关于智能变电站二次电压网络改进的探索

关 鹏，赵忠勇

（国网山西省电力公司临汾供电公司，山西 临汾 041000）

关于智能变电站二次电压网络改进的探索

关 鹏，赵忠勇

（国网山西省电力公司临汾供电公司，山西 临汾 041000）

智能变电站是智能电网的重要组成部分，因此智能变电站的安全稳定运行至关重要。但在智能变电站运行过程中，时常会发生由于母线合并单元装置故障导致多套保护装置二次失压的现象，以致保护部分功能丧失、遥测无法正常监测，甚至保护不正确动作等严重后果。以智能站二次电压网络为入手点，探寻改进方案，强化薄弱环节，使智能站二次回路更加合理、可靠。

智能变电站；过程层；二次电压

0 引言

智能变电站的出现，实现了二次系统过程层模拟量和开关量的信息共享化，使得单一信息体可被多个设备采集并利用。但从继电保护可靠性能方面来说，多个设备同时获取同一信息的配置方案最大的缺点便是源侧设备的不可替代性，如母线合并单元、过程层交换机等。此类源侧设备一旦故障，将会影响多台设备甚至整个同电压等级的二次设备。从智能变电站日常维护中设备缺陷的统计数据里可以发现，由于母线合并单元装置故障导致多套保护装置二次失压的现象屡见不鲜，以致保护部分功能丧失、遥测无法正常监测，甚至保护不正确动作等严重后果。为此，必须寻找合理的改进方案来弱化母线合并单元对整个过程层网络的影响，从而达到提高继电保护可靠性的目的。

1 现行智能变电站过程层网络分析

对于现行智能站过层程网络，以单套配置的双母线接线单线路为例，线路间隔设置合并单元1台，用于转发本间隔模拟量；母线间隔配置合并单元1台，用于转发母线电压互感器传变的二次电压模拟量。母线合并单元输出的二次电压信号级联至线路合并单元，线路合并单元将经过电压切换后的电压数据输出至间隔层各个设备（线路保护、母线保护、测控、故障录波器、PMU等）。以上过程可参见图1所示。

该配置方案在实际运行中得到了广泛的应用，对于线路保护、母线保护等保护装置，级联后的电压数据以点对点方式传输，保证了数据传输的可靠性；对于测控、故障录波器、PMU、电度表等设备，母线电压以网络采集形式进行传输，最大限度地实现了信息共享，同时减少了合并单元输出端口，降低了设备功耗及故障率。该配置方案同时适用于电磁式互感器和电子式互感器，因此对一次设备的兼容性也较好。

与此同时，此方案的缺点也显而易见。无论互感器的选型是电磁式互感器或电子式互感器，无论过程层网络中电压量采集型式为点对点或网络采集，过程层设备中始终保持母线合并单元的单一输出源，即母线合并单元是母线电压互感器与间隔层设备间数据传输的枢纽设备。一旦母线合并单元发生故障，则数据传输全部中断。在220 kV及以上系统中，继电保护装置及合并单元、智能终端双重化配置，若A套（B套）母线合并单元发生故障，则该电压等级系统中所有间隔A套（B套）设备失压，只能依靠另一套装置来实现全部功能；在110 kV及以下系统中，各间隔合并元单套配置，若母线合并单元发生故障，则该电压等级所有间隔层设备全部失压，导致除差动保护外所有速动保护元件（距离保护、方向保护）全部闭锁。

图1 单套配置的双母线接线单线路图

2 过程层二次电压网络改进方案

通过对现行过程层网络的分析，可以明确其薄弱环节在于母线合并单元。若要达到强化其薄弱环节的目的，可从分散设备功能和简化设备逻辑两方面入手。

2.1 方案一

方案一：增设母线合并单元在现行配置方案中，单套母线合并单元同时采集2段母线电压，并在单装置内实现电压并列功能，通过1个光纤输出端口同时将2段母线电压传输至间隔合并单元或过程层SV网络。在此结构上对单套合并单元进行强化，可以增设1台母线合并单元，如图2所示。使原先单套合并单元变为双套合并单元，每台合并单元各自采集1段母线电压，同时2台合并单元点对点级联并修改合并单元程序，利用硬开入实现并列功能。与此配合，将原先1个输出端口输出2段母线电压改为1个输出端口输出1段母线电压，对应的间隔合并单元及间隔层设备增设1个采集端口，在只增加1台装置的情况下将每个端口的数据传输量减半，既可以降低单通道数据流量，又分散了单装置故障情况下的影响面积。

