山东智能变电站二次系统基础技术讨论会_深圳南瑞110713

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1、0,数字化母差保护应用及与交换机的配合,陈 锐 138.2357.0264,1,数字化母差保护应用与交换机的配合,内容提要 1、数字化母差保护难点 2、数字化母差保护应用 数字化母差保护采样模式 数字化母差保护接入方案 数字化母差保护典型应用 3、数字化变电站交换机的要求 4、数字化母差保护与交换机的配合,2,1 数字化母差保护难点,1).采样同步 数字化母差保护装置各间隔MU发送的采样数据同步性对差动保护计算影响很大，如何保证采样同步是数字化母差保护现有的难点。 2).采样数据的传输和处理 基于数字化变电站的母线保护需通过光纤以太网从过程层交换机或直接从各间隔MU接收所有间隔的数据，大量数据

2、的传输与处理给网络传输速率和CPU 处理能力带来很大挑战。 MU 通常提供的模拟量数据采样速率为每周波80 点，每间隔模拟量数据通常包括保护用电流、电压、测量用电流、电压等共12 路模拟量数据。以24 个间隔、80 点/周波采样、16 位数据为例，每秒需传输处理数据24*12*16*80*50 bit，约18 M。以上计算仅为纯数据量，若按照IEC61850 规约传输，需传输处理数据量将会更大，如按照IEC61850-9-2 规约标准8，则以上80 点/周波采样时为：24*80*50*984 bit ，约94.464 M。如此大量的数据，百兆以太网已无法满足数据传输的需要，大量数据的接收、转换

3、处理也已使CPU 不堪重负。,3,2 数字化母差保护应用采样模式,1).采样模式分类 现有的数字化母差应用方案按采样值处理模式分为两类： 1.1）点对点采样模式： 同步方式：插值同步、光纤秒脉冲同步、光纤B码同步。 采样数据处理：点对点接入，每个光纤接口仅接入1个间隔MU数据。 1.2）网络采样模式： 同步方式：1588时钟同步、光纤秒脉冲同步、光纤B码同步。 采样数据处理：SV交换机网络口接入，每个光纤接口接入若干个间隔MU数据。,4,2 数字化母差保护应用采样模式,2）.采样模式对比 .1）同步方式: 点对点采样模式：同步方式可靠，若采用插值同步方式，可不依赖于外部时钟。 网络采样模式：同

4、步依赖于外部时钟，由于SV交换机传输数据较大时，传输延 时不固定，无法采用插值同步。 .）采样数据处理： 点对点采样模式：数据通过光纤点对点直连，传输数据可靠。 网络采样模式：数据通过SV交换机传输，当母差连接间隔多时，需配置通过多 个光纤接口连接SV交换机，同时需对SV交换机进行VLAN划分等优化采样数据。 .）数据共享性： 点对点采样模式：光纤直连，无法共享SV组网的采样数据。 网络采样模式：共享SV网采样数据，符合智能化电网数据网络化及共享化的发展方向。,5,2 数字化母差保护应用采样模式,）采样模式工程应用对比 由于SV交换机数据传输延时不固定，在传输大量的采样数据时，各间隔交流采样数

5、据经交换机传输到母线保护时间不一致，故同步方式只能采用外部时钟同步方式。同时交换机在负荷较重时，容易造成传输数据延时较大，对母线保护动作时间有影响。 目前220kV及以上的智能化变电站以及接线规模较大的110kV变电站母线保护均采用点对点采样模式，部分接线规模较小的110kV及以下电压等级的变电站母线保护采用网络采样模式。,6,2 数字化母差保护应用接入方案,1) 接入方案说明 数字化母差保护接入方案：集中式与分布式。 集中式母差保护采用单台母差主机完成母线保护的交流采样、开入开出、保护运算、站控层通讯等功能。 分布式母差保护采用单台母差主机+多台母差子机共同完成母线保护功能，其中母差主机完成

6、保护运算及站控层通讯等功能，母差子机完成交流采样、开入开出等功能，主机与子机之间通过光纤通讯完成数据交互。 集中式母差保护便于维护与管理，但接入多间隔保护装置运算压力较大。 分布式母差保护可减轻母差主机的交流采样压力，提高母差保护接入能力，且有利于保护装置就地分布布置。,7,2 数字化母差保护应用接入方案,1) 集中式母差保护应用 配置情况： 配置单台母差保护主机。 应用场合： 110kV及以上电压等级： 母差保护接入间隔数通常不大于24。 配置独立的合并单元以及智能终端，且合并单元在主控室集中组屏。,8,2 数字化母差保护应用接入方案,集中式母差保护应用示意图,9,2 数字化母差保护应用接入

