摘要：為了促進智能變電站相關技術的發展，對基于就地化保護的智能變電站二次系統實現方案和整體設計方案進行了研究和分析。文章提出了就地化保護總體技術原則，研究了保護和自動化相關設備的實現方案，推薦就地化母線保護采用星形結構有限集中式，就地化主變保護采用星形結構分布式，測控采用“單間隔測控+集群測控+就地采集控制單元/模塊”的方式，計量采用全站冗余配置集中計量電能表方式。提出了4種故障錄波解決方案，近期推薦采用“基于就地化保護+就地化錄波開關量模塊”方案，遠期采用“基于改進版的就地化保護”方案。

　　關鍵詞：就地化保護;智能變電站;過程層網絡;故障錄波

　　0引言

　　智能變電站普遍應用安裝于就地的合并單元，智能終端實現采樣數字化和通信網絡化，節省了大量控制電纜。隨著智能變電站建設和運行的深入，過程層設備的應用也帶來一系列問題，表現在：設備故障率高(尤其是合并單元)，影響保護系統的安全運行;增加了回路復雜程度，降低了繼電保護系統的速動性，不利于系統穩定運行;二次設備數量多，配置文件復雜，運維難度大等。為解決目前智能變電站繼電保護系統存在的問題，保護就地化和功能縱向集成成為目前的技術發展潮流和研究熱點[1]。

　　在保護就地化的安裝和實現方式上，采用全新硬件結構和機箱結構，具有高防護等級，可直接戶外安裝的就地化保護成為廠家主流研究方向，并且已有相關產品掛網試運行。目前，關于就地化保護的實現與應用方案已取得了較多的研究成果[2-4]，主要結論有：1)就地化保護裝置貼近一次設備就地布置，采用電纜直采直跳，間隔內縱向功能集成。2)采用高防護(IP67等級)、抗干擾、一體化硬件設計，滿足戶外無防護就地化布置。3)采用標準航空插頭，即插即用。4)具備SV(sampledvalue采樣值)、GOOSE(genericobjectorientedsubstationevents通用面向對象的變電站事件)、MMS(manufacturingmessagespecification制造報文規范)三網合一共口輸出功能。就地化保護的實現與應用目前存在的問題：1)跨間隔就地化保護、故障錄波的實現方案仍存在爭議。2)應用就地化保護后，關于自動化相關設備實現方案研究較少，沒有形成智能變電站二次系統的整體設計方案。采用就地化保護對電氣一次和土建專業的設計方案沒有影響，本文只針對二次系統相關問題進行深入研究和論證，提出合理的解決方案，解決方案適用于110(66)kV～750kV等級智能變電站。

　　1總體技術原則

　　就地化保護及自動化相關設備的實現方案應滿足“采樣數字化、保護就地化、元件保護專網化、信息共享化”的總體技術原則。站內設置保護專網和自動化專網;雙重化配置的保護專網之間采用網絡隔離裝置保證跨網交互的安全性。

　　2保護相關設備實現方案

　　2.1單間隔就地化保護

　　以220kV線路保護為例，特點如下：1)采用標準連接器進行電纜直采直跳，并接入必要的開入量信息。2)采用標準連接器接入保護專網，與跨間隔設備交換信息。具備送出SV數據的能力，供其他設備使用。3)配置就地化操作箱(操作模塊)，集成電壓切換功能，安裝于就地控制柜內。

　　2.2跨間隔就地化保護

　　2.2.1母線保護

　　母線保護涉及間隔數量多，宜采用分布式子機方式構成母線保護。根據子機集中程度和子機間網絡拓撲結構不同，就地化母線保護主要有以下4種實現方案[5-6]。

　　1)方案1：星形結構全分布式特點：①按間隔配置母線保護子機，各子機電纜采集本間隔的模擬量和開關量，電纜跳閘。②采用星形網絡，必須采用有主機模式，主機采用光纖點對點方式與各間隔子機連接，光口數量多。③主機實現所有保護功能，子機僅完成信息采集和跳閘執行功能。

　　2)方案2：星形結構有限集中式特點：①按照部分間隔集中配置子機，就地電纜采集相關間隔數據。②采用星形網絡，仍為有主機模式。母線保護系統由基礎保護(主機)+擴展保護(子機)構成。③結合工程實際，主機和子機的硬件設計均按照能夠接入8個間隔考慮。

