就地化分布式母线保护技术应用分析

就地化分布式母线保护技术应用分析
摘要：智能变电站中合并单元及智能操作箱的使用，带来了额外的传输延时环节，使得继电保护故障切除时间加长。

新型就地化保护装置就地安装，就地采样、就地跳闸，解决了智能变电站的延时问题。

就地化母线保护装置由若干个子机搭
积木而成，不设主机。

本文从采样同步复杂、后台通讯信息量大、子机间需要进
行定值和压板一致性校验、环网通信对保护的影响以及就地化安装防护问题等角
度出发，对新型就地化母线保护装置技术应用进行阐述，提出要求和解决方案。

文章最后进行总结，通过试运行指出就地化分布式母线保护实施的可行性。

关键词：就地化；母线保护；分布式；子机；环网
0 引言
从电子式互感器[1]的应用，到IEC 61850的普及，以及后来传统电磁式互感
器采样结合合并单元采样数据处理发送，经过若干年的发展，目前智能变电站技
术已相当成熟。

但合并单元的采样传输延时环节以及智能操作箱的跳闸命令传输
延时环节，使系统故障跳闸时间滞后传统变电站10ms左右，不满足继电保护“速
动性”要求。

达到IP65防护等级的新型就地化保护装置开关场就地安装，就地采样、就地跳闸，减少采样传输延时环节和跳闸命令传输延时环节，极大的缩短了
系统故障切除时间，满足继电保护“可靠性”和“速动性”要求。

目前针对分布式母线保护装置已有很多研究[2-9]。

新型就地化母线保护装置
采用积木式无主方案，由若干个子机组成，每个子机完成8个间隔模拟量和开关
量的采集，并负责对应间隔分相跳闸出口，母线保护采用分相跳闸出口直接对应
一次机构的分相跳闸回路，某种程度上缩短了跳闸延时，减少故障切除时间。

不
同子机之间采用专用千兆环网交互电压电流和开关量信息，各子机构成完整的保
护算法，独立运算，独立出口。

新型就地化母线保护装置因为积木式的无主设计
理念，也带来一些新的问题需要引起重视和解决。

1 采样同步
为加强继电保护可靠性，智能变电站要求继电保护不能依赖于外部同步时钟。

该要求对就地化跨间隔母线保护同等适用。

专用千兆环网是就地化分布式保护采
样同步的核心。

首先对环网报文的延时做了要求，如当环网中的元件保护子机不
多于16个时，报文在环网内的延时时间不大于1ms。

其次，为了实现采样同步，需要引入报文延时修正域（FTCF）的概念，对传输延时进行修正。

由报文本身携
带其延时时间。

利用延时修正域传输报文延时，每经过一个节点修正一次，直到
所有节点传输结束，再利用该延时进行修正处理。

报文从节点到节点，其延时计
算公式所下所示：
（1-1）
当外同步时钟消失时，各子机将把其余子机的采样数据通过插值同步同步到
自身的采样时间节拍上来，因各子机采样时间节拍不同步，可能会造成子机间保
护行为的差异性，但不应该是拒动或者误动。

采样点相关保护算法造成的差异不
应该造成保护行为的差错，各子机间保护动作时间的差异性需要保证在允许的范
围内。

2 后台通讯
就地化母线保护装置由多个无液晶子机组成。

保护智能管理单元充当保护子
机的人机接口，按照电压等级双重化配置，与各子机挂于SV/GOOSE/MMS保护专
网上。

智能管理单元同时接到站控层MMS网上，实现与监控主机的通讯。

因保
护装置各个子机独立、无主，智能管理单元需要接受每个子机的信息，再上送到
监控主机。

系统架构图如图1所示。

按照就地化母线保护最大4台子机、每台子
机都上送完整的信息报告，就会多出比智能站多4倍的信息量，对智能管理单元
和监控主机提出了更高的要求。

另外智能管理单元需要对同一套母线保护的多台
子机进行同步操作，例如整定定值、投退压板等需要同时下发同一个操作命令。

当监控主机不能接受太多的上送信息时，各子机上送的信息内容可以做精简合并，例如固定其中一台为“主”，将其信息上传至监控系统，当子机间存在不同信息时，保留差异化显示等。

图1 系统架构
3 定值及压板校验
就地化母线保护由多子机完成，每个子机虽然硬件积木式组成，但软件完整
独立。

这就要求同一套母线保护的不同子机定值和压板投退等关键运行参数需要
保持一致，这就带来了运行定值和压板一致性比对的问题。

环网中除了传输采样
值和开关量外，还需要传输运行定值和压板信息，后端实时进行比较。

当判断出
现运行定值和压板有不一致时立即对保护进行功能闭锁。

需要注意的是，当通过
保护智能管理单元对各子机同步进行定值更改和压板投退操作时，因子机间响应
智能管理单元的操作命令存在响应时间差异，肯定会存在子机间定值和压板不一
致的短暂期，操作时要躲过该时间差异，可以选取保持5秒以上的差异性即闭锁
保护功能并告警。

另外，只针对投入的子机进行比对，以及当环网通信状态正常
时才进行比对，否则比对结果毫无意义。

4 环网通信中断对保护的影响
就地化母线保护专用环网用于子机之间传输采样值和开关量。

当收不到某个
投入子机的采样数据，即出现环网通信中断时，对于主保护差动保护而言，表示
采样数据无法全部实时采集，因此不能进行正常的差动计算，需要立即闭锁差动
保护。

对于单端电气量的保护如断路器失灵保护、母联充电保护等，可以按支路
进行开放。

以n号子机为例，当子机n上能够收到子机m的采样值数据，则子机
n上开放子机m对应所有支路的断路器失灵保护，若收不到则闭锁子机m对应所有支路的断路器失灵保护。

对于子机m而言，环网光纤异常不影响自身采样数据读取，所以子机m对应的所有支路的断路器失灵保护永久开放。

当环网某个节点出现链路异常导致有些子机收不全投入的所有子机的采样数据时，各子机的保护
功能有效性状态会存在差异性。

5 防护
就地化保护就地无防护安装，对防护等级要求较高，需要达到IP65。

在常规
智能变电站保护装置的性能要求之上，就地化保护装置环境温度要求在-40℃～
+85℃之间，设备及预制电缆接头要能够防水，低气压、盐雾地区、太阳光辐射
强烈地区要能够安全稳定运行，耐撞击，一定高度的跌落无影响。

另外，就地化
保护装置安装在GIS附近，在高压隔离开关操作时，需要考虑VFTO[10]对保护子
机的影响，不能出现保护子机误动情况。

6 结语
针对新型就地化母线保护装置积木式、无主、就地采样、就地跳闸的特征，
本文从采样同步、后台通讯、定值和压板一致性校验、环网链路异常对保护子机
造成影响等方面对新型就地化母线保护装置带来的新问题进行阐述，并提出了解
决方案。

目前，就地化母线保护装置已进行了多次专业检测，国内变电站从
110kV到500kV的各电压等级也正在进行试点运行，目前装置整体表现正常，运行可靠，经过进一步考验后可代替传统集中式母线保护。

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