摘要：為了促進(jìn)智能變電站相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)基于就地化保護(hù)的智能變電站二次系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案和整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究和分析。文章提出了就地化保護(hù)總體技術(shù)原則，研究了保護(hù)和自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案，推薦就地化母線保護(hù)采用星形結(jié)構(gòu)有限集中式，就地化主變保護(hù)采用星形結(jié)構(gòu)分布式，測(cè)控采用“單間隔測(cè)控+集群測(cè)控+就地采集控制單元/模塊”的方式，計(jì)量采用全站冗余配置集中計(jì)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(hù)+就地化錄波開(kāi)關(guān)量模塊”方案，遠(yuǎn)期采用“基于改進(jìn)版的就地化保護(hù)”方案。

　　關(guān)鍵詞：就地化保護(hù);智能變電站;過(guò)程層網(wǎng)絡(luò);故障錄波

　　0引言

　　智能變電站普遍應(yīng)用安裝于就地的合并單元，智能終端實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)字化和通信網(wǎng)絡(luò)化，節(jié)省了大量控制電纜。隨著智能變電站建設(shè)和運(yùn)行的深入，過(guò)程層設(shè)備的應(yīng)用也帶來(lái)一系列問(wèn)題，表現(xiàn)在：設(shè)備故障率高(尤其是合并單元)，影響保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行;增加了回路復(fù)雜程度，降低了繼電保護(hù)系統(tǒng)的速動(dòng)性，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行;二次設(shè)備數(shù)量多，配置文件復(fù)雜，運(yùn)維難度大等。為解決目前智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，保護(hù)就地化和功能縱向集成成為目前的技術(shù)發(fā)展潮流和研究熱點(diǎn)[1]。

　　在保護(hù)就地化的安裝和實(shí)現(xiàn)方式上，采用全新硬件結(jié)構(gòu)和機(jī)箱結(jié)構(gòu)，具有高防護(hù)等級(jí)，可直接戶外安裝的就地化保護(hù)成為廠家主流研究方向，并且已有相關(guān)產(chǎn)品掛網(wǎng)試運(yùn)行。目前，關(guān)于就地化保護(hù)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用方案已取得了較多的研究成果[2-4]，主要結(jié)論有：1)就地化保護(hù)裝置貼近一次設(shè)備就地布置，采用電纜直采直跳，間隔內(nèi)縱向功能集成。2)采用高防護(hù)(IP67等級(jí))、抗干擾、一體化硬件設(shè)計(jì)，滿足戶外無(wú)防護(hù)就地化布置。3)采用標(biāo)準(zhǔn)航空插頭，即插即用。4)具備SV(sampledvalue采樣值)、GOOSE(genericobjectorientedsubstationevents通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?、MMS(manufacturingmessagespecification制造報(bào)文規(guī)范)三網(wǎng)合一共口輸出功能。就地化保護(hù)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用目前存在的問(wèn)題：1)跨間隔就地化保護(hù)、故障錄波的實(shí)現(xiàn)方案仍存在爭(zhēng)議。2)應(yīng)用就地化保護(hù)后，關(guān)于自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)方案研究較少，沒(méi)有形成智能變電站二次系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。采用就地化保護(hù)對(duì)電氣一次和土建專業(yè)的設(shè)計(jì)方案沒(méi)有影響，本文只針對(duì)二次系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)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(jí)智能變電站。

　　1總體技術(shù)原則

　　就地化保護(hù)及自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)滿足“采樣數(shù)字化、保護(hù)就地化、元件保護(hù)專網(wǎng)化、信息共享化”的總體技術(shù)原則。站內(nèi)設(shè)置保護(hù)專網(wǎng)和自動(dòng)化專網(wǎng);雙重化配置的保護(hù)專網(wǎng)之間采用網(wǎng)絡(luò)隔離裝置保證跨網(wǎng)交互的安全性。

　　2保護(hù)相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)方案

　　2.1單間隔就地化保護(hù)

　　以220kV線路保護(hù)為例，特點(diǎn)如下：1)采用標(biāo)準(zhǔn)連接器進(jìn)行電纜直采直跳，并接入必要的開(kāi)入量信息。2)采用標(biāo)準(zhǔn)連接器接入保護(hù)專網(wǎng)，與跨間隔設(shè)備交換信息。具備送出SV數(shù)據(jù)的能力，供其他設(shè)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(nèi)。

　　2.2跨間隔就地化保護(hù)

　　2.2.1母線保護(hù)