　　3)方案3：環形結構有限集中式特點：①母線保護采用積木式設計，按照部分間隔集中配置子機，各子機按照接入8個間隔考慮。②子機間組建千兆高可用性無縫環網(high-availabilityseamlessring,HSR)光纖環網，傳輸速度快、零丟包、無自愈時間[7-8]，可實現有主或無主式母線保護。無主式母線保護特點如下：①各子機間通過環網相互交換信息，獨立完成所有保護功能。②每個子機具備SV、GOOSE、MMS三網合一共口輸出功能。

　　4)方案比較5)方案選擇方案2星形結構有限集中式、方案3環形結構有限集中式技術經濟優勢明顯，均可作為就地化母線保護實施方案。技術上方案3可靠性更高，但運行經驗少，并存在專利風險。考慮到實際工程應用中，110kV母線一般不超過24個間隔，220kV母線不超過16個間隔，500kV母線不超過8個間隔，采用3臺及以下積木式保護子機即可滿足絕大多數母線保護需求，即使采用星形結構，通信鏈路數量也很少，故障率低，且技術成熟、運行經驗豐富。綜上所述，推薦方案2星形結構有限集中式作為就地化母線保護的實現方案。

　　2.2.2主變保護

　　就地化主變保護主要有以下3種實現方案。

　　1)方案1：星形結構分布式特點：①按側配置分布式子機，各子機電纜采集本間隔的模擬量和開關量，電纜跳閘。②采用星形網絡，必須采用有主機模式。主機采用光纖點對點方式與各子機連接。③主機實現所有保護功能，子機僅完成信息采集和跳閘執行功能。主機宜由本體子機或高壓側子機兼任。

　　2)方案2：環形結構分布式特點：①按側配置分布式子機，子機間組建千兆HSR光纖環網，可實現有主或無主式主變保護[9-10]。②采用無主式主變保護時。無主式主變保護特點：①各子機完成對應模擬量、開關量采集，通過環網通信進行信息交互，各個子機應下裝相同的定值，獨自完成全部保護功能。②每個子機具備SV、GOOSE、MMS三網合一共口輸出功能。

　　3)方案3：集中式特點：①主變保護采用集中式設計，由一臺裝置完成所有保護功能，電纜直接采集各側模擬量和開關量，輸出所有開關的跳閘出口。②與其他保護的聯閉鎖信號通過保護專網以GOOSE方式交互。4)方案比較及選擇各方案的優缺點與分布式母線保護的相應實現方案類似，不再贅述。考慮到主變保護涉及到多個電壓等級，各側開關距離較遠，集中式的主變保護無論布置在什么位置，采樣和跳閘電纜都比較長，經濟性和安全性較低，不推薦作為實施方案。綜上所述，推薦方案1星形結構分布式作為就地化主變保護的實現方案。

　　2.335(10)kV保護35(10)kV配電裝置一般采用戶內開關柜，常規智能站35(10)kV各間隔配置保護、測控集成裝置，安裝于開關柜內，已經實現了就地化。裝置防護等級按照戶內方式設計。35(10)kV保護裝置集成了測控功能，宜通過MMS接口接入站控層網絡。站域保護GOOSE跳閘命令可以經過站控層網絡傳遞至35(10)kV線路保護。35(10)kV分段保護及備自投裝置需另提供2個獨立的SV/GOOSE接口接入保護專網[11]，以實現和主變保護的信息交換。

　　2.4站域保護站域保護可實現備自投、低頻低壓減載、主變過負荷聯切等功能，網采網跳，采用室內布置、常規設計，安裝在繼電器室屏柜內。站域保護需采用不同的、相互獨立的數據接口分別接于保護專網和站控層網絡。

　　2.5故障錄波裝置采用就地化保護裝置后，功能縱向集成，保護相關的過程層設備消失，故障錄波裝置如何經濟、可靠地實現全面信息采集需要研究和提出解決方案。本文提出3種故障錄波實現方案如下。

　　3自動化相關設備實現方案

　　3.1測控裝置采用就地化保護后，測控功能有兩種典型的實現方案。

　　3.1.1方案1：單間隔測控+集群測控+就地采集控制單元/模塊1)采用常規智能站的測控實現方案，按間隔配置測控裝置，安裝于戶內。2)按電壓等級配置1臺集群測控裝置，增加測控冗余性，提高自動化系統可靠性。3)測控裝置通過就地采集控制單元/模塊實現數字采樣和控制。

