就地級保護(hù)特點及發(fā)展趨勢

1.就地保護(hù)特點

就地級保護(hù)是整個層次化保護(hù)控制體系的基礎(chǔ)，是面向單個被保護(hù)對象的保護(hù)，具有以下特點∶

（1）按被保護(hù)對象獨立、分散配置。裝置包含完整的主后備保護(hù)功能，遵循目前已頒布的繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程和智能變電站相關(guān)規(guī)范。就地級保護(hù)功能相對獨立，不受站域保護(hù)控制、廣域保護(hù)控制和影響。保護(hù)功能實現(xiàn)不依賴于站域?qū)雍蛷V域?qū)泳W(wǎng)絡(luò)。

（2）就地級保護(hù)采用直接采樣、直接跳閘模式，結(jié)合 GOOSE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)配合功能，不依賴外部時鐘實現(xiàn)保護(hù)功能，保證了就地間隔保護(hù)的可靠性。采用直接跳閘保證了保護(hù)的速動性;采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)配合功能，充分發(fā)揮了IEC 61850的信息共享優(yōu)勢。

（3）現(xiàn)階段就地級保護(hù)應(yīng)考慮常規(guī)互感器采樣和電子式互感器采樣兩種實現(xiàn)方式。2.就地保護(hù)的構(gòu)成與要求

就地級保護(hù)由現(xiàn)有線路保護(hù)及線路輔助保護(hù)、主變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電抗器保護(hù)、電容器保護(hù)、站用變壓器（接地變壓器）保護(hù)等構(gòu)成。

新一代智能變電站對就地級保護(hù)設(shè)備的新要求主要體現(xiàn)在兩個方面∶一是中低壓間隔保護(hù)采用"六合一"裝置，二是保護(hù)及相關(guān)二次設(shè)備增加狀態(tài)監(jiān)測與智能診斷功能。

3.就地保護(hù)的發(fā)展趨勢

就地化安裝，實現(xiàn)主保護(hù)就地化。保護(hù)裝置就地下放，從 20世紀(jì)90年代中期就已經(jīng)提出并開始實施。對于高壓開關(guān)，最初是在一次配電裝置附近建筑繼電器保護(hù)小室（又稱繼保小室），保護(hù)裝置及相關(guān)二次設(shè)備屏柜安裝于小室內(nèi)，這種方式應(yīng)用至今。在智能變電站試點工程中也用了預(yù)制小室（集裝箱、簡易板房等）安裝、就地柜安裝等方式，就地柜方式無需建設(shè)任何建筑物，保護(hù)裝置安裝于智能控制柜或GIS匯控柜內(nèi)，柜體按間隔分散布置于相應(yīng)的一次設(shè)備附近。將來保護(hù)裝置也可能與一次設(shè)備集成，這樣保護(hù)裝置與一次設(shè)備的聯(lián)調(diào)可以在出廠前完成，減少現(xiàn)場安裝調(diào)試工作量，方便現(xiàn)場運行維護(hù)。

功能"多合一"。對中低壓開關(guān)柜間隔，保護(hù)裝置直接安裝在開關(guān)柜內(nèi)，就地級中低壓間隔保護(hù)測控功能"多合一"是另一發(fā)展趨勢。智能變電站發(fā)展總體要求是采集數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、設(shè)備緊湊化、功能集成化、狀態(tài)可視化、檢修狀態(tài)化、信息互，動化為了實現(xiàn)上述要求并簡化智能變電站架構(gòu)，提高智能變電站的可維護(hù)性，有必要對一個間隔內(nèi)的多個裝置，如保護(hù)測控裝置、合并單元、智能終端及計量單元等進(jìn)行功能優(yōu)化整合，研制多功能裝置。新一代智能變電站在10～35kV中低壓間隔采用了保護(hù)、測控等功能"多合一"裝置。

隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)、通信技術(shù)迅速發(fā)展，新型嵌入式 CPU性能越來越高，不僅處理速度大幅提高，同時具有豐富的I/O信號、SCI接口、SPI接口、以太網(wǎng)通信接口等，無須擴(kuò)展外部芯片即可完成強(qiáng)大功能，為中低壓保護(hù)測控裝置功能擴(kuò)展提供了良好的基礎(chǔ)。

"多合一"裝置主要應(yīng)用于110kV以下電壓等級間隔設(shè)備中，包括饋線、電容器、電抗器、分段器、站用變壓器和接地變壓器等設(shè)備。這類裝置將原保護(hù)裝置（線路保護(hù)、分段保護(hù)、備用電源自動投入、配電變壓器保護(hù)、電容器保護(hù)和電抗器保護(hù)中的一種）、測控裝置、操作箱、非關(guān)口計量表、合并單元和智能終端等六種功能集中優(yōu)化在一個裝置內(nèi)實現(xiàn)，可替代原有的上述六種裝置，提高了裝置的集成度，減少了纜線，簡化了變電站設(shè)備配置，降低了變電站建設(shè)成本，提高了智能變電站的可維護(hù)性。

