一种适用常规变电站智能化改造的母差保护命令转换装置研究与应用

一种适用常规变电站智能化改造的母差保护命令转换装置研究与应用

汤晓晖 ,张勇志 ,蔡永智

广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山 528400

摘要：对运行中变电站进行智能保护改造涉及到传统设备与新智能设备配合问题，本文讲述了改造为智能变电站过程中新旧设备匹配装置设计思路及原理，有效解决了传统保护与智能保护之间的适配问题。

关键词：智能变电站；保护；母差保护；联跳回路；改造；

一、背景

在电力行业，对在运保护设备进行改造往往通过技改项目进行。目前保护设备最新技术已基于光纤网络实现跳闸，与传统保护装置的电缆跳闸原理上完全不同，因此会出现改造过程中两种保护配合问题，这是随着保护设备技术进步发展随之而来的新课题。

本文提出了一种在传统变电站技改过程中，保智能保护（光纤跳闸型）命令与常规保护装置（电缆跳闸型）命令互相转换的技术思路与实现方式，能够在改造过程中，实现两种类型保护装置的互相连接，实现各类命令的识别与转换，从而满足电力系统在运变电站技改项目实施的要求。

二、传统改造方案存在问题分析

2.1. 传统方案弊端分析

在运行变电站的传统改造方法，是采取输电线路逐个停电改造这一模式，按照这种传统改造方法，改造过程中必然会出现一部分为改造后的智能化保护（光纤跳闸型），一部分为传统保护（电缆跳闸型），此时会存在传统保护与智能保护之间的配合问题，传统母线保护发出的命令无法被智能保护识别，将无法实现保护正常功能。这就是改造过程中存在的弊端问题。

若要避免这种新旧设备同时存在的问题，还有一种方案就是将整个变电站全部设备停电改造，这种模式需将运行中变电站全站停电，难度大，停电范围大，风险高，若此时电网受到外部故障影响，将极大可能发生更大面积的停电事故，造成更加恶劣的影响。

2.2. 智能保护与传统保护二次回路分析

改造过程中，难点是解决智能保护与传统保护之间的二次回路配合问题，对于220kV变电站而言，未改造的母线保护与已改造的线路保护之间存在跳闸命令、接收启动失灵命令、闭锁重合闸命令等互相关联的回路，所以在改造过程中，关键就是解决并实现这几种信号命令识别。

三、实现新旧保护设备数据互相识别的解决方案

针对上述问题，提出研制一种过渡接口转换设备，通过该转换装置，可以实现两种类型（电缆型、光纤型）保护装置的回路相互识别。网络布置上，将转换装置安装在新旧设备回路中间，形成手拉手网络结构，实现两侧数据互通与转换。具体连接模式如下图所示。

图1 过渡设备连接示意图

几种相关数据回路实现方法如下：

（1）线路故障时，220kV线路保护动作，同时发送启动失灵信号给220kV母线保护；

（2）母线故障时，220kV母线保护动作，通过跳闸命令发给220kV线路操作箱，联跳220kV线路开关；

（3）母线故障时，220kV母线保护动作，通过跳闸命令发送给220kV线路保护，220kV线路保护收到命令后，发送远跳命令，跳开线路对侧开关。

（4）母线故障时，220kV母线保护动作，通过跳闸命令发送给220kV线路保护，220kV线路保护收到命令后，启动自身闭锁重合闸功能，闭锁重合闸。

四、转换装置原理与设计

在转换装置的设计方面，按照“一套保护，一套转换”配置原则进行设计，确保具备足够可靠性与独立性。每个间隔提供一个信息转换装置，该装置与被改造间隔保护装置数量一致，例如对220kV某线路改造，该线路保护装置配置2台，则提供2台对应的转换设备。

4.1. 转换装置的组网设计

转换装置具备电缆采集电流电压互感器输入回路，具备光纤连接智能保护接口，具备与传统保护的电缆连接。在变电站技改过程中，本装置采用组网模式实现全变电站系统的改造，如图2。

图2 命令转换装置连接示意图

命令转换装置接入在传统母线保护装置与新智能保护、新智能终端之间，起着命令转换的桥梁作用，用于命令格式转换。组网模式下，对于220kV变电站，采用与新智能线路保护（已改造保护）一对一配置的组网模式。

4.2. 转换装置逻辑处理与数据流程

本数据命令转换装置主要目的是连接传统电缆跳闸型保护装置与智能光纤跳闸型保护装置，将两者之间的命令进行双向转换，实现两者之间的透明传输。为实现两种类型保护数据互通，采用下述逻辑处理方法，数据流程如下。

1、首先由装置内部的监听模块实时检测开入单元状态，对发生变化的开入端子进行判别，提取对应开入状态数据，做好数据记录。若外部回路开入单元输入回路电平信号发生变化，则产生上升沿波形，从而形成触发记录。

2、装置内部程序进行抖动判别，经过判别系统，过滤不必要的假信号。若信号在抖动延时内一直存在，则判定为真实存在的信号。若在抖动延时范围内，信号出现后又消失，则判定为接点抖动，可以过滤。

3、确认信号是真实发生的时候，对时模块锁定开入时刻对应的时标信息，详细记录年月日时分秒毫秒，并进入下一环节。

4、识别开入单元的开入信息对应端子，从端子号码判别开入量号码，记录缓存，并送给数据处理单元记录处理。

5、本装置具备配置文件，具有配置数据库信息，本环节装置可以通过调阅本装置配置文件数据库，从数据库中提取开入端子号所配置的数据库域内容，查询提取对应的光纤接口号。

6、解析配置文件中，识别对应光纤口配置数据库域中所选用的光纤通信报文格式。

7、报文信息形成。依据上一阶段提取的保护格式，形成对应格式报文信息，形成完成报文信息，确定报文发出端口为上述光纤端口号。

8、解析本装置SCD配置文本，识别配置数据库中，对应光纤接口外部相连的装置地址、装置信息。将信息封装在上一阶段准备好的光纤报文格式中，信息自动填入报文区域，形成完成报文信息链条，最后整体封装，形成最终报文数据。、

9、封装好的报文信息，经过时间同步模块，打上已锁定的时标信息，从对应的光纤接口发出。

五、结束语

本文提出一种在传统变电站智能保护技改过程中，适用与传统母线保护与新智能保护之间联跳命令配合的转换装置，应用后，可对需要改造的间隔逐个停电改造，能够很好的适应停电方式安排，实现改造过程中新旧设备与新设备的过渡连接。

针对变电站传统保护智能改造，传统母线保护装置与新智能保护装置间联跳命令的相互转换识别特性，提出一种能够完成两个数据方向数据转换的装置，从而实现数据互联与识别，提高了变电站技改停电改造施工效率，可沿用传统改造思路，不存在经验不足问题，同时提高改造过程中停电的可行性和灵活性。

参考文献：

［1］王磊，黄力，张礼波．智能变电站失灵保护二次回路的可视化数字图纸建模方法［J］．机械与电子，2020（4）： 28-32．

［2］朱皓，王磊，张礼波．数字化变电站双重化智能终端电气防跳功能完善［J］．贵州电力技术，2015（4）：59-60，63.

本论文由中山供电局《网采模式下母差保护向智能V2.1传统采样回路改造的母差过渡方案研究》项目资助。