智能变电站不停电检修时二次设备安全隔离研究综述黎恒烜1，蔡 勇2，陈 宏1，张侃君1，文 博1，洪梅子1 （1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077;2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077） [摘 要] 针对智能变电站高度智能化、信息化为二次设备检修作业带来的安全风险问题，综述了智能变电站在一次设备不停电时二次设备的安全隔离措施。通过对比各种隔离措施的优缺点，综合考虑智能变电站二次回路的特点，提出了横向确定隔离范围、纵向制定操作顺序的安全隔离措施总体原则。并以典型的220 kV线路间隔为实例，分别阐述了二次设备的安全隔离措施。 [关键词] 智能变电站；二次设备；隔离；安全措施 0 引言智能变电站是智能电网的关键组成部分，是未来变电站技术发展的趋势[1-2]。智能变电站最核心的技术革新在于使用工业以太网技术代替传统的二次电缆来传递数字和模拟信号，原有的二次电缆被高度集成、抽象的网络数据流代替[3]。在高度信息化的同时，也为二次设备检修带来了一定的安全风险[4]。在检修作业中，因安全措施执行不到位而造成的事故屡有发生[5]。将检修设备与运行设备有效、安全地隔离，是保障人身、电网及设备安全的重要措施[6]。 为保证智能变电站的供电可靠性和连续性，便于检修工作安全顺利进行，需要对智能变电站安全措施技术展开深入研究。由于电气设备不允许无保护运行，所以对于保护装置单套配置的二次系统，在二次设备执行检修时，一次设备必须停运。而对于保护装置双套配置的二次系统，可以采用单套退出进行不停电检修。不停电检修作业安全风险远大于停电检修，因此不停电检修时的安全措施研究意义重大，本文仅讨论一次设备不停电情况下的二次设备安全隔离策略。 本文综述了智能变电站在一次设备不停电时二次设备的安全隔离措施，通过对比各种隔离措施的优缺点，综合考虑智能变电站二次回路的特点，提出了横向确定隔离范围、纵向制定操作顺序的安全隔离措施总体原则，并以某220 kV线路间隔为实例，分别阐述了二次设备的安全隔离措施。 1 执行对象及基本措施1.1 二次安全措施执行对象及特点智能站中主要二次设备包括：保护装置、合并单元、智能终端、交换机、GPS时钟等等。因为在直采直跳模式的智能变电站中，继电保护系统的正常工作不受外部时钟的影响，而交换机运行异常也不会影响主保护系统的正常工作[3]，因此本文讨论的二次设备安全隔离措施仅限于保护装置、合并单元和智能终端。 1.2 基本安全措施对于二次设备而言，安全措施重点主要包括采样输入回路及跳合闸、遥控、启失灵开出回路等。常规变电站二次回路的安全措施遵守“明显电气断点”的基本理念，而智能变电站由于二次回路高度数字化、信息化，“明显电气断点”的安全措施理念已不再适用。 智能变电站二次设备的隔离方式主要分物理隔离和数字隔离两大类[7-9]，其中物理隔离包括断光链路、断电回路两种方式，数字隔离包括退出软压板、投入检修压板两种方式，如表1所示。 表1 不同隔离措施特点比较  类型 措施 优点物理隔离断光链路（拔光纤）明显断点可靠性高物理隔离断电回路（退硬压板）明显断点可靠性高数字隔离 退出软压板 操作简单数字隔离 投检修压板 操作简单缺点（1）频繁插拔光纤可能损坏光口和纤头；（2）光纤断链后会产生告警信息干扰运行；（3）在恢复光纤时容易恢复错误（1）会导致线路保护等单间隔保护及母差、主变保护等跨间隔保护同时无法出口跳闸（1）断点不可见，软压板定义错误时存在误操作风险；（2）软压板数量较多，依靠人工投退及核对易出现疏漏（1）无法实现信号的可靠隔离，存在检修机制不正确、检修压板虚接等风险 断光链路一方面可能因多次插拔造成光纤接口损坏，另一方面光纤断链后会产生告警信息干扰运行，而且在恢复过程中容易恢复错误，因此不能作为常态化隔离技术使用。 常用的隔离措施包括退出口硬压板、退软压板、投检修压板。其中，退出口硬压板能够在出口回路上形成“明显电气断点”，可靠性较高。 退软压板包括退出SV接收软压板、GOOSE发送软压板、GOOSE接收软压板三类。退出SV接收软压板相当于断开交流采样回路，屏蔽交流采样数据。当退出某SV接收软压板时，则对应间隔合并单元的模拟量及其状态（包括检修状态）都不计入保护，保护按无此支路处理。当对应一次设备运行时，单间隔保护可直接退出SV接收压板，跨间隔保护需要退出与该SV链路相关的保护功能后方能退出相应SV接收压板[7]。退出GOOSE接收/发送软压板相当于断开开入/开出回路。 投检修压板是通过智能化二次设备的检修机制来进行隔离[9-12]。