"多合一"間隔保護(hù)按間隔單套配置。當(dāng)采用開關(guān)柜方式時，保護(hù)裝置安裝于開關(guān)柜內(nèi)，不宜使用電子式互感器，宜使用常規(guī)互感器，電纜直接跳閘，跨間隔開關(guān)量信息交換可采用過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。

4.就地保護(hù)發(fā)展遵循的原則

《國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展綱要》（簡稱《綱要》）于2017年發(fā)布，《綱要》分析了電網(wǎng)特性的變化對繼電保護(hù)提出的新要求，指出芯片、通信等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展為繼電保護(hù)發(fā)展提供了機(jī)遇，提出了繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展必須遵循的四個原則。

（1）堅持"可靠性、速動性、選擇性、靈敏性"原則。繼電保護(hù)"四性"原則是幾代電力工作者根據(jù)數(shù)十年的電網(wǎng)運行經(jīng)驗總結(jié)提煉出來的，是制造、設(shè)計、建設(shè)及運行各個環(huán)節(jié)必須堅持的基本原則。"四性"之間，既相輔相成，又相互制約，應(yīng)針對不同時期的電網(wǎng)運行要求有所側(cè)重。當(dāng)前電網(wǎng)交直流系統(tǒng)相互影響日趨顯著，呈現(xiàn)單一故障全局化趨勢，故障的快速可靠清除顯得尤為重要，電網(wǎng)安全穩(wěn)定對繼電保護(hù)速動性和可靠性要求提升至前所未有的高度。

（2）堅持快速保護(hù)獨立配置原則�？焖俦Ｗo(hù)作為電網(wǎng)設(shè)備的貼身保鏢是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線。當(dāng)前交直流混聯(lián)電網(wǎng)由于直流換相失敗的存在，如電網(wǎng)故障不能快速切除，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致直流送電、受端電網(wǎng)穩(wěn)定破壞，故障快速可靠消除意義尤其重大。集中式保護(hù)（見圖8-43）存在處理環(huán)節(jié)多、回路復(fù)雜等方面的不足，速動性無法滿足當(dāng)前電網(wǎng)穩(wěn)定的要求;保護(hù)測控一體化裝置（見圖8-44）存在異常后保護(hù)和遠(yuǎn)方控制功能同時失去的風(fēng)險，造成一次設(shè)備長時間無保護(hù)運行�？焖俦Ｗo(hù)作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要保障，必須堅持獨立配置原則。

（3）堅持適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展原則。目前電網(wǎng)電力電子化、單一故障全局化、調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力弱化特征凸顯，傳統(tǒng)交流線路重合閘方式及時間、開關(guān)拒動或TA死區(qū)故障切除時間，已與當(dāng)前電網(wǎng)特征要求不匹配，無法滿足電網(wǎng)穩(wěn)定要求。繼電保護(hù)要站在電網(wǎng)發(fā)展、電網(wǎng)安全的高度，主動適應(yīng)電網(wǎng)運行特性變化，把握技術(shù)發(fā)展方向，積極解決電網(wǎng)和設(shè)備運行中存在的問題。

（4）堅持創(chuàng)新引領(lǐng)原則。要堅持以問題為導(dǎo)向，增強(qiáng)創(chuàng)新意識，實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動，服務(wù)大電網(wǎng)安全運行。積極開展大電網(wǎng)故障特征的研究，不斷提升繼電保護(hù)核心技術(shù)的自主創(chuàng)新能力，吸收芯片和通信等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展成果，推動繼電保護(hù)技術(shù)更新?lián)Q代，重點培養(yǎng)一批國際領(lǐng)先的技術(shù)成果，實現(xiàn)技術(shù)引領(lǐng)。

5.智能變電站繼電保護(hù)體系特征

《綱要》同時提出要積極開展以"采樣數(shù)字化、保護(hù)就地化、元件保護(hù)專網(wǎng)化、信息共享化"（簡稱"四化"）為特征的繼電保護(hù)體系研究，推動智能變電站技術(shù)進(jìn)步。其特征的含義如下∶

（1）采樣數(shù)字化。保護(hù)裝置直接接收電子式互感器輸出數(shù)字信號，不依賴外部對時信號實現(xiàn)繼電保護(hù)功能。

（2）保護(hù)就地化。保護(hù)裝置采用小型化、高防護(hù)、低功耗設(shè)計，實現(xiàn)就地安裝，縮短信號傳輸距離，保障主保護(hù)的獨立性和速動性。