　　3.1.2方案2：就地化測控1)采用“基本測控+輔助測控”的方案實現就地化測控。基本測控：完成間隔模擬量、斷路器控制和位置采集、刀閘控制和位置采集功能;輔助測控：完成斷路器輔助開入信號采集、壓力閉鎖等其他一次設備的開關量采集功能[13]。2)結構設計類似就地化保護，戶外安裝，即插即用。3)基本測控縱向集成測控功能和過程層功能，采用獨立的過程層接口送出SV和GOOSE數據至自動化專網，供其他設備使用。

　　3.1.3方案比較與選擇電網運行對保護裝置與測控裝置具有不同的要求，導致保護裝置就地化的技術需求強烈，而測控裝置無速動性等方面的需求，就地化技術效益不明顯，反而會帶來運維不便和操作安全等風險，因此就地化測控的技術路線仍存在爭議，僅處于概念設計階段，目前無相應產品。所以，推薦方案1，即“單間隔測控+集群測控+就地采集控制單元/模塊”的方式作為測控實現方案。

　　3.2計量裝置

　　目前設計和運行的智能變電站一般按照間隔配置數字量輸入的計量電能表，電能表和屏柜數量多，增加了建筑面積;在新一代智能變電站試點工程中，將考核計量與多功能測控集成配置，雖然簡化了設備配置，但帶來了計量功能弱化、運維管理不便等問題。借鑒集群測控的思路，推薦采用電能集中計量裝置代替考核電能表，從自動化專網獲取SV數據，實現多間隔電能的集中計量、顯示與控制，減少電能表屏柜的數量。具體實現方案如下：

　　1)對于考核用計量點，全站冗余配置集中計量電能表，采集除35(10)kV外的各間隔計量數據，節約投資，冗余可靠。

　　2)35(10)kV線路及無功間隔仍宜配置單獨的電能表，安裝于開關柜上。

　　3.3自動化相關過程層設備

　　自動化相關過程層設備為就地采集控制單元/模塊，不需要和雙重化配置的就地化保護配合，各間隔只需單套配置即可。對于組合電器式配電裝置，由于一次設備高度集成，配置單套就地采集控制單元，采用按間隔集中采集的方式所需智能設備少、節約投資及柜內安裝空間，且無需消耗較多電纜，技術經濟合理。對于敞開式配電裝置，宜適應技術發展趨勢，按照設備配置就地模塊，實現一次設備信息的數字化采集控制和光纖化傳輸。具體實現方案上，每間隔按照一次設備單套配置模擬量就地模塊、斷路器開關量就地模塊、母線刀閘開關量就地模塊、線路/主進刀閘開關量就地模塊、通信接口模塊。就地模塊點對點與通信接口模塊連接，并通過通信接口模塊接入自動化專網。

　　4結論

　　本文對基于就地化保護的智能變電站二次系統的實現和整體設計方案，進行了詳細論證，結論如下：1)論述了當前智能變電站過程層網絡存在的問題，提出基于就地化保護的過程層網絡優化措施，即設置保護專網和自動化專網，提升過程層網絡可靠性。2)就地化母線保護推薦采用星形結構有限集中式，就地化主變保護推薦采用星形結構分布式。3)提出了3種故障錄波解決方案，推薦近期采用“基于就地化保護+多間隔共用的就地化錄波開關量模塊”方案，遠期采用“基于改進版的就地化保護”方案。4)測控實現方案推薦采用“單間隔測控+集群測控+就地采集控制單元/模塊”的方式，考核計量實現方案推薦采用全站冗余配置集中計量電能表方式。

　　參考文獻：

　　[1]陳國平，王德林，裘愉濤，等.繼電保護面臨的挑戰與展望[J].電力系統自動化，2017，41(16)：1-8.

　　[2]裘愉濤，王德林，胡晨，等.無防護安裝就地化保護應用與實踐[J].電力系統保護與控制,2016，44(20)：1-5.

　　[3]王德林，裘愉濤，凌光，等.變電站即插即用就地化保護的應用方案和經濟性比較[J].電力系統自動化，2017，41(16)：12-16.

　　[4]吳通華，鄭玉平，周華，等.基于功能縱向集成的無防護安裝就地化線路保護[J].電力系統自動化，2017，41(16)：46-51.

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