图2 单套合并单元变为双套合并单元

例如，某220 kV变电站220 kV系统设8条出线，其中4条出线接入I母，另4条出线接入II母。此时I母A套母线合并单元故障，在运维人员和检修人员未到达现场前，由于设备故障而引发的保护闭锁只会影响到接入I母的4条出线，而不会影响到接入II母的4条出线，故障间隔减少一半。运维人员到达现场后，只需要将接入I母的4条出线倒接至II母，则所有出线电压采集均恢复正常，大大减少故障时间。而常规配置下需要检修人员到达现场后紧急处理故障的I母A套合并单元，待故障装置恢复正常后各线路方能恢复正常。

2.2 方案二

方案二：简化合并单元逻辑，增设电压并列装置。合并单元从硬件上看实际为模拟量转发装置，其装置内部设有AC插件、A/D插件、CPU插件、光纤接口插件等，每个插件均是较精密的电子元器件构成，若工艺稍差则会严重影响设备寿命。加之过程层设备安装在室外，运行环境较差，设备故障时有发生。若以提高数据传输的可靠性能为目的，使用传统的电压并列装置，同时部分电压通道用电缆替代光缆，可否达到预期目的。

仍以现行配置方案为基本结构，在母线电压互感器与母线合并单元之间增设1套传统电压并列装置，如图3所示。由电压并列装置实现电压切换和电压并列，将切换后电压利用二次电缆接入各个间隔及母线合并单元。间隔合并单元AC插件增设电压通道以采集传统的电压模拟量，母线合并单元取消输出至各间隔合并单元的级联通道，只输出至过程层SV网络，供测控、网分、故障录波器、PMU等网络采集设备使用。

图3 电压并列装置实现电压切换和电压并列

此方案旨在弱化母线合并单元功能，利用传统回路的可靠性替代过程层设备的灵活性。在此配置下若母线合并单元故障，只会影响到遥测及部分安全自动装置（备自投、低周保护）的功能，而对保护无任何影响。

3 现行过程层网络与改进方案优缺点对比

以上叙述的两个方案均可降低母线合并单元在故障时对各间隔设备的影响，但都有各自的缺点。通过对改进方案和现行方案进行比较，衡量各之所长，以达到各种情况下的最优选择。

3.1 现行配置方案与改进方案一的对比

改进方案一与现行方案相比，优点在于减小故障面积和缩短故障时间。尤其是当备品备件不足时，方案一较现行方案有着明显的可靠性。但由于增设设备，相应的端口、光缆也随之增加，总体成本及功耗也增加，对于110 kV及以下智能变电站来说意义不大。但对于220 kV双母接线智能站来说，方案一大幅增加了过程层设备的可靠性能，而且在检修人员处理故障设备过程中，仍可保持继电保护双重化，不存在单套保护运行情况，极大地提高了继电保护可靠性。

3.2 现行配置方案与改进方案二的对比

改进方案二与现行方案相比，优点在于弱化了保护装置对母线合并单元的依赖，从而提高了继电保护可靠性，但此方案违背了智能变电站信息共享一体化的原则，不利于日后过程层网络升级后的信息共享，且该方案只适用于电磁式互感器，对于采用电子式互感器的智能变电站并不适用。另外，对于智能站母线保护而言，传统电压回路需要接至母线保护装置，而一般数字化母线保护并不设AC插件，实现起来较困难。因此，该方案适用于110 kV及以下采用常规电磁式互感器的智能变电站，在不增加过多设备的情况下最大限度地提高过程层网络的可靠性能。

4 总结

通过上文的探索分析，寻找到两条改进路线：一是将单一数据源进行分散，使源侧设备具有可替代性；二是弱化精密设备的逻辑功能，利用更粗放但是更耐用的继电器设备替代电子设备，从而降低源侧设备故障的影响度。然而以上思路若需运用在实际中，还需要更多讨论研究，无论从设备软件程序方面、硬件配置方面还是回路构成方面都需要进行很大改进。本文只是从思路方面提出设想，日后将进一步细化甚至提出相关程序方案。

Improvement of Smart Substation Secondary Voltage Network

GUAN Peng,ZHAO Zhongyong

(State Grid Linfen Power Supply Company of SEPC,Linfen,Shanxi 041000,China)

Smart substation is the key component part of smart grid, thus, the safe and stable operation of smart substation is quite important. During the operation of smart substation, secondary voltage loss of protective equipment usually occurs due to bus merging unit fault so that serious consequences, like protection malfunction and failed remote monitoring etc. are unavoidable. Smart substation secondary voltage network is thus taken as the research point tomake secondary circuit more reasonable and reliable.

smart substation;process level;secondary voltage

TM63;TM76

B

1671-0320（2016）02-0060-03

2015-11-03，

2016-01-21

关 鹏（1985），男，山西临汾人，2008年毕业于华东交通大学电力系统及其自动化专业，助理工程师，从事电力系统继电保护工作；

赵忠勇（1970），男，山西临汾人，1992年毕业于华北电力学院继电保护及自动远动技术专业，高级工程师，从事电力系统继电保护工作。