摘要：国家电网公司在智能变电站保护方面取得了初步进展，第一批、第二批智能变电站已经陆续投入生产。在不同的试运行中，使用了不同的保护方式。在实际应用中，保护网跳闸更能满足继电保护的速度性要求。文章分析了智能变电站继电保护两种跳闸方式。
关键词：智能变电站；继电保护；跳闸方式
点对点跳闸保护就是指所设置的保护装置通过独立的光纤与需要保护的智能终端建立连接，光纤作为传递信号的媒介，将保护跳闸的信号及时传递给保护装置，其余信号则通过交换机以网络传输的方式进行。保护网跳闸方式是指所设置的保护装置与需要保护的智能终端都与交换机相连，保护信号通过网络传输的方式传递给保护装置。
一、关于智能变电站继电保护跳闸实现方式
1有限广域继电保护跳闸
我国当前较为常见的有限广域继电保护跳闸策略，主要包括3种：（1）模式1+近后备指令。即搜索故障元件的断路器，作为该线路的一级断路器元件，这样智能变电站继电保护跳闸时，便可开启智能失灵保护。（2）模式2+远后备指令。即在智能变电站断路器上将故障元件与线路连接起来，作为远后备的动作元件。（3）模式3+双母线指令，作为220kV和以上等级电压变电站的重要接线模式，运行模式十分复杂，必须保证实行命令和接线模式保持一致，才能启动双母线保护跳闸指令。例如在某220kV智能变电站电力系统的接线模式中，由于该模式属于模式1+近后备指令，断路器为一级后备动作元件，因此在智能变电站继电保护跳闸时，需要开启智能失灵保护，并将同一母线上与继电保护装置连接的全部断路器聚集起来，通过半短路接线的方式连接，作为二级近后备跳闸集，一旦出现联络断路器失灵的情况，两端连接的母线的断路器便会自动断开。
2继电保护跳闸的可靠性分析
在智能变电站电力系统运行的过程中，继电保护跳闸的运行均以交换机传输保护信号来实现，考虑到交换机一旦受网络波动与电磁波干扰等影响，都可能影响到继电保护跳闸的可靠性。因此为了确保交换机运行的稳定性，提升交换机处理数据的能力，从而保证智能变电站安全、稳定运行，需做好以下工作：（1）为了避免交换机受电磁波的干扰，需要经KEMA认证，做好电磁干扰和静态振动等测试工作，确保交换机质量符合规定要求。（2）对于网络波动的处理，需改善交换机的处理模式，适当调节交换机端口的速率，以维持交换机稳定运行。
3保护网跳闸延时理论分析
3.1报文发送延时。所谓的报文发送延时主要指的是装置通信处理器报文延时处理，运用国家电网企业试点依托工程动模测试，使得装置之中各个端口的处理时间需要延长25μs，也就是第1个端口需要延时25μs处理，而第2个端口就需要延时50μs处理，并且以此类推。
3.2网络传输延时。（1）交换机存储转发延时。由于现代交换机都根据存储转发的原理，所以，单个交换机的存储转发延时就相当于帧长与传输速度相除，比如说100Mb/s光口，在以太网之中帧长的最大值为1522b，加之同步帧头为8b，在进行交换机存储转发时会产生122μs的延时，如果是千兆端口存储，就需要12μs的转发延时；（2）交换机交换延时。一般而言交换机交换延时都是一个固定值，这一值由优先级与交换机芯片处理MAC地址表等功能的速度所决定的，通常而言，工业以太网交换机产生的交换延时往往小于10μs；（3）光缆传输延时。光缆长度与光缆光速之间的比值就是光缆传输延时，比如说1km光缆，其传输延时大概是5μs；（4）交换机帧排队延时。帧冲突往往出现在广播式以太网之中，而以太网交换机通过队列结合储存转发机制使得共享式以太网之中的帧冲突问题得以消除，为了使得重要数据帧的排队延时得以减轻，可以引进数据帧优先级制度；（5）网络传输总延时。在总延时中主要包括帧排队延时、线路传输延时、交换机延时以及发送延时。
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4保护网跳闸延时测试数据