　　母線保護(hù)涉及間隔數(shù)量多，宜采用分布式子機(jī)方式構(gòu)成母線保護(hù)。根據(jù)子機(jī)集中程度和子機(jī)間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，就地化母線保護(hù)主要有以下4種實(shí)現(xiàn)方案[5-6]。

　　1)方案1：星形結(jié)構(gòu)全分布式特點(diǎn)：①按間隔配置母線保護(hù)子機(jī)，各子機(jī)電纜采集本間隔的模擬量和開(kāi)關(guān)量，電纜跳閘。②采用星形網(wǎng)絡(luò)，必須采用有主機(jī)模式，主機(jī)采用光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與各間隔子機(jī)連接，光口數(shù)量多。③主機(jī)實(shí)現(xiàn)所有保護(hù)功能，子機(jī)僅完成信息采集和跳閘執(zhí)行功能。

　　2)方案2：星形結(jié)構(gòu)有限集中式特點(diǎn)：①按照部分間隔集中配置子機(jī)，就地電纜采集相關(guān)間隔數(shù)據(jù)。②采用星形網(wǎng)絡(luò)，仍為有主機(jī)模式。母線保護(hù)系統(tǒng)由基礎(chǔ)保護(hù)(主機(jī))+擴(kuò)展保護(hù)(子機(jī))構(gòu)成。③結(jié)合工程實(shí)際，主機(jī)和子機(jī)的硬件設(shè)計(jì)均按照能夠接入8個(gè)間隔考慮。

　　3)方案3：環(huán)形結(jié)構(gòu)有限集中式特點(diǎn)：①母線保護(hù)采用積木式設(shè)計(jì)，按照部分間隔集中配置子機(jī)，各子機(jī)按照接入8個(gè)間隔考慮。②子機(jī)間組建千兆高可用性無(wú)縫環(huán)網(wǎng)(high-availabilityseamlessring,HSR)光纖環(huán)網(wǎng)，傳輸速度快、零丟包、無(wú)自愈時(shí)間[7-8]，可實(shí)現(xiàn)有主或無(wú)主式母線保護(hù)。無(wú)主式母線保護(hù)特點(diǎn)如下：①各子機(jī)間通過(guò)環(huán)網(wǎng)相互交換信息，獨(dú)立完成所有保護(hù)功能。②每個(gè)子機(jī)具備SV、GOOSE、MMS三網(wǎng)合一共口輸出功能。

　　4)方案比較5)方案選擇方案2星形結(jié)構(gòu)有限集中式、方案3環(huán)形結(jié)構(gòu)有限集中式技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，均可作為就地化母線保護(hù)實(shí)施方案。技術(shù)上方案3可靠性更高，但運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少，并存在專利風(fēng)險(xiǎn)。考慮到實(shí)際工程應(yīng)用中，110kV母線一般不超過(guò)24個(gè)間隔，220kV母線不超過(guò)16個(gè)間隔，500kV母線不超過(guò)8個(gè)間隔，采用3臺(tái)及以下積木式保護(hù)子機(jī)即可滿足絕大多數(shù)母線保護(hù)需求，即使采用星形結(jié)構(gòu)，通信鏈路數(shù)量也很少，故障率低，且技術(shù)成熟、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。綜上所述，推薦方案2星形結(jié)構(gòu)有限集中式作為就地化母線保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方案。

　　2.2.2主變保護(hù)

　　就地化主變保護(hù)主要有以下3種實(shí)現(xiàn)方案。

　　1)方案1：星形結(jié)構(gòu)分布式特點(diǎn)：①按側(cè)配置分布式子機(jī)，各子機(jī)電纜采集本間隔的模擬量和開(kāi)關(guān)量，電纜跳閘。②采用星形網(wǎng)絡(luò)，必須采用有主機(jī)模式。主機(jī)采用光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與各子機(jī)連接。③主機(jī)實(shí)現(xiàn)所有保護(hù)功能，子機(jī)僅完成信息采集和跳閘執(zhí)行功能。主機(jī)宜由本體子機(jī)或高壓側(cè)子機(jī)兼任。

