（1国电南京自动化股份有限公司 江苏南京 210003；2．南京国电南自电网自动化有限公司 江苏南京 210003;3积成软件有限公司 江苏南京 211100）
摘要：智能变电站中合并单元及智能操作箱的使用，带来了额外的传输延时环节，使得继电保护故障切除时间加长。新型就地化保护装置就地安装，就地采样、就地跳闸，解决了智能变电站的延时问题。就地化母线保护装置由若干个子机搭积木而成，不设主机。本文从采样同步复杂、后台通讯信息量大、子机间需要进行定值和压板一致性校验、环网通信对保护的影响以及就地化安装防护问题等角度出发，对新型就地化母线保护装置技术应用进行阐述，提出要求和解决方案。文章最后进行总结，通过试运行指出就地化分布式母线保护实施的可行性。
关键词：就地化；母线保护；分布式；子机；环网
0 引言
从电子式互感器[1]的应用，到IEC 61850的普及，以及后来传统电磁式互感器采样结合合并单元采样数据处理发送，经过若干年的发展，目前智能变电站技术已相当成熟。但合并单元的采样传输延时环节以及智能操作箱的跳闸命令传输延时环节，使系统故障跳闸时间滞后传统变电站10ms左右，不满足继电保护“速动性”要求。达到IP65防护等级的新型就地化保护装置开关场就地安装，就地采样、就地跳闸，减少采样传输延时环节和跳闸命令传输延时环节，极大的缩短了系统故障切除时间，满足继电保护“可靠性”和“速动性”要求。
目前针对分布式母线保护装置已有很多研究[2-9]。新型就地化母线保护装置采用积木式无主方案，由若干个子机组成，每个子机完成8个间隔模拟量和开关量的采集，并负责对应间隔分相跳闸出口，母线保护采用分相跳闸出口直接对应一次机构的分相跳闸回路，某种程度上缩短了跳闸延时，减少故障切除时间。不同子机之间采用专用千兆环网交互电压电流和开关量信息，各子机构成完整的保护算法，独立运算，独立出口。新型就地化母线保护装置因为积木式的无主设计理念，也带来一些新的问题需要引起重视和解决。
1 采样同步
为加强继电保护可靠性，智能变电站要求继电保护不能依赖于外部同步时钟。该要求对就地化跨间隔母线保护同等适用。专用千兆环网是就地化分布式保护采样同步的核心。首先对环网报文的延时做了要求，如当环网中的元件保护子机不多于16个时，报文在环网内的延时时间不大于1ms。其次，为了实现采样同步，需要引入报文延时修正域（FTCF）的概念，对传输延时进行修正。由报文本身携带其延时时间。利用延时修正域传输报文延时，每经过一个节点修正一次，直到所有节点传输结束，再利用该延时进行修正处理。报文从节点到节点，其延时计算公式所下所示：
（1-1）
当外同步时钟消失时，各子机将把其余子机的采样数据通过插值同步同步到自身的采样时间节拍上来，因各子机采样时间节拍不同步，可能会造成子机间保护行为的差异性，但不应该是拒动或者误动。采样点相关保护算法造成的差异不应该造成保护行为的差错，各子机间保护动作时间的差异性需要保证在允许的范围内。
2 后台通讯
就地化母线保护装置由多个无液晶子机组成。保护智能管理单元充当保护子机的人机接口，按照电压等级双重化配置，与各子机挂于SV/GOOSE/MMS保护专网上。智能管理单元同时接到站控层MMS网上，实现与监控主机的通讯。因保护装置各个子机独立、无主，智能管理单元需要接受每个子机的信息，再上送到监控主机。系统架构图如图1所示。按照就地化母线保护最大4台子机、每台子机都上送完整的信息报告，就会多出比智能站多4倍的信息量，对智能管理单元和监控主机提出了更高的要求。另外智能管理单元需要对同一套母线保护的多台子机进行同步操作，例如整定定值、投退压板等需要同时下发同一个操作命令。当监控主机不能接受太多的上送信息时，各子机上送的信息内容可以做精简合并，例如固定其中一台为“主”，将其信息上传至监控系统，当子机间存在不同信息时，保留差异化显示等。
图1 系统架构
3 定值及压板校验
