一种220kV智能变电站就地化保护配置方案

李永周 侯伟 段运鑫

摘要：现有智能变电站多采用三层两网结构，存在占地大、成本高、故障率高、速动性和可靠性低等缺点。作者分析了就地化保护的优点，提出了一套220kV智能变电站就地化保护全站配置方案，对就地化保护的普及和应用具有重要意义。

关键词：智能变电站；就地化保护；配置方案

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0075-02

随着计算机技术、芯片技术、网络通信技术、保护自动化技术的发展，智能变电站的核心技术经历了跨越式的发展，已经日趋成熟。较传统变电站而言，智能变电站具有集成化、数字化、智能化的特点，其建设周期短，运行效率高，但随着智能变电站大规模建设和投运，在长期运行过程中也暴露出了一系列的问题。如过程层设备数量多，硬件成本增加，故障几率增加，降低了继电保护系统的速动性和可靠性；户外运行环境较差，发热量大，长期运行故障率较高，日常维护难度增大；需要设置专门的继电保护小室，占地面积大，现有模式还有继续优化的空间。鉴于以上问题，国家电网公司制定了《国家电网公司继电保护技术发展纲要》，确定了220kV及以下电压等级常规采样就地化保护整体技术方案，因此采用就地化保护成为大势所趋。

1 智能变电站就地化保护的特点

与智能变电站微机保护+合并单元+智能终端模式相比，就地化保护具有小型化、高可靠性、高防护的特点，可实现无防护安装和即插即用。具体有以下特点：（1）就地化保护装置小型化，接口标准化，即插即用，简化二次接线。（2）就地化保护采用SV、GOOSE、MMS三网合一共口输出，构建全站保护专网实现二次设备信息交互。（3）采用预制式航插，标准化配置，互操作性强，有效防止现场“误接线”。（4）可实现“工厂化调试”和“更换式检修”，安装、调试、检修、更换更加方便，大幅缩短停电时间，减少运维工作量。（5）电缆采样、直接跳闸，减少数据传输中间环节，提高保护的可靠性和速动性。（6）保护功能不依赖于外部对时系统，也不受SCD文件影响。（7）IP67防护等级，满足就地化安装环境条件及长寿命要求。（8）取消保护屏柜，就地安装，节约土地面积，减少光缆和电缆使用量，实现降本增效。

2 全站配置方案

全站采用IEC61850体系，取消过程层，站控层和间隔层分别采用双星型以太网；保护装置就地化配置，电缆直接采样，直接跳闸，通过光纤分别接入保护专网A和保护专网B。保护专网负责传输SV、GOOSE、和MMS报文，保护专网A/B之间采用隔离装置隔离，二者独立。智能管理单元同时连接保护专网A/B和站控层网络，作为二者的桥梁。

220kV保护装置、管理单元、录波器、保护专网和站控层网络均采用双重化配置。就地化线路保护独立完成保护功能；就地化变压器保护采用分布式模式，按侧配置保护子机；就地化母线保护采用积木式可扩展设计，每个子机支持多个间隔，根据变电站实际规模灵活配置子机数量。其中变压器保护和母线保护分别设置高可靠无缝冗余的双向双环网，用于各子机之间的高速数据传输。智能管理单元组柜安装于主控室，各保护子机在其就地化保护端子箱侧壁外挂安装，主变保护子机安装在主变对应侧仪控柜内，母线保护子机就近安装在对应支路附近仪控柜内。

系统架构图如图1所示。

2.1 线路保护配置方案

（1）配置原则：保护采用双套冗余配置，功能相互独立，两套保护均具备完整独立的主后备保护功能；通过电缆完成模拟采样、开关量采集和保护出口；具备SV、GOOSE和MMS共口输出功能，通过保护专网与其他设备交互信号；按间隔在就地控制柜中配置两套操作箱，完成对本间隔断路器的跳合闸控制功能。

（2）配置方案：线路保护双重化配置，每套保护具备完整独立的主后备保护功能，两套保护之间相互独立。装置就地安装于本间隔就地控制柜。装置采用单端预制的标准电连接器完成电缆直采直跳，并通过保护专网与其他设备交互信号。装置采用光B码对时。具体配置如图2所示。

2.2 变压器保护配置方案

（1）配置原则：变压器保护采用分布式设计，就地安装；所有子机均通过电缆完成本侧模拟采样、开关量采集和保护出口；子机之间通过光纤双向双环网进行通信；子机保护功能冗余配置，各保护子机可独立完成所有保护功能。

（2）配置方案：变压器保护配置差动保护、高/中/低后备保护，在高、中、低和中性点侧（可选）分别配置保护子机，子机之间采用千兆光纤双向双环网通讯。保护采用无主模式，各子机完成对应侧模拟量、开关量采集，通过环网通信进行信息交互，各个子机下装相同的定值，独自完成全部保护功能。子机下放各侧端子箱，就地安装。装置采用光B码对时。具体配置如图3所示。

2.3 母线保护配置方案

（1）配置原则：母线保护采用模块化可扩展设计，就地安装。电缆直接采样，直接跳闸；各子机通过保护专用环网进行电压电流及开关量的传送，子机独立运算、独立出口；子机保护功能冗余配置，每台均具有完整的母线保护功能；每台子机最多接入7个间隔元件，就近安置于所接入间隔附近；子机之间通过光纤双向双环网进行通信；跳母联、分段、启动失灵等通过保护专网采用 GOOSE 方式实现。

（2）配置方案：母线保护采用积木式设计，根据支路数目设置一个或多个母线子机。每台子机可接入8个间隔元件，就近安置于所接入间隔附近。每个子机通过元件保护环网接收其他子机采集的模拟量和开关量信息，独立完成所有保护功能。装置采用光B码对时。具体配置如图4所示。

2.4 智能录波器配置方案

智能录波器采用双套冗余配置。智能录波器接入保护专网和站控层网络，实现SV、GOOSE、MMS所有应用数据的完整记录、全景可视化展示、综合分析与诊断、远传及管理、PMU等功能。

2.5 智能管理单元配置方案

智能管理单元双套冗余配置，与保护专网连接，获取保护数据，同时连接站控层MMS网，将保护数据传送给其他站控层设备。智能管理单元通过新增网关机接入调度保护主站。

智能管理单元作为全站就地化保护装置的人机接口，支持不同厂家之间的互联互通，全景展示实时采样、告警信息、定值参数和软压板状态，完成参数设置、定值整定和软压板投退等操作，同时对SCD中其他信息修改可能对保护造成的影响起到隔离作用，实现全站保护装置的全寿命周期管理。

3 结语

目前，就地化保护的应用还处于挂网试运行阶段，由于之前变电站装置都是防护型安装，因此对于无防护的安装方式，目前多建立在理论分析基础上，缺少实际数据支撑，需要收集装置的运行数据、环境数据，并以此原始数据为基础分析，不同的安装环境、安装方式、运行方式，对于装置的运行性能的影响，并尝试找出最佳方案。本文在分析了智能变电站就地化保护特点的基礎上，提出了一整套220kV智能变电站就地化保护配置方案，该方案相比传统的智能变电站配置，具有占地面积小、就地化程度高、安装维护和检修方便、防护等级强、可靠性高等特点，而且功耗降低70%，保护动作时间缩短35%、光缆数量使用降幅近60%，保护屏柜数量降幅达60%，整站安装调试时间缩短70%以上。该方案已在国家电网某220kV变电站挂网试运行，通过对试运行数据的收集、分析和优化，对之后就地化保护的普及和应用都具有重要意义。