二次设备投入检修压板后，所发报文中TEST测试标识位将为TRUE，接收报文的二次设备将比较TEST标识位与自身检修压板的状态来决定是否对报文进行有效处理。检修机制的判断遵循同或逻辑，如图1所示，当二次设备所接收报文中的TEST标识位值与其检修压板的状态值一致时，该报文将会被有效处理，反之装置将闭锁相应功能，对报文不予处理。检修压板投入之前除需关注操作对象之外，还要分析清楚其与各自相关的二次设备的联系，尤其母差、主变间隔相关的二次设备都是跨间隔设备，容易造成保护逻辑或出口的闭锁。  图1 检修机制逻辑图 2 二次设备安全隔离原则2.1 基本原则在智能变电站，原常规站保护装置的采样功能被移到合并单元，操作箱功能移到智能终端，因此在制定二次设备安全隔离措施时，需要首先考虑在横向上确定隔离范围。其次，检修设备的软压板投退、检修压板投退会在一定程度影响到运行设备，在制定二次设备安全隔离措施时，需要在纵向上考虑操作顺序。 在研究安全隔离措施时，需要确定二次设备之间的连接方式，再根据所传输的信息内容来制定安全隔离措施。根据二次设备之间的连接方式，归纳传输信息如表2所示[13]。 表2 不同连接方式传输的信息  连接类型电缆光纤直连组网传输信息双套智能终端之间的闭锁重合闸、装置闭锁、装置告警信号SV采样信息、跳闸命令、断路器及隔离开关位置线路保护起动失灵、线路保护动作信息至稳控、母线保护闭锁重合闸、远跳、失灵联跳主变三侧 考虑到智能变电站虚回路的隐蔽性，在对虚回路安全隔离时应至少采取双重安全措施以增加二次安全措施的可靠性[9,14]。 2.2 合并单元安全隔离要点合并单元为保护装置提供交流采样数据，相当于常规保护装置的采样环节。在一次设备不停电的情况下，间隔合并单元发生故障或执行不停电检修时，其安全隔离范围应包括所有接收其交流采样数据的所有保护装置[15-16]。 以图2所示线路间隔合并单元为例，在对线路合并单元执行安全隔离时，需同时退出该间隔的线路保护以及跨间隔的母线保护。对于线路保护而言，采样功能丢失，意味着保护功能失效，为避免其误发指令信号干扰正常运行，应将其退出。对于母线保护而言，在一次设备不停电的情况下，某间隔的采样数据丢失，会在二次侧产生差流，可能会造成差动保护误动作，因此也应将其退出。  图2 合并单元示意图 在制定操作顺序时，由于母线保护为跨间隔保护，影响范围最广，为确保安全，应先将其退出，其次是线路保护，最后是合并单元。 母线合并单元故障后，按母线电压异常处理，各保护装置将闭锁与母线电压相关的保护功能。 2.3 智能终端安全隔离要点智能终端（见图3）相当于操作箱，可单独投退，也可根据影响程度投退相应的保护。双重化配置的智能终端单台校验、消缺时，可不停役相关一次设备，但应退出该智能终端出口压板，退出重合闸功能，同时根据需要退出受影响的相关保护装置。  图3 智能终端示意图 由于智能终端负责采集隔离开关的位置信号，因此，当智能终端退出运行时，需要将母线保护上该间隔的隔刀位置按实际状态强行置位。 双套配置的系统不允许同一套装置跨接双网，因此双套配置的线路保护之间相互闭锁重合闸功能一般通过双套智能终端之间的硬接线实现。因此在不停电的情况下，单套智能终端退出运行时，为防止其误发信号闭锁另一套重合闸功能，应将智能终端之间的硬接线拆除[17-18]。 由于两套智能终端的重合闸回路共用1套操作电源，在退出单套智能终端时，不能切断重合闸回路的操作电源，同时要保证处于正常运行状态智能终端的重合闸出口硬压板投入。 2.4 保护装置安全隔离要点应从以下几个方面考虑保护装置的安全隔离措施： （1）保护装置与保护装置之间的隔离，在对线路保护及主变保护等做隔离措施时，应注意防止误启动失灵保护，需退出被隔离保护装置启失灵GOOSE出口软压板，同时退出母线失灵保护装置的相应的失灵开入GOOSE接收软压板； （2）保护装置与智能终端之间的隔离，为防止保护误跳闸，应退出保护装置跳闸GOOSE出口软压板； （3）保护装置与合并单元之间的隔离，应退出保护装置SV接收软压板以断开采样回路； （4）与对侧线路保护装置之间的隔离，为降低纵联保护的远跳风险，应将光纤差动保护通道断开并自环，同时两侧纵联保护改跳闸为信号； （5）防止重合闸功能退出，应投入另一套保护的重合闸功能。 3 220 kV线路间隔安全措施实例以图4所示220 kV线路间隔为例，分别阐述在一次设备不停电情况下，线路间隔的二次设备在缺陷处理时的安全隔离措施[15]。  图4 220 kV线路间隔示意图 图4中线路间隔合并单元在缺陷处理时的安全隔离措施如表3所示。 