摘要：在总结保护就地化现状的基础上，系统论述了就地化保护方案。针对跨间隔保护，比较了有主机方案和无主机方案的特点，着重论述了主变压器有主机保护方案和母线无主机保护方案，指出了就地化保护的关键技术问题，总结了目前就地化保护装置研发的进展情况，对就地化保护的应用情景进行了展望。
关键词：智能变电站;二次设备；就地化防护;跨间隔保护技术
0引言
随着资源节约型、环境友好型社会建设的逐步推进，“节材、节地、节能”等要求日益凸显。变电站建设趋向于土地占用少、工程造价低、建设周期短、运维便捷等特点，新技术、新材料的发展也为变电站建设模式改变创造了条件。通过优化智能变电站布局，逐步推进二次设备就地化，是智能变电站建设模式的发展方向之一。
二次设备就地化有利于节省电缆，简化二次回路，使二次回路更加清晰、简单、可靠;减少主控室、保护小室建筑面积，节约投资;减少施工的工作量，方便运行维护。
1智能变电站二次设备就地化防护的实际问题。
1.1系统可靠性降低
与传统站相比，智能站继电保护传输与转化系统中增加了“合并单元”和“智能终端”这两个中间环节，虽然减少了电缆长度，减少了由长电缆带来的直流接地、电流互感器饱和等隐患，但却因此增加了保护整组动作时间，从而降低了系统允许传输的最大功率，影响电网经济高效运行。另一方面，合并单元和智能终端通常就地安装，运行环境恶劣导致设备本身的故障率也较高，其故障率达到常规二次设备的2～4倍，单一设备的故障往往造成多套保护的不正确动作，进一步降低继电保护的可靠性。
1.2运维工作量增加
与传统站相比，智能站的设备数量有增无减，新增了大量合并单元、智能终端和交换机，新设备故障率往往较高，进一步加大了设备运维工作量。“六统一”并未规范合并单元、智能终端与一次设备的接口，而且智能站设备状态检测困难，设备接口和运维手段的非标准化增加了运维检修的难度。当前国家电网公司每年新建近1000座变电站，而运维检修人员定岗定编，基本没有增长，导致当前人员承载力已严重不足。
1.3占地面积大、能耗高
与传统站相比，智能站依旧保留了继保室，变电站面积与传统站相比基本相同。通过户外柜、预制舱等就地化方式安装，可以从一定程度上减少继保室面积，但由于其依然按照屏柜模式安装二次设备，减少的面积十分有限。另一方面，现有二次设备防护等级低，户外柜需要加装空调等热交换设备，才能装置正常运行，大量的热交换设备产生了更大的能耗和设备成本，有违经济和绿色发展的理念。
2智能变电站二次设备就地化防护的实现方案
下面以单间隔保护方案为例，作为简要介绍：
110kV及以上的单间隔保护主要有线路保护和母联/分段保护，就地化实现方案基本相同，本文以220kV线路保护为例进行单间隔保护方案的阐述。按双重化原则，线路间隔配置两套相互独立的保护，每套线路保护均具有完整的主后备保护功能，第一套线路保护(A)和线路测控接入A网，第二套线路保护(B)接入B网，实现方案如图1所示。每套保护采用模拟量电缆直接采集本间隔的二次电流及三相电压、线路同期电压;用电缆直接跳闸，并采集必要的断路器信息。线路保护具备SV和GOOSE过程层共口输出功能，供站域等其他保护使用。
图1 220kV就地化线路保护实现方案
3实现智能变电站二次设备就地化防护的关键技术
就地化保护后，面临两方面的关键技术问题:运行环境的电磁兼容和环境防护问题，跨间隔保护数据同步问题。
3.1运行环境要求
就地化保护装置安装在一次设备旁边，所处电磁环境复杂，干扰强度远大于保护小室，超过了现有的继电保护通用条件。就地化保护装置需要对EMC方案做增强设计，同时可采用分布式开关场二次等电位接地网技术，保证装置在电磁环境下可靠动作。就地化保护安装环境恶劣，尤其对于户外变电站，保护装置需要满足以下要求:
