220kV智能变电站的继电保护及自动化系统设计初探

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　　【摘 要】随着电力工业的不断发展，我国电力系统逐渐实现了智能化、网络化控制，电子技术、信息技术、光电技术逐步应用到电力系统中，电力工业发生了革命性的变革，同时继电保护技术也得到了长足的发展。
　　【关键词】继电保护；自动化；智能化；变电系统
　　目前，变电站继电保护以及自动化技术在我国电力行业的应用已经越发成熟，自20世纪90年代起，随着信息技术、计算机通信技术的不断发展，我国变电站自动化系统由RTU逐渐迈入了具有革命意义的智能化时代，变电站继电保护以及自动化技术也获得了卓著的经济效益、社会效益，并逐步发展为现代电力企业提高自身管理水平的主要手段。
　　一、220kV智能变电站的继电保护及自动化现存问题
　　变电站继电保护以及自动化技术在我国电力行业已经得到了广泛应用，但是该技术的实际应用仍旧存在着诸多问题，主要体现在以下几个方面：第一，变电站系统的主要作用是采集数据，就当前变电站中所应用的系统来说，就有着PMU、五防操作票、综自等等，多套系统的存在，就导致变电站出现了采集资源浪费的情况；第二，电力行业发展至今，形成了多个通信规约，比如LEP、POLLING、IEC101、LFP等等，这些通信规约同时存在于通信系统中，尤其是在IEC61850协议全面落实之前，我国变电站各个系统缺少一个统一的标准通讯协议，导致系统和设备、设备和设备、系统和系统之间的数据交换极为困难，在投入使用之前需要耗费大量的时间对其进行调试；第三，因为变电站的保护、测量有着不同的需求，并且每一条电力线路都需要装备多套CT，需要架设大量的二次电缆，而二次保护以及各个测控设备有着各自的采集单元，从而导致变电站的资源难以实现资源共享，并且设备占地面积也比较大，在设计的过程中需要考虑多个方面的问题，变电站设计工作相对比较复杂；第四，变电站的设计模型、设计理念存在一定的差异，变电站装置上传送的信息内容也不完善，信息不够规范，极其容易出现信息孤岛、信息失真、信息不对称等等问题，不利于工作人员对各种用电信息进行核对，电网在实际运行的过程中，难以针对这些问题作出详细的判断[1]。
　　二、220kV智能变电站的继电保护及自动化系统设计原则
　　第一，智能变电站的继电保护及自动化系统设计必须要遵守“安全可靠、技术先进、标准统一”的原则，在设计的过程中，尽可能确保系统的协调性、可靠性、灵活性；第二，智能变电站的继电保护及自动化系统设计需要具备一定的前瞻意识，要考虑到一定时间内智能电网的建设发展需求，可应用目前已经成熟的新设备、新技术，开拓新的设计方法、设计思路；第三，智能变电站的继电保护及自动化系统设计要充分考虑到建设成本，在实现功能的基础上，考虑到工程初期建設成本以及未来的长期运作。
　　三、智能变电站的继电保护及自动化系统设计案例
　　某220kv智能变电站的继电保护及自动化系统设计，共有2台主变压器，单台变压器的容量为180MVA，66KV出线共计10回，220KV出线共计4回。本案例中，220KV电气主接线采用双母线接线，设置有专用的母联，采用双母线接线形式，66KV电气主接线设置方式和220KV主接线相同，配电装置采用HGIS组合电气装置。
　　（一）设计层次
　　本案例中的智能变电站从物理层面上来看，由一次、二次设备两个层面构成，而从逻辑关系上来看，则可具体分为过程层、间隔层、变电站层。
　　1、过程层
　　一次设备、二次设备的结合层被称作为过程层，主要功能为以下几个方面：第一，实时运行电气检测；第二，操作控制的驱动以及执行；第三，运行设备的状态检测[2]。
　　2、间隔层