表3 线路合并单元的隔离措施  步骤1 2 3 4 5 6 7安全措施内容退出母差失灵保护所有跳闸出口、失灵联跳软压板投入对应母差失灵保护的检修硬压板退出母差保护投入、失灵保护投入，以及该间隔的SV接收、启动失灵开入软压板退出对应保护单元的跳闸、重合闸、启动失灵软压板，申请退出纵联保护软压板投入对应保护单元检修硬压板投入该间隔另外一套保护装置的重合闸软压板投入故障合并单元的检修硬压板，检查另外一套智能终端的合闸出口硬压板在投入位置 线路单套保护装置退出运行进行检修时，对应合并单元、智能终端需退出运行。同时对应的220 kV母差失灵保护也需停运，具体的安全隔离措施如表4所示。 表4 线路保护的隔离措施  步骤1退出2 投入3 退出接收4 退出请退5投入6 退出7 投入一套8投入安全措施内容母差失灵保护所有跳闸出口、失灵联跳软压板对应220 kV母差失灵保护的检修硬压板母差保护投入、失灵保护投入，以及该间隔的SV、启动失灵开入软压板对应保护单元的跳闸、重合闸、启动失灵软压板，申出纵联保护软压板对应保护单元检修硬压板本套智能终端的跳闸、合闸出口硬压板本套合并单元、智能终端的检修硬压板，检查另外智能终端的合闸出口硬压板在投入位置该间隔另外一套保护装置的重合闸软压板 线路智能终端在进行缺陷处理时的安全隔离措施如表5所示。 表5 线路智能终端的隔离措施  步骤1 退出该智能终端出口2 退出该间隔相应线灵发送软压板3投入母线保护内该间4解开至另外一套智能5 投入该间隔另外一套6投入故障合并单元端的合闸出口硬压板安全措施内容硬压板，投入装置检修压板路保护 GOOSE出口软压板、启失隔隔离刀闸强制软压板终端闭锁重合闸回路保护装置的重合闸软压板的检修硬压板，检查另外一套智能终在投入位置 4 结语本文综述了一次设备不停电情况下智能变电站二次设备安全隔离措施，通过对比各种隔离措施的优缺点，综合考虑智能变电站二次回路的特点，总结归纳，提出了横向确定范围、纵向制定顺序的总体原则，对智能变电站二次设备安全检修具有一定的指导意义。 [参考文献]（References） [1]陈树勇，宋书芳，李兰欣，等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009，33(8)：1-7．CHEN Shuyong，SONG Shufang，LI Lanxin，et al．Survey on smart grid technology[J].Power System Technology，2009，33(8)：1-7． [2]张文亮，刘壮志，王明俊，等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009，33(13)：1-11．ZHANG Wenliang，LIU Zhuangzhi，WANG Mingjun，et al.Research status and development trend of smart grid[J].Power System Technology，2009，33(13)：1-11． [3]孙志鹏.智能变电站安全措施及其可视化技术研究[D].北京：华北电力大学，2014．SUN Zhipeng．The study on safety measure and vi⁃sualization based on smartsubstation[D].Beijing:North China Electric Power University，2014． [4]叶刚进，戴世强.智能变电站继电保护检修作业安全风险管控策略[J].智能电网，2014，2(3)：6-11．YE Gangjin，DAI Shiqiang．Safety risk control scheme of relay protection maintenance activity in smart substation[J].Smart Grid，2014，2(3)：6-11． [5]唐俊，唐万军.220 kV智能变电站全停事故原因分析及防范措施[J].电力安全技术，2015，17(12)：31-33．TANG Jun，TANG Wanjun． Reason analysis on all black out and counter measures of 220 kV smart sub⁃station[J].Electric Safety Technology，2015，17(12)：31-33． [6]温钱明，秦纪平，胡治中，等.500 kV智能变电站检修二次安全措施探讨[J].江西电力职业技术学院学报，2015，29(4)：10-12．WEN Qianming，QIN Jiping，HU Zhizhong，et al．