屏或在自动化后台投退，分为4种：功能软压板(相当于功能压板)，SV接受软压板(电压、电流采集)，GOOSE接受软压板(开入量)，GOOSE发送软压板(相当于出口压板)。其中SV接受软压板用上，表示合并单元将采集的电流量，电压量经过模数转换后可以开入至保护装置，GOOSE接受软压板表示对开关、闸刀、接地闸刀副接点，继电器位置采集，保护间的启动和闭锁等。

闵东智能站220 kV及主变保护屏上的A相跳闸压板4C1LP1，B相跳闸压板4C1LP2，C相跳闸压板4C1LP3，重合闸出口压板4C1LP4，闭锁另一套重合闸压板4C1LP5，这5块硬压板为智能终端的出口硬压板。

与传统变电站保护屏上保护出口压板不同之处，以闵东站余东2B12为例：

(1)停用余东2B12，第一套保护屏，跳闸，GOOSE发送软压板1GTLP1：只停用余东2B12第一套线路保护，而220 kVI母母差保护启动余东2B12开关跳闸(包括I母其它支路开关失灵启动母差跳余东2B12开关)，新余站220 kV母差动作启动远跳使闵东站余东2B12开关跳闸，都会跳开本开关，且本开关可以遥分，手分。

(2)停用余东2B12，第一套保护屏，A相跳闸，压板4C1LP1，B相跳闸压板4C1LP2，C相跳闸压板4C1LP3：所有作用于本开关的保护动作均无效，且本开关不可以遥分，手分。

3.2 保护装置故障事故预想

3.2.1220kV线路保护装置A故障

在一次设备不停役情况，以余东2B12保护装置A故障为例，故障至所有软压板无法投退，且有误动风险。

解决方案：因为保护装置的GOOSE出口压板以软压板的形式存在，又故障至无法操作，则运维人员必须及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。在调度许可下，拉开 余东2B12保护装置A 第一组操作直流电源小开关。

3.2.2220kV母差保护装置A故障

运维人员发现220 kVI母母差保护装置A故障，故障至所有软压板无法投退，且有误动风险。

解决方案：因为保护装置的GOOSE出口压板以软压板的形式存在，又故障至无法操作，则运维人员必须及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。在调度许可下，拉开220 kVI母第一套母差保护屏 保护直流小开关。

3.2.3220kV母差保护装置A，B均故障

运维人员发现220 kVI母母差保护装置A，B均故障，故障至所有软压板无法投退，且有误动风险。

解决方案：运维人员应及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。必须在调度许可下，拉开220 kVI母第一套母差保护屏 保护直流小开关，拉开220 kVI母第二套母差保护屏 保护直流小开关。用上解列保护压板；该母线上所有出线的对站开关距离保护二段根据整定书由1区改为2区，加速跳闸来保护本站母线。

4 闵东智能变电站智能终端

4.1 智能终端A、B共有的功能

开入量：开关、母线闸刀位置信号，保护屏温湿度信号，压力低闭锁重合闸，跳位监视，保护动作跳闸出口；

开出量：闭锁另一套重合闸，间隔测控。

智能终端A具备而智能终端B不具备的功能是：

开入量：线路闸刀、接地闸刀位置信号，GIS各类报警、故障信号，本体柜内温湿度信号，开关合闸出口，开关遥合、遥分。

智能终端A故障与智能终端B故障的处理方式略有不同。因为只有智能终端A有合闸功能，所以当智能终端A故障时，应增加操作第二套线路保护用上停用重合闸功能软压板，并停用重合闸GOOSE发送软压板。

4.2 智能终端故障事故预想

4.2.1余东2B12智能终端A故障

运维人员发现故障后，应及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。在调度许可下操作：

停用 余东2B12第一套保护屏 A相跳闸压板4C1LP1，B相跳闸压板4C1LP2，C相跳闸压板4C1LP3，重合闸出口压板4C1LP4，闭锁另一套重合闸压板4C1LP5；

停用 余东2B12第一套保护屏 跳闸GOOSE发送软压板1GTLP1；

用上 余东2B12第二套保护屏 停用重合闸功能软压板2KLP5；

停用 余东2B12第二套保护屏 重合闸GOOSE发送软压板2GTLP4；

用上 220 kVI母第一套母差屏 余东2B12强制使能软压板8DW，余东2B12_母闸刀强制合软压板8DWH_。

4.2.2余东2B12智能终端B故障

运维人员发现故障后，应及时汇报缺陷，请检修人员尽快处理。在调度许可下操作：

停用 余东2B12第二套保护屏 A相跳闸压板4C1LP1，B相跳闸压板4C1LP2，C相跳闸压板4C1LP3，重合闸出口压板4C1LP4，闭锁另一套重合闸压板4C1LP5；

停用 余东2B12第二套保护屏 跳闸GOOSE发送软压板2GTLP1；

用上 220 kVI母第二套母差屏 余东2B12强制使能软压板8DW，余东2B12_母闸刀强制合软压板8DWH_。

5 结语

过程层交换机、合并单元、智能终端的使用，保护装置软压板的投退实现了变电站的智能化，同时也为运维及检修人员增加了新的挑战。要明确智能设备工作原理，故障时受影响的范围，以便于对异常设备或事故处理。运维人员应加强对智能设备的认识，做好事故预想及反事故措施，积极维护变电站的安全稳定运行。

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FeaturesofShanghai220kVMindongSmartSubstationandItsAccidentCountermeasures

XU Hongyi, LUO Yi, XU Ling, WANG Chunhua

(Inspection & Maintenance Company, SMEPC, Shanghai 201601, China)

The IEC 61850 protocol used in 220kV and three sides of main transformer in Mindong smart substation changes the information layer into three layers: the process layer, the interval layer, and the station control layer. The intelligent devices, such as process layer switches, unit merging, intelligent terminal, boxchip combination devices, are applied and the optical fiber communication is used so that the hard-strap switching mode of the traditional protection device is changed into soft-strap switching mode of automation background, achieving the intelligence of the substation.

Mindong smart substation; process layer switch; soft strap; intelligent terminal

10.11973/dlyny201705012

许宏毅(1992—)，男，助理工程师，从事电力企业变电站筹建及运维工作。

TM76

A

2095-1256(2017)05-0541-05

2017-07-21

(本文编辑：赵艳粉)