基于功能纵向集成的无防护安装就地化线路保护

摘 要本文针对当前智能变电站线路保护中存在的保护及运维方面的问题，设计了一种功能纵向集成的无防护安装就地化线路保护技术方案。通过该设计方案，可直接纵向集成合并单元与智能终端，对终端功能起到良好的保护效果，并优化设备配置，减少保护时间，为站域保护提供数据采集与执行支撑。另外，本文还对其他关键技术进行了简要分析。

【关键词】线路保护 就地化保护 功能纵向集成 合并单元

目前，由于变电站中一次设备与二次设备间距离较远，导致出现电流互感器（TA）饱和、多点接地以及电容放电等问题，数据之间也无法共享。而在智能变电站中，尽管上述问题得到了优化，但由于一些新型设备的安装，造成信号传输以及保护采样间环节增加，最终降低了保护的速动性、可靠性。对此，本文通过设计一种纵向集成合并单元与智能终端的保护技术，实现了无安装防护的就地化线路安装保护，提升了变电站的运行安全性与可靠性。

1 系统架构与设计

本文技术方案是基于SOC（system on chip）芯片技术，通过应用该技术，将合并单元、智能终端及线路保护全部集成到一起，减少保护时间，优化设备配置，还可支持户外无防护安装，并采用标准连接器，可即插即用。以220kV线路就地化无防护保护设计为例，通过采用双重优化配置，使两套保护线路之间相互独立，并且每套保护线路的保护功能都较为完整，并可采用线路无防护安装，将线路保护跳合闸硬压板安装在就近的控制柜内，为每一套线路配备独立操作箱，进而完善跳合闸控制与电压切换功能，可将其安装在本间隔的就地控制柜内。

通过功能纵向一体化的设计理念，实现了以下三项功能：

（1）合并单元功能：包括采集模拟量、分析处理数据、计算采样值等；

（2）对系统的逻辑运算、通信功能加以保护；

（3）智能终端保护功能，实现对开关量的开入、开出以及对通用对象的变电站的收发。

在该线路保护系统中，通过互感器直接进行采样，可对本间隔的保护电流、保护电压以及同期电压直接采集。

2 功能纵向集成的技术设计

2.1 智能变电站线路保护系统分析

由于数据与信号经过每一个环节时，会有一定的延时现象，尤其是在合并单元处理中，延时可达到2ms，与以往相比，延时可能会达到7-8ms。另外，相关研究中设计了一种纵向集成装置，板件包括AD板件、CPU板件、智能I/Q板件等。在该设计中，在纵向集成中减少了装置SV与跳合闸的报文（GOOSE），但增加了重采样、低通滤波等通信环节，每一个环节大约增加延时3-4ms。

2.2 基于功能纵向集成就地化线路保护的技术设计

本次基于功能纵向集成的就地化线路保护技术设计框架如图1所示。该设计框架以智能变电站构架为基础，纵向整合了系统架构中的线路保护、线路合并单元以及智能终端，将其集成在同一单板件内。有效缩短了数据的传输路径，提高了传输效率与实时性，同时也实现了对采样数据和控制资源的共享。但该设计方案对于系统的硬件设施也具有较高的要求，传统系统架构中的单核CPU很难满足使用要求，因此在该设计中采用了SOC芯片技术，有可编程的门阵列（FPGA）与多核CPU共同完成。

在该设计过程中，为了实现系统的独立性功能要求，可合并单元、管理功能以及智能终端分别安置在多个CPU内，另外各个DSP在其功能差异上可在不同的时间段进行任务调度。对各CPU进行管理，完善装置系统的各项功能，包括事件配置、录波管理等。为了确保系统的保护逻辑计算功能、智能终端功能正常，将DSP1的任务调度周期设置为833us（1.2Hz），同理，为确保系统的保护启动与合并单元功能，可将DSP2的两个任务调度周期设置为833us，250us（4kHz）。在系统运行过程中，并根据中断间隔情况高速采样。最终通过该技术设计，可使线路保护动作达到正常水平，与之前相比减少约7-8ms延时时间。

综上，本文基于功能纵向集成的无防护安装就地化线路保护对智能变电站线路保护进行了改革，为未来智能变电站中一二次设备的融合奠定了基础。

参考文献

[1]周华良，汪世平，宋斌，邹志杨，吴海，张洋洋. 就地化装置硬件外特性的在线监测与诊断方法[J/OL].电力系统自动化，1-7（2017-10-09）.

[2]裘愉濤，王德林，胡晨，董新涛.无防护安装就地化保护应用与实践[J].电力系统保护与控制，2016，44（20）：1-5.

作者单位

梁屿（1981-），男，山东省烟台市人。工程师，变电站二次设计主责。研究方向为就地化无防护保护。

作者单位

烟台东源送变电工程有限责任公司 山东省烟台市 264000