　　2)方案2：環(huán)形結(jié)構(gòu)分布式特點(diǎn)：①按側(cè)配置分布式子機(jī)，子機(jī)間組建千兆HSR光纖環(huán)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)有主或無(wú)主式主變保護(hù)[9-10]。②采用無(wú)主式主變保護(hù)時(shí)。無(wú)主式主變保護(hù)特點(diǎn)：①各子機(jī)完成對(duì)應(yīng)模擬量、開(kāi)關(guān)量采集，通過(guò)環(huán)網(wǎng)通信進(jìn)行信息交互，各個(gè)子機(jī)應(yīng)下裝相同的定值，獨(dú)自完成全部保護(hù)功能。②每個(gè)子機(jī)具備SV、GOOSE、MMS三網(wǎng)合一共口輸出功能。

　　3)方案3：集中式特點(diǎn)：①主變保護(hù)采用集中式設(shè)計(jì)，由一臺(tái)裝置完成所有保護(hù)功能，電纜直接采集各側(cè)模擬量和開(kāi)關(guān)量，輸出所有開(kāi)關(guān)的跳閘出口。②與其他保護(hù)的聯(lián)閉鎖信號(hào)通過(guò)保護(hù)專網(wǎng)以GOOSE方式交互。4)方案比較及選擇各方案的優(yōu)缺點(diǎn)與分布式母線保護(hù)的相應(yīng)實(shí)現(xiàn)方案類似，不再贅述。考慮到主變保護(hù)涉及到多個(gè)電壓等級(jí)，各側(cè)開(kāi)關(guān)距離較遠(yuǎn)，集中式的主變保護(hù)無(wú)論布置在什么位置，采樣和跳閘電纜都比較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性和安全性較低，不推薦作為實(shí)施方案。綜上所述，推薦方案1星形結(jié)構(gòu)分布式作為就地化主變保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方案。

　　2.335(10)kV保護(hù)35(10)kV配電裝置一般采用戶內(nèi)開(kāi)關(guān)柜，常規(guī)智能站35(10)kV各間隔配置保護(hù)、測(cè)控集成裝置，安裝于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了就地化。裝置防護(hù)等級(jí)按照戶內(nèi)方式設(shè)計(jì)。35(10)kV保護(hù)裝置集成了測(cè)控功能，宜通過(guò)MMS接口接入站控層網(wǎng)絡(luò)。站域保護(hù)GOOSE跳閘命令可以經(jīng)過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò)傳遞至35(10)kV線路保護(hù)。35(10)kV分段保護(hù)及備自投裝置需另提供2個(gè)獨(dú)立的SV/GOOSE接口接入保護(hù)專網(wǎng)[11]，以實(shí)現(xiàn)和主變保護(hù)的信息交換。

　　2.4站域保護(hù)站域保護(hù)可實(shí)現(xiàn)備自投、低頻低壓減載、主變過(guò)負(fù)荷聯(lián)切等功能，網(wǎng)采網(wǎng)跳，采用室內(nèi)布置、常規(guī)設(shè)計(jì)，安裝在繼電器室屏柜內(nèi)。站域保護(hù)需采用不同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)接口分別接于保護(hù)專網(wǎng)和站控層網(wǎng)絡(luò)。

　　2.5故障錄波裝置采用就地化保護(hù)裝置后，功能縱向集成，保護(hù)相關(guān)的過(guò)程層設(shè)備消失，故障錄波裝置如何經(jīng)濟(jì)、可靠地實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)方案如下。

　　3自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)方案

　　3.1測(cè)控裝置采用就地化保護(hù)后，測(cè)控功能有兩種典型的實(shí)現(xiàn)方案。

　　3.1.1方案1：?jiǎn)伍g隔測(cè)控+集群測(cè)控+就地采集控制單元/模塊1)采用常規(guī)智能站的測(cè)控實(shí)現(xiàn)方案，按間隔配置測(cè)控裝置，安裝于戶內(nèi)。2)按電壓等級(jí)配置1臺(tái)集群測(cè)控裝置，增加測(cè)控冗余性，提高自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性。3)測(cè)控裝置通過(guò)就地采集控制單元/模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字采樣和控制。

　　3.1.2方案2：就地化測(cè)控1)采用“基本測(cè)控+輔助測(cè)控”的方案實(shí)現(xiàn)就地化測(cè)控。基本測(cè)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(cè)控：完成斷路器輔助開(kāi)入信號(hào)采集、壓力閉鎖等其他一次設(shè)備的開(kāi)關(guān)量采集功能[13]。2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類似就地化保護(hù)，戶外安裝，即插即用。3)基本測(cè)控縱向集成測(cè)控功能和過(guò)程層功能，采用獨(dú)立的過(guò)程層接口送出SV和GOOSE數(shù)據(jù)至自動(dòng)化專網(wǎng)，供其他設(shè)備使用。