A discussion of secondary measures of 500 kV smart substation maintenance[J]．Journal of Jiangxi Voca⁃tional and Technical College of Electricity，2015，29(4)：10-12． [7]黄旭亮.基于IEC61850智能变电站二次系统运行维护技术研究[D].北京：华北电力大学，2015．HUANG Xuliang． Research of operation and main⁃tenance technology based on IEC61850 in secondary system of intelligent substation[D].Beijing:North China Electric Power University，2015． [8]黄敏，周斌，温元，等.智能变电站二次设备安全隔离技术研究[J].科技创新与应用，2016(10)：161-162．HUANG Min，ZHOU Bin，WEN Yuan，et al． Tech⁃nology study of secondary equipment safety isolation in intelligent substation[J]．Technology Innovation and Application，2016(10)：161-162． [9]侯伟宏，裘愉涛，吴振杰，等.智能变电站继电保护GOOSE回路安全措施研究[J].中国电力，2014，47(9)：143-148．HOU Weihong，QIU Yutao，WU Zhenjie，et al．Study on GOOSE isolation measures in smart substation re⁃lay protection[J].Electric Power，2014，47(9)：143-148. [10]黄少瑞，朱婷婷.基于IEC61850标准的智能变电站检修机制设计与分析[J].电气自动化，2015，37(2)：70-72．HUANG Shaorui，ZHU Tingting.Design and analy⁃sis of the maintenance mechanism for the intelligent substation based on IEC61850[J].Electric Automa⁃tion，2015，37(2)：70-72． [11]戴世强.扩建智能变电站220 kV母差保护不停电接入的实践[J].浙江电力，2015(1)：31-33．DAI Shiqiang.Practice of 220 kV busbar differential protection connection without power cutin extension of intelligent substation[J].Zhejiang Electric Power，2015(1)：31-33． [12]张曼.智能变电站设备检修的二次安全控制措施[J].湖北电力，2015，39(2)：32-34．ZHANG Man．Secondary safety control measures for samrt substation equipment maintenance[J].Hubei Electric Power，2015，39(2)：32-34． [13]茌旭.智能变电站二次检修过程实施安全措施的分析[J].电气技术，2014(12)：147-148．CHI Xu.Research on safety measures of secondary equipment maintenance in smart substation[J]Elec⁃trical Engineering，2014(12)：147-148． [14]童洁，陈晓刚，侯伟宏.智能变电站不停电电力系统继电保护校验技术[J].水电能源科学，2013，30(7)：218-221．TONG Jie，CHEN Xiaogang，HOU Weihong.Verifi⁃cation technology of uninterruption power system relay protection for smart substation[J].Water Re⁃sources and Power，2013，30(7)：218-221． [15]宋会平，杨东熏，王友怀，等.智能变电站二次设备检修及故障隔离措施研究[J].