智能变电站就地化继电保护技术方案研究

代金旺

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1 继电保护就地化配置方案整体配置原则

（1）继电保护就地化必须坚持继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的“四性”基本要求，继电保护就地化应总结前十年智能变电站继电保护运行经验的基础上，着重解决前期智能变电站中继电保护采样环节复杂、数据可靠性降低、智能终端导致的保护动作时间增长等问题，进一步提高继电保护的可靠性和速动性。（2）继电保护就地化要求“小型化、标准化、无防护安装”：采用紧凑化的结构，减小装置尺寸，贴近被保护设备安装；要求适应复杂电磁环境及各种恶劣气候的影响，并可进行无防护户外安装。继电保护装置采用标准化接口，实现与一次设备间的即插即用，可实现间隔二次设备模块化集成、工厂化预制、更换式检修。（3）继电保护就地化方案仍按照断路器设置间隔保护单元，如图1所示。间隔保护单元采用物理集成、逻辑独立的方式实现线路保护、母线保护和主变保护等功能，并上送模拟量和状态量信息至过程层网络。间隔保护单元贴近一次设备安装，采用直接采样和直接跳闸的方式，减少数据采集和跳闸输出的中间环节，缩短电气连接距离[1]。

图1 继电保护就地化配置方案

2 智能变电站中站控层无线就地保护方案设计

2.1 就地化保护的无线接入方案设计

选用WIA技术标准来设计无线接入方案，一方面因其通信速率高，另一方面因其是我国自主研发的标准。网络拓扑结构采用增强型星型结构，同时应用自适应跳帧、TDMA以及分级安全策略等技术保证网络的实时性以及可靠性。网络拓扑结构如图2所示。

图2 网络拓扑结构

网络由主计算机、网关设备、接入设备、就地化保护设备以及手持设备组成。主计算机位于站控层的控制室中，操作管理人员可以通过其实现设备配置、现场监控、保护投退等功能。网关设备负责外部网络与变电站MMS网络之间的连接，提供对应的网络协议转换及通信数据映射功能，并且还承担了网络安全管理以及网络时钟同步的功能。接入设备负责就地化保护设备与网管设备的通信，两者间的所有信息交换都必须通过其进行。就地化保护设备安装于一次设备附近，通过接收上级指令和一次设备的运行状态来控制一次设备的通断[2]。

2.2 网络部署方案

采用无线通信模式的就地化保护需要在就地化保护装置上加上无线通信模块，由于几乎不需要进行线缆铺设，因此，布置好网关以及接入设备即可按照就地化装置所在位置接入网络。接入方案基于WIA的通信标准，工作频段采用2.4GHz/5GHz，采用5次重传机制，确保丢包率低于0.01%，可靠性高达99.99%上；采用MIMO技术，在一个网络内可设置最多3个接入点，H路数据流可同时发送和接收，网络最多可接入100点，循环周期小于10ms。

3 关键技术

3.1 满足运行环境要求的技术

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以及驻留时间两部分，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]。

4 结语

智能变电站采用无线就地化保护的方式极大地减少了变电站站控层与间隔层之间的接线，使变电站的建设成本尤其是后期维护成本大大下降。但变电站内各类设备多，且设备的工作环境复杂，要实现无线就地保护还需要进行大量研究，尤其是解决抗干扰和网络安全问题。