 Journal of Electrical Engineering电气工程, 2013, 1, 31-36 http://dx.doi.org/10.12677/jee.2013.11008 Published Online September 2013 (http://www.hanspub.org/journal/jee.html) Open Access 31 Research on the Security Strategies of the Protection System Maintenance in Smart Substation Chen Ya ng, Qiang Wang, Tong Shen, Xi Ya n, Qing Liu, Yan’an Wa ng State Grid Jinan Power Supply Company, Jinan Email: y2007c@hotmail.com Received: Aug. 1st, 2013; revised: Aug. 8th, 2013; accepted: Aug. 15th, 2013 Copyright © 2013 Chen Yang et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre- stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: By comparing the differences of the architecture of traditional substation and smart substation, the article studies the security strategies on the protection system maintenance in smart substation. The general safety measures of the smart substation are presented and analyzed. Some safe measures should be in accordance with the appropriate and sufficient principles, and safe measures should be doubled as well. Based on the analytical results, the author designs the typical safe measures of the smart substation which can be used in the working field of 220kV smart substation, in order to provide effective protection and working security in 220kV smart substation. Keywords: Intelligent Substation; Protection System; Security Strategies; Maintenance 智能变电站二次系统检修安全策略研究 杨 晨，王 强，沈 通，严 玺，刘 清，王延安 济南供电公司，济南 Email: y2007c@hotmail.com 收稿日期：2013 年8月1日；修回日期：2013 年8月8日；录用日期：2013 年8月15 日 摘 要：通过对传统变电站和智能变电站体系结构的对比，研究了智能变电站二次系统检修安全策略，提出了 智能变电站通用二次安全措施，并进行了分析。文章提出二次安全措施应按照适当、足够的原则，并需采用双 重安全措施。在本文中作者设计了智能变电站的典型二次安全措施票，该措施票可应用于 220 kV智能变电站的 现场检修工作，可对二次系统检修工作的安全进行有效的保障。 关键词：智能变电站；二次系统；安全策略；检修 1. 引言 随着经济高速发展，在工程应用领域，科技和信 息化水平也在不断提高，电网发展不断的面临新课题 和新挑战。依靠现代信息、通信和控制技术，积极发 展智能电网已成为国际电力工业界积极应对未来挑 战的共同选择。智能变电站是智能电网重要环节，因 为智能变电站的检修与传统变电站的检修内容差异 显著，如何保证智能变电站的检修安全进行是目前变 电站工程检修人员迫切需要解决的问题[1-3]。 