(1)保护装置满足标准化设计要求，接口密封采用特殊工艺处理，满足防水、防尘、防误等具体要求;
(2)满足运行环境要求，能抵御所在地区高温、严寒、盐雾等自然环境;
(3)机械强度设计能抵抗恶劣环境冲击和机械振动。针对不同环境条件的装置，应有与之适应的技术标准。
3.2跨间隔保护数据同步技术
跨间隔保护就地化后，需要采用时间同步技术，保证各间隔子机精确对时。目前，针对环网数据同步技术，普遍将环网内的报文传输时延分为传输时延和驻留时间两部分，采用对称算法计算节点间的传输时延，增加驻留修正时延后，再利用插值同步算法实现同步对时。采样同步目前主要有3种形式：基于外部时钟的采样、点对点采样、基于采样(中断)事件的采样。针对跨间隔就地化保护，基于外部时钟的同步，在时钟异常时系统不稳定，一般不采用;点对点采样，对保护子机采样率要求高(80点/周)，环网流量负荷大;所以，跨间隔保护采样适合采用基于采样(中断)事件的采样技术。
3.3光旁路技术
为解决单间隔检修或退出不影响母线保护的问题，引入光旁路技术，主要使用到光开关(Optical Switch)，是指具有光路倒换功能装置，通常用于网络的故障恢复。在环网中相邻的三个间隔，如果间隔2需要检修或因故障退出，此时就需要把这个节点从环网中旁路掉，保持环网的正常双向通信。光开关有2种运行模式，如图5中光开关2内部实线所示，此时运行于正常模式，间隔2仍跟环网其他子机有通信；当运行于旁路模式时，如光开关2内部虚线所示，此时内部光回路切换，光开关1和开关3形成直接通路，如此实现单间隔隔离，对于增加新间隔时也通过此旁路开关实现。
图2 光开关接线示意图
3.4容错设计
为了提高保护装置的可靠性，很多环节加入容错设计，具体有如下几方面：1)采样由FPGA直接采集，当某间隔CPU异常复位等导致该间隔保护异常退出时，不影响采样数据的发送，其他间隔采样正常，整体保护仍正常工作；2)根据告警类型及对装置的影响程度，自适应闭锁及开放保护；3)基于环网数据共享，间隔之间相互共享其内部信息，设计了基于多Agent的容错判据，提高了保护的可靠性。
3.5就地化设计
为实现一次设备复杂的电磁环境，分阶段将母线保护就地安放，如表2所示。因光口数量及插件个数远远小于集中式母线保护，低功耗满足就地化要求。目前仍需放置于预置设备舱，采用通用接口跟外回路相连，待技术成熟后，可直接就地安放于一次设备旁。
表1分布式母线保护分阶段就地安放
4结语
随着技术的发展，二次设备就地布置已是发展趋势，保护就地化可以简化二次回路，提升保护性能;减少屏柜数量，进而减少建筑面积，同时减少光缆数量;减少运维工作量，实现降本增效。但是，目前就地化保护还有很多工作要做，需要厂家、设计、施工、运维等共同努力，促进智能站设计、安装调试和运行检修等环节工作效率全面提升。
参考文献
[1]陈国平，王德林，裘愉涛，等.继电保护面临的挑战与展望[J].电力系统自动化，2017，41(16):1－11，26.
[2]王德林，裘愉涛，凌光，等.变电站即插即用就地化保护的应用方案和经济性比较[J].电力系统自动化，2017，41(16):12.
论文作者:胡艳茹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：间隔论文; 设备论文; 变电站论文; 智能论文; 方案论文; 线路论文; 旁路论文; 《电力设备》2018年第19期论文;