继电保护及自动化系统在国内外电网配置中的差异分析

王 敬，许 可

(1. 北京四方继保自动化股份有限公司，北京 100085；2. 三峡国际能源投资集团有限公司，北京 100033)

随着中国经济的发展及制造能力的增强，电力系统继电保护及自动化等二次保护设备逐步在全球占有一席之地，打破了西门子、ABB、施耐德等传统国外品牌的市场垄断。随着国家“一带一路”战略的深入发展，电力企业走出去的同时，也带着中国标准及二次设备一起走出去，特别是在东南亚、非洲、拉美等地区，使得国内产品在全球的知名度有了更进一步的提升。在这个过程中，国外品牌的二次设备和国内品牌的二次设备从保护原理、产品特性、组网方式等多方面存在差异，同时“一带一路”的诸多国家的电力公司对于二次设备也有着明确的准入门槛、入网要求、管理规范，为了更好使产品适应国际化需求，满足不同国家的当地规范要求，本文简要的阐述了国内外产品间的几个典型差异及国内外的使用习惯。

1 保护产品通讯协议的差异

微机保护产品的通讯接口以RS485/232串口和以太网为主，目前主流市场以以太网通讯方式居多。而通讯规约大多以以太网IEC61850及串口IEC103为主，在规约的处理机制和组网方案上，国内外市场及国内外品牌的继电保护设备存在着一定的差别。

国外品牌(西门子、ABB、施耐德等)保护装置支持的协议为PRP和HSR冗余协议。HSR(high available seamless ring)协议是装置提供2个独立的物理端口，首尾相连组成环网进行通讯，当一个DANH节点发送报文时，将其复制2份分别沿环网的两个方向发送，即同一报文沿着不同的路径传输(见图1)，环中任何一个节点故障，都可以从另一方向冗余传输，因此可以实现无缝自愈。

图1 HSR协议路径传输环网图

PRP(parallel redundancy protocol)协议采用网络节点冗余的方式，每个DANP有两个独立的网口，分为A网段(LAN A)和B(LAN B)网段，A网段设备接入交换机A，B网段设备接入交换机B，交换机独立组环网组成双环网(见图2)，也可以组成双星型网(见图3)。这种网络的并行冗余，即使一个网络出现故障，仍有另一套网络及各设备的冗余端口是正常工作的，系统可无延时自愈[1-2]。

图2 PRP协议路径传输环网图

图3 PRP协议路径传输星型网图

国产产品均支持以太网IEC61850及串口103规约，同时支持国家电网公司企业标准的以太网103规约。国内产品在国内市场应用不适用HSR协议，而是每台保护提供两个不同的独立IP地址，组成双星型网或者环网。目前随着国产设备出口国别的增多，有些公司的产品也逐步兼容了PRP和HSR冗余协议。

2 传统RTU(remote terminal unit)模式和远动模式的差异

国外传统的通讯模式为传统RTU(remote terminal unit)通讯，即将保护装置的遥信量(断路器和刀闸的位置信号、继电保护和自动装置的位置信号、发电机和远动装置的运行状态)、遥控量(操作厂站各电压等级的断路器、投切SVG、发电机组的启停等)、遥调量(改变变压器分接头位置(调压)、改变发电机组P或Q的整定值、自动装置整定值的设定等)、遥测量(电压、电流、有功、无功、档位、温度等)通过硬接线的方式接入到RTU系统中，进而通过RTU将信息量上送到调度端，接入调度规约为IEC-101/IEC-104。

国内通用的通讯模式为测控(BCU bay control unit)和远动(gateway)相结合的方式，即遥测量、遥控量、遥调量、遥测量通过测控(BCU)采集，远动装置直接从测控装置采集信息上送到调度，接入调度规约为IEC-101/IEC-104。此种方式节约了线缆，直接通过通讯规约的方式将信息上送到调度(见图4)。

图4 国内220 kV变电站自动化系统网络结构图

3 继电保护及自动化系统组网结构差异

国外变电站组网结构为星型网和环网共存，非洲等国家受中国配置影响较多，所以他们倾向使用星型网组网结构，印度尼西亚等国家保护装置多用西门子、施耐德、阿尔斯通等装置，所以他们的组网结构更倾向于环网(见图5)。

国内变电站组网结构为星型网，110 kV及以上的变电站考虑可靠性，采用双星型网结构(见图6)，110 kV以下的变电站多采用单星型网结构[3]。

4 继电保护(母线保护)配置选型差异

母线是电力系统中的枢纽元件，母线故障的不及时切除或者母线保护的误动作都会对系统带来严重的影响，因此要求母线保护要有绝对的可靠性和快速的动作性。目前微机式母差保护是目前应用最为广泛的母线保护。

图5 变电站环网结构图

图6 国内星型网结构图

母差保护分为集中式母差保护和分布式母差保护。与集中式母差保护相比，分布式母差保护有优越性，比如，某个母差保护单元偶尔误跳闸时只误跳一个回路，不会造成整个母线停电；节省了从电流互感器到控制室长距离敷设的大量二次电缆；能够适应于变电站主接线，以及系统运行方式的变化。分布式母差在实际应用中也存在一些问题，比如价格昂贵；如果保护间隔不分散布置，间隔数量少，分布式母差无优势。

国外保护尤其是220 kV以上的母线保护多采用分布式母差，分布式母差包括主单元和子单元，主单元汇集所有单元采样数据、开关状态等信息供母差保护完成功能计算，并向相关回路的母线子单元发出跳闸命令，在被保护母线所连接的每一个元件回路上装设的母线保护单元为子单元，只负责采样和执行跳闸。国内保护多采用集中式母差，集中式母差为将各个连接元件的交流、直流回路均引至主母线保护中，对电流、电压以及开关量进行处理，转换为数字量，根据一定的算法进行计算、判断及跳闸。目前，国内保护厂家也逐步具有了分布式母差保护，产品的种类更加全面[4-5]。

5 结 论

本文从保护通讯协议、传统RTU和远动模式、继电保护及自动化系统组网结构以及继电保护(母线保护)配置选型四个主要方面，总结了微机继电保护及其自动化系统在国内外电网中的差异。在进行国外项目配置时，不能简单照搬国内电网配置模式，首先需要了解并熟悉当地电网的规范要求与习惯，在因地制宜的基础上，通过技术设备配置方案的不断优化和改进，进而不断提高国内二次设备企业走出去的竞争力。