本文从工程实际出发，对智能变电站二次系统 检修安全策略进行了研究，提出了双重安全保障的 原则，并通过二次安全措施票将该原则应用到智能 变电站二次系统检修的实际工作中，得到了很好的 效果。  智能变电站二次系统检修安全策略研究 Open Access 32 2. 传统变电站与智能变电站的区别 2.1. 传统变电站的体系结构 传统综合自动化变电站在结构上分为站控层、间 隔层和过程层，站控层设备包括当地监控机、工作站 等；间隔层设备包括各电压等级对应的测控、保护装 置、小电流接地选线装置等；过程层设备主要是指高 压一次设备如变压器、断路器、隔离开关及其辅助触 点、互感器等[4-6]，其网络结构如下图 1所示。 2.2. 智能变电站的体系结构 智能变电站在结构上也可分为站控层、间隔层和 过程层。但与常规变电站相比，智能变电站增加了过 程层网络，该网络用于实现间隔层设备与智能化一次 设备之间的信息共享。从对应的角度看，智能变电站 过程层网络相当于常规变电站的二次电缆回路、以及 间隔层设备的开入开出回路和采样回路。各智能设备 之间的信息通过报文来交换，信息回路主要包括采样 值回路、GOOSE 开关量输入输出回路等[7-10]。智能变 电站二次设备网络结构如图2所示。 3. 智能变电站二次系统检修安全策略 以220 kV智能变电站的 220 kV线路、母线保护 装置为例，论述智能变电站二次系统安全策略。 3.1. 防止线路保护装置到母线保护装置的 “启失灵信号”的安全措施 1) 在智能变电站进行线路保护试验时，为了防止 失灵信号误启动母线保护，造成保护误动，可以采取 如下措施： (a) 对于“三跳启动失灵”，可以“断开线路智能 终端到母线保护的光纤 + 退出母线保护装 置的相应 线路间隔的元件投入软压板 + 退出母线保护装置的 相应线路间隔的失灵开入软压板”，以上每一项都能 使线路保护到母线保护装置的“三跳启动失灵”失效 或阻断；因此，可以任做一项措施，也可以组合为多 重安全措施。 以许继、南瑞公司为例，注意： 对于许继公司生产的保护装置，可以退出“智能 柜内 1CLP5 三跳 TJR 硬压板、2CLP5 三跳 TJR 硬压板”，因为“三跳启动失灵”从线路智能终 Figure 1. Traditional substation layer 图1. 传统变电站体系结构 MMS1 网 MMS2 网 GOOSE 网 SV 网 合并单元 一体化信息平台 监控后台 远动终端网络记录 分析系统 电子式 互感器 智能终端 开关设备 直采 直跳 站控层设备 站控层网络 过程层网络 过程层设备 一次设备 站 控 层 过 程 层 录波测控 保护 间隔层设备 Figure 2. Smart substation layer 图2. 智能变电站分层 端到母线保护装置之间联系的是三跳 TJR 硬压 板。 对于南瑞公司生产的保护，可以“退智能柜内 1CLP1 A相分闸、1CLP2 B相分闸、1CLP3 B相 分闸”，因为“三跳启动失灵”，从线路智能终端 到母线保护装置之间联系的是分相跳闸硬压板。 建议不要同时采用以上两种安全措施。 (b) 对于“跳 A出口启失灵、跳 B出口启失灵、 跳C出口启失灵”可以“断开保护装置组网光纤 + 退 出保护装置启失灵出口软压板 + 退出母线 保护装置 的相应线路间隔的元件投入软 压板 + 退出 母线保护 装置的相应线路间隔的失灵开入软压板”，以上每一 项都能使线路保护到母线保护装置的“启失灵信号” 失效或阻断；因此，可以任做一项措施，也可以组合 为多重安全措施。 2) 每项安全措施的作用是： (a) 断开保护装置组网光纤：保护装置的组网光 纤是保护装置到过程层交换机、进而到中心交换机的  智能变电站二次系统检修安全策略研究 Open Access 33 光纤。这样，可以切断线路保护装置启动失灵到母线 保护的通路(跳A出口启失灵、跳B出口启失灵、跳 C出口启失灵)；但是向线路测控发跳闸动作信号的光 纤链路同时也被切断了(跳A动作、跳 B动作、跳 C 动作、重合动作、永跳动作、远传开出、纵联通道异 常等)；且报文分析和故障录波器也无法对保护装置 (所有输出信号)进行记录与分析。另外母线保护向线 路保护的“远跳开入”发送“跳开关的 GOOSE 信号” 也通过组网光纤通道传输。 (b) 退出保护装置启失灵出口软压板：只屏蔽线 路保护装置启动失灵(跳A出口启失灵、跳 B出口启 失灵、跳 C出口启失灵)到母线保护的信号。 (c) 退出母线保护装置的相应线路间隔的元件投 入软压板：在母线保护装置中使该线路间隔所有遥 测、遥信等信息失效。