　　3.1.3方案比較與選擇電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)保護(hù)裝置與測(cè)控裝置具有不同的要求，導(dǎo)致保護(hù)裝置就地化的技術(shù)需求強(qiáng)烈，而測(cè)控裝置無(wú)速動(dòng)性等方面的需求，就地化技術(shù)效益不明顯，反而會(huì)帶來(lái)運(yùn)維不便和操作安全等風(fēng)險(xiǎn)，因此就地化測(cè)控的技術(shù)路線仍存在爭(zhēng)議，僅處于概念設(shè)計(jì)階段，目前無(wú)相應(yīng)產(chǎn)品。所以，推薦方案1，即“單間隔測(cè)控+集群測(cè)控+就地采集控制單元/模塊”的方式作為測(cè)控實(shí)現(xiàn)方案。

　　3.2計(jì)量裝置

　　目前設(shè)計(jì)和運(yùn)行的智能變電站一般按照間隔配置數(shù)字量輸入的計(jì)量電能表，電能表和屏柜數(shù)量多，增加了建筑面積;在新一代智能變電站試點(diǎn)工程中，將考核計(jì)量與多功能測(cè)控集成配置，雖然簡(jiǎn)化了設(shè)備配置，但帶來(lái)了計(jì)量功能弱化、運(yùn)維管理不便等問(wèn)題。借鑒集群測(cè)控的思路，推薦采用電能集中計(jì)量裝置代替考核電能表，從自動(dòng)化專網(wǎng)獲取SV數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多間隔電能的集中計(jì)量、顯示與控制，減少電能表屏柜的數(shù)量。具體實(shí)現(xiàn)方案如下：

　　1)對(duì)于考核用計(jì)量點(diǎn)，全站冗余配置集中計(jì)量電能表，采集除35(10)kV外的各間隔計(jì)量數(shù)據(jù)，節(jié)約投資，冗余可靠。

　　2)35(10)kV線路及無(wú)功間隔仍宜配置單獨(dú)的電能表，安裝于開(kāi)關(guān)柜上。

　　3.3自動(dòng)化相關(guān)過(guò)程層設(shè)備

　　自動(dòng)化相關(guān)過(guò)程層設(shè)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(hù)配合，各間隔只需單套配置即可。對(duì)于組合電器式配電裝置，由于一次設(shè)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(shè)備少、節(jié)約投資及柜內(nèi)安裝空間，且無(wú)需消耗較多電纜，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。對(duì)于敞開(kāi)式配電裝置，宜適應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，按照設(shè)備配置就地模塊，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備信息的數(shù)字化采集控制和光纖化傳輸。具體實(shí)現(xiàn)方案上，每間隔按照一次設(shè)備單套配置模擬量就地模塊、斷路器開(kāi)關(guān)量就地模塊、母線刀閘開(kāi)關(guān)量就地模塊、線路/主進(jìn)刀閘開(kāi)關(guān)量就地模塊、通信接口模塊。就地模塊點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與通信接口模塊連接，并通過(guò)通信接口模塊接入自動(dòng)化專網(wǎng)。

　　4結(jié)論

　　本文對(duì)基于就地化保護(hù)的智能變電站二次系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和整體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了詳細(xì)論證，結(jié)論如下：1)論述了當(dāng)前智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題，提出基于就地化保護(hù)的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施，即設(shè)置保護(hù)專網(wǎng)和自動(dòng)化專網(wǎng)，提升過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)可靠性。2)就地化母線保護(hù)推薦采用星形結(jié)構(gòu)有限集中式，就地化主變保護(hù)推薦采用星形結(jié)構(gòu)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(hù)+多間隔共用的就地化錄波開(kāi)關(guān)量模塊”方案，遠(yuǎn)期采用“基于改進(jìn)版的就地化保護(hù)”方案。4)測(cè)控實(shí)現(xiàn)方案推薦采用“單間隔測(cè)控+集群測(cè)控+就地采集控制單元/模塊”的方式，考核計(jì)量實(shí)現(xiàn)方案推薦采用全站冗余配置集中計(jì)量電能表方式。

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　　電力工程師論文范文：電力電子化電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性

　　本文首先對(duì)電力電子化電力系統(tǒng)的定義進(jìn)行了闡述，分析了其特點(diǎn)，其次分析了電力電子化電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性以及其穩(wěn)定性方法，以期能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制帶來(lái)一定幫助。