就地化母线保护由多子机完成，每个子机虽然硬件积木式组成，但软件完整独立。这就要求同一套母线保护的不同子机定值和压板投退等关键运行参数需要保持一致，这就带来了运行定值和压板一致性比对的问题。环网中除了传输采样值和开关量外，还需要传输运行定值和压板信息，后端实时进行比较。当判断出现运行定值和压板有不一致时立即对保护进行功能闭锁。需要注意的是，当通过保护智能管理单元对各子机同步进行定值更改和压板投退操作时，因子机间响应智能管理单元的操作命令存在响应时间差异，肯定会存在子机间定值和压板不一致的短暂期，操作时要躲过该时间差异，可以选取保持5秒以上的差异性即闭锁保护功能并告警。另外，只针对投入的子机进行比对，以及当环网通信状态正常时才进行比对，否则比对结果毫无意义。
4 环网通信中断对保护的影响
就地化母线保护专用环网用于子机之间传输采样值和开关量。当收不到某个投入子机的采样数据，即出现环网通信中断时，对于主保护差动保护而言，表示采样数据无法全部实时采集，因此不能进行正常的差动计算，需要立即闭锁差动保护。对于单端电气量的保护如断路器失灵保护、母联充电保护等，可以按支路进行开放。以n号子机为例，当子机n上能够收到子机m的采样值数据，则子机n上开放子机m对应所有支路的断路器失灵保护，若收不到则闭锁子机m对应所有支路的断路器失灵保护。对于子机m而言，环网光纤异常不影响自身采样数据读取，所以子机m对应的所有支路的断路器失灵保护永久开放。当环网某个节点出现链路异常导致有些子机收不全投入的所有子机的采样数据时，各子机的保护功能有效性状态会存在差异性。
5 防护
就地化保护就地无防护安装，对防护等级要求较高，需要达到IP65。在常规智能变电站保护装置的性能要求之上，就地化保护装置环境温度要求在-40℃～+85℃之间，设备及预制电缆接头要能够防水，低气压、盐雾地区、太阳光辐射强烈地区要能够安全稳定运行，耐撞击，一定高度的跌落无影响。另外，就地化保护装置安装在GIS附近，在高压隔离开关操作时，需要考虑VFTO[10]对保护子机的影响，不能出现保护子机误动情况。
6 结语
针对新型就地化母线保护装置积木式、无主、就地采样、就地跳闸的特征，本文从采样同步、后台通讯、定值和压板一致性校验、环网链路异常对保护子机造成影响等方面对新型就地化母线保护装置带来的新问题进行阐述，并提出了解决方案。目前，就地化母线保护装置已进行了多次专业检测，国内变电站从110kV到500kV的各电压等级也正在进行试点运行，目前装置整体表现正常，运行可靠，经过进一步考验后可代替传统集中式母线保护。
参考文献：
[1]王红星,张国庆,郭志钟,等. 电子式互感器及其在数字化变电站中应用[J]. 电力自动化设备:2009,29(9):115-120.
[2]操丰梅,宋小舟,秦应力. 基于数字化变电站过程层的分布式母线保护的研制[J]. 电力系统自动化:2008,32(4):69-72.
[3]王风光,焦彦军,张新国,等. 一种分布式母线保护的新型通信方案[J]. 电网技术,2005,29(21):76-78.
[4]王攀峰,张克元,文明浩. 应用于数字化变电站的分布式母线保护的研究[J]. 电力系统保护与控制,2009,37(13):68-71.
[5]唐治国,汪思满,康丰,等. 多级级联分布式母线保护方案[J]. 电力自动化设备,2012,32(11):136-141.
[6]陈琦,陈福峰,张尧,等. 就地化分布式母线保护性能分析[J]. 华电技术:2017,39(6):6-9.
[7]周小波,汪思满,吴正学,等. 环网分布式母线保护装置就地化实现探讨[J]. 电力系统保护与控制:2015,43(6):104-108.
[8]裘愉涛,王德林,胡晨,等. 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.
[9]刘伟,倪传坤,杨恢宏,等. 智能变电站分布式母线保护实现方案[J]. 电力系统保护与控制:2011,39(16):139-141.
[10]吴兴林, 杨飞, 李华强,等. 马山智能变电站VFTO对继电保护的影响[J]. 东北电力技术:2013,4:16-20.
论文作者:丁守立12,骆正军12,孙永先3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/19
标签：母线论文; 变电站论文; 压板论文; 分布式论文; 保护装置论文; 智能论文; 环网论文; 《电力设备》2018年第17期论文;