智能变电站二次设备就地化防护技术

时凯扬

（河南许继工控系统有限公司，河南 许昌 461000）

0 引 言

二次设备就地化防护技术是目前智能变电站继电保护的重要实现方案，在继电保护的基础上省略中间过程，使防护装置与智能终端解除捆绑，直接使二次设备实现就地化防护，稳定实施对保护对象的迅速保护[1]。

1 智能变电站二次设备就地化防护基本原则

（1）母线保护是二次设备就地化防护技术改造的基础，经过对母线保护装置的改进，优化智能接口，实现在智能变电站不停电的情况下进行就地化技术优化。

（2）通过环网链接，将测控装置、保护装置连接在一起，实行环网内数据实时可靠传输；跨间隔保护系统通过分布式布置的方式配置并保护子机[2]。

（3）在二次设备彻底就地化的基础上采用就地柜方式，可以大大缩短电、光缆长度，简化二次回路，减少占地面积和建设面积。但是，由于设备可能在外部裸露环境下运行，对二次设备的器件和设计技术要求极高，所以需要在不同地区使用不同规格的设备。

2 智能变电站二次设备就地化防护设计关键技术

2.1 IP防护技术

受过去电力技术的限制，传统二次设备防护装置正面防护等级为IP40，背面防护等级为IP20，控制柜的防护等级应与防护装置相同或更高。但控制柜防护等级提高后，不利于内部装置的散热，同时增加了二次设备的生产成本，因此控制柜的防护等级应不超过IP40。如果安装装置的控制柜本身能达到相应防护等级或更高的IP54防护等级，装置的防护等级可维持现状[3]。

2.2 二次设备可靠性设计

以就地柜的安装设计为例，因部分控制柜安装区域的外部环境较为恶劣，受干扰较多，从而影响内部装置的正常运行，并缩短装置的使用寿命。智能控制柜具有环境调节能力，能有效改善内部装置受环境的影响，缺点是在智能控制柜功能发生异常，出现环境调节能力失效问题时，控制柜内部装置的运行环境将更加严酷。就地柜的关键设计技术如下：（1）就地化装置的低功耗，接口、处理器等装置器件应选用低功耗器件，优化装置算法；（2）就地化装置的热设计，应采用导热性能佳的金属材料，扩大散热面积，提高散热能力；（3）就地化装置的电源，针对电源设计应以提高效率、降低自发热为主；（4）就地化装置的电磁兼容，就地化装置接口优化，外部结构也采用密封性较高的金属材料外壳，电源应具备防雷功能；（5）设备检测技术，通过计算机与互联网技术实现对就地化装置的远程检测[4]。

2.3 功能一体化设计

在过去，许多一次设备制造商家将研究重点放在一次设备的优化上，对于二次设备很少关注，而二次设备的制造也以自身优化为主。智能变电站二次设备就地化，使一次设备与二次设备之间的联系更加紧密，达到了一次设备与二次设备的一体化设计安装。因此，一次设备与二次设备功能的整合成为设计的重点，如一次设备与二次设备的寿命不匹配，需要对二次设备的使用年限进行合理调整[5]。

3 网络架构方案

3.1 三网合一架构

三网合一指的是MMS、SV、GOOSE的融合，在二次设备就地化装置构架中，以PRP技术实现这一目的。使用站域保护、测控信息，以PRP协议通过网络构架节点，提升三网合一架构的稳定性与安全性。在此基础上，提升R7K设备与其他设备的安全性和稳定性，提高设备性能。

3.2 全RSR架构

在三网合一的基础上采用全RSR架构。全RSR架构替代交换机，可有效降低网络安全隐患。RSR环网架构具有功能较为独立、设备检修便利等优点，是二次设备就地化防护技术中的关键技术之一，可使网络传输更加稳定、安全、高效。网采网跳、测控及MMS 这3个网络层面相互独立又互相联系，交换机取消对就地化装置运行无干扰。

3.3 方案对比

上述两种方案都是在现有技术基础上进行环网整合，其中全RSR环网架构方案是基于三网合一架构方案，增加了RSR接口，提高网络架构的强度，降低交换机使用率。三网合一架构方案则减少了接口装置，提高了网络架构的强度。总体来说，三网合一架构方案与全RSR环网架构方案都可以采用，均可实现二次设备就地化防护的信息共享、设备独立性与就地化防护要求。

4 预制舱防护方案

基于满足电磁兼容、设备巡视、设备维护、装置间连接牢固的原则，并在技术可靠的基础上，采用预制舱防护方案。

4.1 预制舱防护技术优缺点

综合来说，预制舱防护技术具备工作量小、建设效率高、建设周期短、维护环境等良好优点，同时却也存在建设成本增加、建设空间有限等缺点[6]。

4.2 预制舱组成

预制舱是由舱体、内部设备、电磁屏蔽、防护屏等组件组成，由工厂生产、建设现场直接组装调试而成，工作量小，建设效率高。预制舱内其余配套系统有消防、照明、空调、检测传输和防静电地板等设备系统，预制舱舱体较大，内部可放置多个柜体，可为周围多个二次设备提供就地化防护安装。

4.3 预制舱结构设计

根据不同地区当地环境的要求，预制舱应具备抗风、防雷、防地震等基础要求；根据二次设备就地化防护安装要求的不同，预制舱分为一体式和组装式两种，一体式舱体材料应为钢质结构，电缆连接口应设置在舱体底部；组装式舱体材料应为板材结构，安装地应选择平整的水泥地，提高舱体稳定性。预制舱的顶部结构应为脊顶，减少顶部压力，提高使用寿命；预制舱应具备伸缩式吊装设备，方便预制舱的安装[7]。

4.4 预制舱材料与性能

预制舱使用寿命若低于二次设备就地化装置，置换时会影响二次设备的运行。为保证预制舱的使用寿命，应采用钢结构为整体结构，使用金邦板材料为舱体，聚氨酯与聚苯泡沫板为预制舱的隔热材料。选材应具备环保、质轻坚韧、隔热防火及耐寒等防护能力，并不低于IP55，延长预制舱的使用寿命不低于20年，保证预制舱的正常运行和维护。

5 结 论

本文基于智能变电站二次设备就地化防护原则，提出了IP防护技术、功能一体化设计等关键技术，并从网络构架和预制舱两个方面着手，详细分析了就地化防护技术的可行性方案，均适用于智能变电站二次设备就地化防护，可提高就地化防护通信数据的稳定性、安全性与可靠性，缩减设备数量、扩大安装空间，使二次设备就地化安装、后期维护更加方便、可靠。