因此，它不但可以屏蔽线路保 护装置启动失灵(跳A出口启失灵、跳 B出口启失灵、 跳C出口启失灵)到母线保护的信号，还可以屏蔽线 路智能终端到母线保护的三跳启动失灵信号。注意： 在线路间隔未停电时，禁止退出母线保护装置的相应 线路间隔的元件投入软压板，因为线路没有停电，退 出线路间隔压板后会产生差流。 (d) 退出母线保护装置的相应线路间隔的失灵开 入软压板：不再对该间隔的失灵开入(包括线路保护装 置来的跳 A出口启失灵、跳 B出口启失灵、跳 C出 口启失灵信号，和线路智能终端来的三跳启动失灵信 号)处理，异常报文不再发送；但是开入变位信息可以 浏览。注意：许继WXH-800B 母差保护(第一套)为相 应支路失灵开入软压板；南瑞PCS-915 母差保护(第 二套)为相应支路 GOOSE接收软压板。 3) 建议措施：退出母线保护装置的相应线路间隔 的元件投入软压板。 3.2. 防止线路保护跳闸的安全措施 1) “断开 GOOSE 光纤 + 退出保护装置跳闸出 口软压板 + 退出智能终端跳闸出口硬压板(运行人员 做)”以上每一项都能防止线路保护跳断路器；因此， 可以任做一项措施，也可以组合为多重安全措施。 2) 每项安全措施的作用是： (a) 断开 GOOSE 光纤：保护装置的 GOOSE 光纤 是保护装置和智能终端的直连光纤，用于传递跳闸出 口(跳A出口、跳 B出口、跳 C出口、永跳出口)、合 闸出口、断路器位置信号(A 相断路器位置、B相断路 器位置、C相断路器位置)、母线隔离刀闸位置信号(I 母隔刀位置、II 母隔刀位置)、闭锁重合闸信号(三跳 闭锁重合闸、手跳闭锁重合闸、低气压闭锁重合闸)。 做保护采样精度、变比和逻辑测试时，可以断开 GOOSE 光纤。做整组传动试验是再回复 GOOSE 光 纤。 (b) 退出保护装置跳闸出口软压板：防止保护装 置跳闸出口。 (c) 退出智能终端跳闸出口硬压板：防止跳断路 器。 3.3. 切断电流、电压采样的安全措施 1) 切断电流、电压采样的安全措施是“断开SV 光纤”。 2) 安全措施的作用是： 断开 SV 光纤：保护装置的 SV光纤是保护装置 和合并单元的直连光纤，用于采集电流量(A 相电流 1、 B相电流 1、C相电流1、A相电流 2、B相电流 2、C 相电流 2)和电压量(切换后 A相电压 1、切换后 B相 电压 1、切换后 C相电压1、切换后 A相电压2、切 换后 B相电压 2、切换后C相电压 2、线路电压 1、 线路电压 2)。 一般做保护试验时，断开SV光纤，连接智能试 验仪和保护装置的尾纤，用试验仪模拟电流、电 压量。 注意：针对母线保护分电流 SV 光纤和电压SV 光纤。电压 SV 光纤是母线保护装置到 PT合并 单元的 SV 光纤。 3.4. 防止测试合并单元时，误给母线保护加量 1) “断开合并单元至母线 SV 光纤 + 退出母线 保护装置的相应线路间隔的元件投入软压板”以上每 一项都能防止测试合并单元时，误给母线保护加量； 因此，可以任做一项措施，也可以组合为双重安全措 施。 2) 安全措施的作用是： (a) 断开合并单元至母线SV 光纤：屏蔽母线保护 对本线路的电流采样(相当于封星)，适用于对合并单 元加电流看保护装置的电流采样精度(对合并单元进  智能变电站二次系统检修安全策略研究 Open Access 34 行测试)等。 (b) 退出母线保护装置的相应线路间隔的元件投 入软压板。 3.5. 断开 2M光纤(特指纵联保护)的安全措施 1) 做本侧变电站保护试验时断开，跟对侧变电站 联调时恢复。 2) 安全措施的作用是： (a) 防止远跳对侧变电站的本线路断路器。 (b) 方便本侧变电站保护试验(要自环)。 3.6. 检修压板说明 合并单元、保护装置、智能单元检修状态不一致 时，无法相互配合，保护功能无法实现。 4. 智能变电站二次安全措施票 在变电站检修现场保障安全的具体措施是二次 安全措施票。根据以上分析智能变电站二次安全措施 票的格式及要求设计如表 1所示。 5. 举例 以某条 220kV 线路定检工作为例，其二次安全措 施票如表 2所示。 安全措施应按照适当、足够原则，采用双重安全 措施。例如，(1) 线路保护装置到母线装置的跳 A出 口启失灵、跳 B出口启失灵、跳C出口启失灵：由“退 失灵出口软压板+退元件投入软压板(在母差保护屏)” 形成双重安全措施。(2) 线路间隔到母线装置的三跳 启动失灵：由“退元件投入软压板(在母差保护屏) + 断开智能单元至母线 GOOSE 光纤(在智能控制柜)” 形成双重安全措施。(3) 母线保护装置的电流屏蔽： 由“退元件投入软压板(在母差保护屏) + 断开合并单 元至母线 SV 光纤(在智能控制柜)”形成双重安全措 施。