由于不断有一些试点工程中出现智能变电站继电保护点对点跳闸延时长于保护网跳闸延时的现象，而且相关设计、施工和运行维护单位都对智能变电站继电保护点对点跳闸方案接线运行维护不方便、工作量过大进行反应，因此需要对智能变电站继电保护方式两种方案延时予以测试。发现主要原因包括：（1）多光口信息传输都是通过共同的CPU予以处理，CPU要对各个端口逐一进行处理，这就延长了光口报文处理时间，而通过网络化传输，设备不用点对点跳闸接口，而且各个厂家都把组网端口放置最先处理位置，所以网跳速度较之点对点跳闸速度快；（2）就点对点跳闸光口而言，因为CPU的顺序处理，使得排在后面的光口所用的延时越长，但是交换机所需要延时较短，因此保护网跳闸较之点对点跳闸延时少；（3）因为数据端口的不断增多，装置中的数据循环处理时间也会相对单一端口处理时间有所延长。
二、智能变电站继电保护跳闸实现方式——以母线保护实现方式为例
1继电保护跳闸优化方案
某智能变电站的220kV电压等级从电缆通过主变高压侧进入到发电厂侧升压站的主变220kV保护装置中，而110kV和35kV电压等级处在智能变电站内部。针对这一接线方式，为实现继电保护跳闸的目的，应结合变电站和费电厂之间保护功能的具体情况，依据常规变电站设计方式来设计主变三侧进线，并在变电站旁安装常规主变保护装置、中压侧操作箱和低压侧操作箱，发电厂中安装高压侧操作箱，通过硬接点跳三侧断路器保护主变量，接收指令。对于110kV线路和母联间隔的设计，依据智能变电站的设计要求进行设计，主变110kV侧和35kV侧进线不考虑设计合并单元、智能终端设备，然后对主变三侧进线断路器实施主变保护，通过电缆跳闸的方式保护220kV母联断路器，110kV母联智能终端采用接入硬接点跳闸。这一方案的制定不仅可满足国网变电站智能化建设的规定，还能在主变保护动作时，电缆直接跳闸，保护发电厂侧进线断路器和母联断路器，发电厂分界点定位明确，方便工作人员维护。
2保护跳闸实现的方式
该智能变电站继电保护跳闸方案设计中110kV母线保护属于数字式，如果主变110kV侧进线间隔按照常规变电站设计要求来设计，110kV母线保护容易出现接收模拟信号、数字信号与COOSE与硬接点同时跳闸的问题，针对这一情况，为实现继电保护跳闸，需做好以下工作：（1）在智能变电站中安装主变110kV进线间隔母线保护专用合并单元，在接收电流的同时，通过硬接点接收将开关位置接点的数字信号隔离开，以便跳闸开口的同时，兼顾GOOSE开出与硬接点开出。（2）分布式母线保护的应用。对于智能变电站分布式母线保护的应用，主要包括两部分：主机与子机。其中主机负责接收各个子机采集的数据信息，将其转变为差动电流与控制电联，形成一个分相复式比率差动元件为主的电流差动保护方案，实现对母线差动保护、TA断线与TV断线判别、断路器失灵保护、母联死区保护以及母联失灵保护。而子机则负责间隔模拟量、开关量和压板状态的采集，并对采集数据加工处理后，上传到主机中，待到主机进行保护逻辑处理后，利用数据通信网将跳闸指令发送到各子机中，这时子机便会通过自身跳闸空结点实现断路器跳闸。从这两种方案设计的情况可知：（1）方案安装有母线专用合并单元，一旦110kV母线保护接收数字信号时，会实现GOOSE跳闸与硬接点跳闸，实现原理简单、明确。而（2）方案的设计，安装有子机装置，利用不同的子机原理接收110kV母线保护的数据信号与模拟信号，将其转换成电流，实现对母线保护。
结语
综上所述，智能变电站继电保护跳闸实现方式对于变电站稳定、安全运行具有非常重要的作用。因此，一定要对智能变电站继电保护跳闸方式予以足够的重视，从而有效推动变电站的进一步发展。
参考文献
[1]韩本帅.智能变电站继电保护跳闸实现方式研究[J].中国电力，2012，（8）
[2]王倩.特殊情况下智能变电站保护跳闸实现方式研究[J].电工技术，2014，（8）
论文作者:冀婉舒
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：变电站论文; 智能论文; 交换机论文; 母线论文; 继电保护论文; 断路器论文; 方式论文; 《基层建设》2018年第34期论文;