　　间隔层的主要作用是搜集过程层的主要运作数据，实现对一次设备的监控以及保护，同时也要实现其它控制功能[3]。对于数据采集、控制命令发出、统计运算等等功能，间隔层有着优先控制级别，同时也承担着承上启下的传输作用，实现变电站层和过程层之间的数据传输。
　　3、变电站层
　　变电站层的主要作用是汇总整个变电站的实时数据以及信息，然后将信息传送至电网调度处以及控制中心，同时起到接收控制命令、在线维护、组态、修改参数、过程层执行的作用。
　　总的来说，在智能变电站的继电保护及自动化系统设计中，最为主要的、基础的就是过程层，随着过程层设备的逐步增加，过程层设计也成为了变电站技术最为直观的体现[4]。智能变电站系统又可详细分为集成系统和独立系统，其中集成系统主要是指将间隔层的功能集中在同一的装置内，然后利用光纤总线来实现间隔层和站控之间的数据传输；独立系统主要是指间隔层保留保护装置以及独立控制装置，利用统一的站控层以及通信网络进行连接，然后再由站控层对IED进行合理有效的协调控制。
　　（二）二次系统设计方案
　　二次系统的设计方案主要分为两个类型：第一，分布式设计方案，该方案主要采用分布式的一体化测控装置；第二，集中式设计方案，集中式设计方案采用集中式测控装置。本案例主要采用集中式的设计方案，利用网络实现保护采样、跳闸。变电站一次设备、二次设备的功能设置均要达到无人值班的设计目标，由集中控制中心来实现遥控，智能变电站的继电保护及自动化系统设计采用DL/T860（IEC61850）标准，变电站整体设计主要分为站控、间隔、过程三个层次，站控层网络需采用“IEC61588、GOOSE、SMV”三网合一的设置方式。过程层的设计方案采用“IEC61588+GOOSE”双网合一的设计方式，采用传输速率为100Mbps的双星形网络结构，网络中设置有在线监控功能，站控层网络利用PRP技术来实现网络之间的实时无缝切换，过程层66KV、220KV组成双网结构，实现自动切换[5]。
　　全站需配置公用时间系统，并支持GPS、北斗双频定位信号以及受时信号。过程层、间隔层、站控层均以IEC61588来实现对时。全站配置网络在线监测装置以及双套故障录波装置，装置接入过程层的双网结构，获取间隔层采样值以及开入信息。220KV线路需要利用保护装置来达到双端测距的目的，而全站防误操作功能则由变电站自动化系统、HGIS系统共同实现。整个系统实现顺序控制、设备状态可视化监控，为故障信息分析提供可靠参考。另外，变电站内火灾报警、消防、通风、警卫等等辅助系统，采用DL/T860标准实现，UPS等设备采用一体化设计。
　　结束语
　　综上所述，智能变电站的继电保护及自动化技术，是我国电力行业当前的主要技术，并且也是未来一段时间内，电力行业的主要发展方向。笔者在文中仅对智能变电站的继电保护及自动化系统设计进行了简单的探讨，更为深入的问题还需广大从业者进一步分析。
　　参考文献：
　　[1]王家永，魏锥，许凯.220kV智能变电站的继电保护及自动化系统设计探讨[J].南方农机，2017.
　　[2]朱可.220 kV智能变电站继电保护及自动化分析[J].现代工业经济和信息化，2018.
　　[3]尹柳，郑雷涛，李煜亮，et al.智能变电站继电保护装置自动测试系统的研究[J].低碳世界，2017（12）.
　　[4]崔方方，运彩霞.220kV智能变电站继电保护配置方案研究[J].通信电源技术，2017（05）：170-171.
　　[5]朱海兵，宋亮亮，高磊，et al.智能变电站继电保护及自动化系统综合标准化 研究与建设[J].智能电网，2017（9）.
　　（作者单位：沈阳地铁集团有限公司运营分公司）
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