水电厂与开关站间保护信息传递方式研究应用

2020-03-21李能昌

通信电源技术 2020年3期

关键词：水电厂房断路器

肖闯，李炜，李能昌

（中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌 443002）

0 引言

水电厂房与开关站之间的空间距离从几十米到几千米不等，由此带来两侧保护装置信息传递方式的差异。近年来，智能水电厂和智能变电站建设也为水电厂房与开关站间保护信息传递方式带来了新的挑战。

1 水电厂房与开关站间保护通信需求

国内水电站大多采用发电机经出口母线连接升压变后再经架空线或是高压电缆送入高压开关站的方式，水电站厂房与开关站间保护通信需求如下：（1）发变组保护（电气量）跳开关站断路器并启失灵；（2）变压器非电量保护跳开关站侧断路器；（3）开关站断路器失灵保护停发变组进线；（4）两侧刀闸等位置联闭锁信息交互；（5）稳控决策机与执行机信息交互；（6）进线线路保护两侧信息交互。

针对这些信息传输需求，通常有电缆和光纤两种方案。

2 电缆通信的特点及相关问题

控制电缆在继电保护二次回路中得到了广泛的应用，但大量的电缆通信也给水电厂建设和运行带来了难题。

对于同一根电缆芯线，信号不能叠加传输。当厂房与开关站间通信量较大且为满足保护双重化等要求时，需要敷设大量的电缆，不仅投资大，而且给维护、防火等带来了较大的压力。

水电站厂房和开关站之间的空间距离较远时，需要敷设长距离的二次电缆。长距离的二次电缆将影响到电流互感器、电压互感器带二次负载的能力，同时厂房与开关站间难以保持等电位，当二次电缆绝缘损坏发生接地瞬间，极易在CT回路中产生附加电流而引起保护误动。对于开关量，当直流系统接地或交流窜入直流时，会通过长电缆的分布电容构成回路，产生电容电流，导致一些动作值低、灵敏度高的继电器误动，如果出现在跳闸回路将会导致断路器偷跳，国内已经发生过多起类似事件。

3 光纤通信及光纤传输装置应用

光纤通信技术在电力系统继电保护领域得到极为广泛的应用，光纤保护已经成为当下电力系统的主流保护。

3.1 光纤通信的优势

（1）绝缘性能好；（2）抗电磁干扰；（3）光纤尺寸小、重量轻；（4）材料来源丰富；（5）无辐射，有利于信息安全；（6）通信容量大、传输远；（7）能够监视通道状态。

3.2 水电厂房与开关站间I/O信息光纤传递方式

由于长电缆分布电容影响可能造成保护误动等严重后果，因此可以运用光纤传输距离长、不受电磁干扰的优势解决这一问题，如图1所示。

对于采用光纤传输的方案，在国内水电厂和核电厂都有较为成熟的应用，很好地解决了长电缆分布电容对于开关量影响可能造成保护误动的情况。同时，由于光纤内可以同时传输多组信息，改为光纤后，维护工作量小，火灾隐患也大大降低。

当需要对水电厂房与开关站间高压输电线路进行保护时，可用目前成熟的光纤差动保护方案进行升级改造，现场运行安全可靠。

4 智能变电站建设对于保护信息传递带来的挑战与机遇

图1 水电厂房与开关站间I/O信息光纤传递典型方式

近年来，行业内提出了建设智能水电厂的需求。但目前的实际情况是，变电站（开关站）智能化程度较高，智能化设备也比较成熟。而水电厂房内设备繁多，通信规约不同，同时水电厂房保护设备智能化方案虽有部分研究，但应用相对较少[1]。对于传统水电厂房与智能变电站间通信方式，在智能变电站侧要考虑保护信息GOOSE点对点和GOOSE组网传输的问题，而厂房侧，仍然采取常规的硬接点开入开出方式。

5 水电厂房与智能变电站间保护信息传递方式

5.1 水电厂房与智能变电站间保护信息传递典型解决方案

如图2，在厂房侧通过短电缆实现开关量的开入开出。智能变电站侧，直接跳断路器的信号通过直连光纤GOOSE点对点送入智能终端。启动断路器失灵等信号通过GOOSE组网经过程层交换机发送至相关保护。同时，开关站断路器失灵保护通过GOOSE组网经过程层交换机送给本侧光纤传输装置，再传输至厂房开出常规继电器接点跳闸。

5.2 智能变电站与水电厂房两侧I/O传输的新型运用

使用光纤传输装置提升了投资成本，增加了日常维护工作量。对于传输距离在1 km内的场景，可以把厂房和开关站都纳入智能变电站的网络覆盖范围，依托智能化设备自身建立的多模光纤网络传输信息。

国内某水电厂在220 kV开关站智能化改造过程中进行了相关探索和应用。改造前，主变高压侧断路器操作箱随发变组保护装置配置于厂房机旁盘。相关跳闸命令、断路器及刀闸位置、启动失灵等信息均通过长距离电缆传输。改造后，主变高压侧断路器操作功能配置于GIS开关站侧智能汇控柜中，需解决信息传递问题。在1 km内智能终端之间光纤通信完全能够满足信息传递需求，提出仅在发变组保护盘增加两套成熟的智能终端装置（随发变组保护盘双重化配置），即实现开关站与厂房保护信息接口功能，并进行了系列验证试验，证明了现场应用的可行性。具体如图3所示，其中启失灵、跳母联分段、断路器和刀闸位置通过GOOSE组网传输；跳本间隔断路器通过GOOSE点对点与本间隔智能终端通信；稳控装置切机通过GOOSE点对点与发变组侧智能终端通信，跳发电机出口开关。