7、方案,2) 分布式母差保护应用一 配置情况： 配置单台母差保护主机+多台数字采样母差子机。 应用场合： 35kV及以下电压等级： 母差保护接入间隔数大于24。 间隔不配置独立的智能终端与合并单元，采用四合一保护装置，且保护装置在开关柜接地放置。 互感器有时配置传统互感器，交流量需转为数字量输出。,10,2 数字化母差保护应用接入方案,分布式母差保护应用一示意图,11,2 数字化母差保护应用接入方案,3) 分布式母差保护应用二 配置情况： 配置单台母差保护主机+多台传统采样母差子机。 应用场合： 传统变电站智能化改造过程。 改造过程中需接入间隔传统交流采样及开入开出并转换为数字化采样提供给主机。

8、,12,2 数字化母差保护应用接入方案,分布式母差保护应用二示意图,13,2 数字化母差保护应用典型应用1,1) 分布式母差在数字化母差改造过程中应用 在常规站改为智能化变电站改造过程中，母差保护改造是难点之一，陕西330kV延安变智能化变电站作为目前电压等级最高的智能化改造站，站内330kV与110kV母差改造过程具有一定的典型性，现以110kV母差改造为例，对分布式母差保护在母差改造过程中的应用进行说明。 工程概况 陕西330kV延安变110kV母线为双母线接线，含母联在内共16个间隔。110kV母线配置单套母线保护装置，母线保护改造前为传统电缆采样及跳闸，改造后改为数字采样及跳闸。改造完

9、成后，交流采样由传统互感器输出给模拟量合并单元转换为数字量后采用点对点模式接入母线保护；开入开出信号通过智能终端转换为数字量，并通过光纤点对点接入母线保护；各间隔之间的联闭锁以及启失灵等信号通过GOOSE网络方式接入母线保护。,14,2 数字化母差保护应用典型应用1,数字化母差改造方案选择 方案一：接入数字化母差保护直接改造方案 本站主接线为双母线接线，可通过让、段母线分列运行，改造前所有间隔挂接母，接入传统母线保护装置，数字化改造后的间隔挂接母，接入数字化母线保护装置，所有间隔改造完后再将改造完的母联间隔接入数字化母线保护，整个改造方案完成。 优点： 改造过程简单，接线方便。 缺点： 改造过

10、程中要求母线长期分列运行，同时改造前期负荷集中于一段母线，对整站运行方式有较大影响，且不适应于所有主接线。,15,2 数字化母差保护应用典型应用1,数字化母差改造方案选择 方案二：母差保护子机过渡的改造方案 改造前增加一台母差保护子机接入原有的传统接线，将数据转换后用光纤与母差保护主机通讯。间隔改造过程中，已改造的数字化间隔通过合并单元与智能操作直接接入母差保护主机，未改造的传统间隔通过母差保护子机接入母差保护主机。全站改造完成后，所有数字化间隔直接接入母差保护主机，母差保护子机可撤除。 优点： 改造过程不影响全站的保护运行方式及负荷分配，且适用于各种主接线。 缺点： 改造过程较复杂，接线更改

11、较多。,16,2 数字化母差保护应用典型应用1,改造方案比较 改造要求： 1. 改造过程中母线设备不能长期无保护运行，母线保护不能长时间退出。 两套方案均满足。 2. 本站负荷较重，且2#主变需运行较长时间后再进行改造，不允许母线保护长期分列运行。 方案一不能满足，方案二满足。 综合比较，决定110kV母线保护改造采用母线保护子机过渡的改造方案。 数字化母差改造过程 整个改造方案可分为两个阶段，第一阶段为传统间隔接入母差保护子机后转接到母差保护主机，第二阶段为改造完的数字化间隔接入母差保护主机，同时取消对应间隔至母差保护子机的接线。其中，第二阶段为改造重点及难点，接入改造完的数字化间隔后需对母