湖北电力，2016，40(2)：48-52．SONG Huiping，YANG Dongxun，WANG Youhuai，et al.Study on secondary device maintenance and fail⁃ure isolation measures in smart substation[J]．Hubei Elcetric Power，2016，40(2)：48-52． [16]蓝海涛.智能变电站继电保护二次安全措施规范化的建议[J].智能电网，2014，2(1)：62-66．LAN Haitao． Recommendations for the standard⁃ization of relay protection secondary safety measures of smart substation[J].Smart Grid，2014，2(1)：62-66. [17]姚晓林，张菁，许春华.智能变电站双重化线路保护重合闸闭锁问题的讨论[J].国网技术学院学报，2014，17(4)：14-16．YAO Xiaolin，ZHANG Jing，XU Chunhua．Discussion on intelligent substation doubling line protection reclosing block[J]．Journal of State Grid Technology College，2014，17(4)：14-16． [18]李振动，蔡勇，郭飞，等.智能变电站重合闸方案的研究分析[J].电气工程学报，2015，10(12)：58-62．LI Zhendong，CAI Yong，GUO Fei，et al．Research on intelligent substation reclosing scheme[J].Jour⁃nal of Electrical Engineering，2015，10(12)：58-62． A Summary of Secondary Equipment Safety Isolation in Intelligent Substation without Interruption of Power Supply LI Hengxuan1,CAI Yong2,CHEN Hong1,ZHANG Kanjun1,WEN Bo1,HONG Meizi1 [Abstract]As Intelligent substation becomes highly intelligent and informative,in view of the se⁃curity risk for secondary equipment overhaul in intelligent substation,in this paper,the safety isola⁃tion measures of secondary equipment in intelligent substation without interruption of power sup⁃plyare are summarized.The general principles that determine the scope of isolation transversely and determine operation sequence longitudinally are proposed based on comparison of the advantag⁃es and disadvantages of various isolation measures and characteristics of the secondary circuit.At last,the isolation measures of secondary equipment are presented for a typical 220 kV line bay. [Key words]intelligent substation;secondary equipment;isolation;safety measure [中图分类号]TM77；TM63 [文献标志码]A [文章编号]1006-3986(2016)11-0008-05 DOI:10.19308/j.hep.2016.11.002 [收稿日期] 2016-09-27 [作者简介] 黎恒烜(1984)，男，湖北荆门人，博士，高级工程师。 [基金项目] 国网湖北省电力公司科技项目（521532160016） |
|
|