（3）元件保護(hù)專網(wǎng)化。元件保護(hù)分散采集個間隔數(shù)據(jù)，裝置間通過光纖直連，形成高可靠無縫冗余的內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)功能不受變電站SCD文件變動影響。

（4）信息共享化。智能管理單元集中管理全站保護(hù)設(shè)備，作為保護(hù)與監(jiān)控的接口，采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議實現(xiàn)保護(hù)與變電站監(jiān)控之間的信息共享。

對于采用常規(guī)互感器的變電站，保護(hù)裝置具備模擬采樣功能，電纜直接采樣。其整體方案與采用電子式互感器的變電站一致。

以上述"四化"為特征的就地化保護(hù)新技術(shù)為解決目前電網(wǎng)的一些問題提供了有力的途徑和技術(shù)支持。低功耗芯片集成技術(shù)、光纖通信技術(shù)的發(fā)展，以及裝置電磁兼容、高防護(hù)、熱設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)的突破，為就地化保護(hù)方案的實施提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

就地化保護(hù)裝置外形如圖8-45所示，有如下特點∶

（1）貼近一次設(shè)備就地布置。采用電纜直接跳閘，減少電纜長度及中間環(huán)節(jié)，提升繼電保護(hù)的速動性和可靠性。基于接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)航空插頭，實現(xiàn)保護(hù)裝置的工廠化調(diào)試、模塊化安裝和更換式檢修。

（2）配置一鍵式下裝。實現(xiàn)裝置的少維護(hù)、易維護(hù)，，隆低對現(xiàn)場工作人員的技能要求，減少現(xiàn)場工作量。

（3）一體化設(shè)計。實現(xiàn)繼電保護(hù)裝置小型化、集成化，減少設(shè)備類型及數(shù)量，降低整體設(shè)備缺陷率。

（4）保護(hù)間信息交互標(biāo)準(zhǔn)化。不依賴SCD文件，減少了拒動的風(fēng)險。

基于無防護(hù)、開關(guān)場安裝的就地化保護(hù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架簡單，能解決長電纜傳輸信號帶來的問題∶如TA飽和、多點接地、回路串?dāng)_、分布電容放電等問題。

"四化"為特征的繼電保護(hù)技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個方面∶

（1）提升繼電保護(hù)的速動性和可靠性。取消合并單元和智能終端，直接采樣、直接跳閘（見圖8-46），減少數(shù)據(jù)傳輸中間環(huán)節(jié)，提高了"速動性"和"可靠性"。

（2）提高現(xiàn)場工作安全性。采用標(biāo)準(zhǔn)連接器，利用不同色帶和容錯鍵位防誤設(shè)計（見圖8-47），有效防止現(xiàn)場"誤接線"。通過端子密封設(shè)計，杜絕現(xiàn)場"誤碰"，大幅度提高現(xiàn)場工作安全性。

（3）保護(hù)不受SCD文件變動影響。元件保護(hù)采用專網(wǎng)連接，信息交互標(biāo)準(zhǔn)化，不依賴SCD文件。通過智能管理單元完成保護(hù)專網(wǎng)和變電站監(jiān)控之間的信息共享，實現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)與全站SCD文件解耦。

（4）提高安裝檢修效率。采用"工廠化調(diào)試"和"更換式檢修"模式（見圖8-48）。在檢修調(diào)試中心，采用一體化虛擬仿真平臺模擬現(xiàn)場實際運行環(huán)境，實現(xiàn)整站二次設(shè)備聯(lián)調(diào)或單裝置批量高效調(diào)試。現(xiàn)場檢修時，整機(jī)更換，現(xiàn)場作業(yè)安全高效，停電時間大幅縮短，檢修效率顯著提高。

（5）實現(xiàn)基建工程降本增效。保護(hù)裝置就地安裝，取消了屏柜節(jié)約建筑面積，大幅減少光纜和電纜使用量�，F(xiàn)場通過模塊化安裝有效縮短基建安裝調(diào)試工期，實現(xiàn)基建工程的降本增效。

整個工程過程簡單清晰。工廠完成二次設(shè)備的預(yù)制安裝和集成調(diào)試，以整柜方式包裝出廠;智能控制柜僅需通過端子排與一次設(shè)備電纜鏈接，與相關(guān)設(shè)備的光纜鏈接，完成安裝;現(xiàn)場進(jìn)行一次通流通壓試驗，通過管理單元自動完成帶負(fù)荷試驗，進(jìn)行調(diào)試;單裝置工廠化調(diào)試、更換式檢修，維護(hù)簡單。