12、差保护主机的MU及GOOSE配置文件进行调整。,17,2 数字化母差保护应用典型应用1,第一阶段：传统间隔接入母差保护子机后转接到母差保护主机 由于本站连接负荷重要，为减少停电时间，采用退母线保护的方式将传统间隔电缆接线接入母差保护子机，并通过光纤连接到母差保护主机。 考虑到母差保护重要性，除前期联调过程中完善保护调试，对保护程序及配置文件进行验证备份外，还需在接线前对母线保护主机与子机进行严格的调试，同时保证接线的正确性。 第一阶段改造完的母线保护连接示意如下：,18,2 数字化母差保护应用典型应用1,第二阶段：改造后的数字化间隔直接接入母差保护主机 第二阶段停电工作配合间隔数字化改造来进行

13、，改造间隔需停电。为减少停电造成的影响，且减少数字化改造时配置文件更改，本站改造采用同时若干间隔同时改造的方式，全站15个间隔共分5个批次进行数字化改造，考虑到运行安全及负荷分配，母联间隔、1#主变、2#主变分不同批次进行数字化改造。 由于母差保护装置改造过程比较复杂，且接入不同间隔时母差保护主机配置方式需进行调整，故先针对各个阶段的改造间隔对母差保护进行配置并联调测试，联调完成后将配置文件进行保存，改造过程中直接导入配置，以免改造过程中由于配置错误影响工作进度。 所有间隔数字化改造完成后取消母差保护子机及其接线，由110kV母差保护主机独立完成母线保护功能。,19,2 数字化母差保护应用典型

14、应用1,第二阶段改造过程中的母线保护连接示意如下：,20,2 数字化母差保护应用典型应用1,第二阶段改造完成的母线保护连接示意如下：,21,2 数字化母差保护应用典型应用1,数字化母差改造注意事项 母差保护子机与间隔合并单元同步测试 由于交流采样同步性对母差保护差流计算影响较大，故需对母差保护子机以及合并单元的同步性进行测试。为保证交流采样同步性，本站母差保护主机采用插值同步方式，采样同步不依赖于外部同步时钟，但合并单元与母差保护子机需支持等间隔发送，且需保证通道延时与实际延时保持完全一致。 本站在南京动模试验过程中，专门对采样同步性进行测试，结果满足要求。 改造过程中母差保护配置测试 由于本

15、站改造间隔数量多，改造时间紧，改造过程相对复杂，母差保护配置对改造过程顺利进行影响重大。故本站在联调过程中单独针对改造各阶段对母差保护进行配置文件测试，同时将配置文件进行保存备份。 联调过程中的专项测试保证了改造过程是配置的正确性以及一致性，同时极大的节约了改造过程中的配置及调试时间，保证了母差保护改造的及时性与可靠性。,22,2 数字化母差保护应用典型应用1,数字化母差改造经验 母差保护主机+子机的数字化母差保护改造工程应用方案 采用母差保护主机+子机的数字化分布式母差保护改造方案，是国网范围内传统站数字化改造过程中首次应用，为后期传统站的数字化改造提供了重要的指导意义。采用母差保护主机+子

16、机的改造方案与其他方案相比，有以下优点： 适用于各种母线主接线形式。 改造过程中对母线运行方式没有影响。 改造过程中除接线过程外，不需要退出母线保护，改造时母线保护不需 长期退出运行。 改造过程中采用母线保护子机进行转接，与接入单间隔母差子机或合并单元及智能终端改造方案相比，可减少装置接线更改，降低工作量及停电时间。 根据现场工程改造制定专项联调测试 根据改造过程中的改造计划，提前对数字化母差保护改造过程中各个阶段配置文件进行专项测试，可保证实际改造过程中配置的正确性与一致性，提前解决改造过程中可能遇到的问题，保障改造过程中调试工作正确有效，从而提高改造过程的效率。,23,2 数字化母差保护应

17、用典型应用2,2) GOOSE与SV合并组网模式的母差保护工程应用 组网模式有利于数据网络化传输及建立数据共享平台，对于部分较低电压等级的智能化变电站可采用GOOSE及SV合并组网模式。 浙江绍兴110kV大侣变是国内较早进行组网模式应用的数字化变电站，该站110kV与10kV母差过程层网络采用GOOSE与SV合并组网模式，现以110kV数字化为例，对过程层合并组网的母差保护应用进行说明。 工程概况 浙江绍兴110kV大侣变110kV母线本期为内桥接线，共接入5个间隔。10kV母线为单母线分段接线，含分段在内共24个间隔。110kV母线配置双套母线保护装置，过程层组网采用双网模式，且GOOSE与SV合并组网模式。过程层双网独立，A套母线保护接入过程层A网，B套母线保护接入过程层B网。,