特别注意：线路不停电时，禁止进行“退元件投 入软压板(在母差保护屏)”操作。 该措施票已经应用于 220 kV智能变电站，有效 的保障了 220 kV智能变电站 220 kV线路定期检修的 安全。 6. 结束语 本文通过对传统变电站和智能变电站体系结构 Table .1 Protection safety measures ticket format of the smart substation 表1 智能变电站二次安全措施票格式 二次工作安全措施票 单位 工作票号 被试设 备名称 工作负 责人 工作时间 签发人 工作内容 安全措施 包括应打开及恢复的软压板、硬压板、断开(拔出)的光纤 (GOOSE、SV、组网)等，按工作顺序填写安全措施 序号 执行 安全措施内容 恢复 断开光纤： 1 本侧装置名称/本侧装置光口编号/对侧装 置名称/对侧装置光口编号功能或描述 2 ………………… 退出口软压板： 3 装置名称/压板名称/压板状态 功能或描述 4 ………………… 投检修硬压板： 5 装置名称/压板名称/压板状态 功能或描述 6 ………………… 电流回路： 7 A411/ID1/A101 交流回路 8 B411/ID2/B101 9 C411/ID3/C101 10 ………………… 退元件投入软压板(在母差保护屏)： 11 装置名称/压板名称/压板状态 功能或描述 12 …………… 13 装置名称/压板名称/压板状态 功能或描述 14 …………… 其他： 15 1号措施有误，改为：xxxxxx 16 …………… 更正部分： 17 …………… 执行人 监护人恢复人 监护人 许可人 说明 序号 内容  智能变电站二次系统检修安全策略研究 Open Access 35 Table 2. Tickets for the protection security measures in smart substation 表2. 智能变电站二次安全措施票 二次工作安全措施票 单位 票号 被试设备名称 工作负责人 工作时间 签发人 工作内容 安全措施 包括应打开及恢复的软压板、硬压板、断开(拔出)的光纤(GOOSE、SV、组网)等，按工作顺序填写安全措施 序号 执行 安全措施内容 恢复 断开 GOOSE 光纤： 1 803/3#-ETH2/智能单元 A/C0M-1 xx线211保护 A 803 至xx 线211智能单元 A的GOOSE 光纤。 2 802/3#-ETH2/智能单元 B/C0M-1 xx线211 保护 B 802 至xx 线211 智能单元 B的GOOSE 光纤。 断开 SV 光纤： 3 803/3#-ETH4/合并单元 A/P2-1 xx线211 保护A 803 至xx 线211合并单元 A的SV 光纤。 4 802/3#-ETH4/合并单元 B/P2-1 xx线211 保护 B 802至xx 线211合并单元 B的SV 光纤。 断开 2M 光纤(特指纵联保护)： 5 803/2M光纤 xx 线211 保护 A 803至对侧的纵联保护光纤通道 6 802/2M光纤 xx 线211 保护 B 802至对侧的纵联保护光纤通道 退失灵出口软压板： 7 803/启失灵出口压板/退xx 线211保护 A 803启失灵出口压板 8 802/2M光纤 xx 线211 保护 B 802至对侧的纵联保护光纤通道 退失灵出口软压板： 9 803/启失灵出口压板/退xx 线211保护 A 803启失灵出口压板 10 802/启失灵出口压板/退xx 线211 保护 B 802启失灵出口压板 退元件投入软压板(在母差保护屏)： 11 800/0211 元件投入软压板/退母线保护 A WX H-800B G1的xx 线211间隔元件投入软压板退出。 12 915/211间隔投入软压板/退母线保护B PCS-915的xx线211 间隔投入软压板退出。 断开智能单元至母线 GOOSE 光纤(在智能控制柜)： 13 智能单元 A/COM-2/母线保护 A/主2#-ETH3 xx线211智能单元 A至母线保护 A的GOOSE光纤。 14 智能单元 B/COM-2/母线保护 B/B05-8 xx线211 智能单元 B至母线保护 B的GOOSE 光纤。 断开合并单元至母线 SV 光纤(在智能控制柜)： 15 合并单元 A/P2-2/母线保护 A/主2#-ETH12 xx线211合并单元 A至母线保护 A的SV光纤。 16 合并单元 B/P2-2/母线保护 B/B05-7 x x线211 合并单元B至母线保护 B的SV 光纤。 更正部分： 执行人： 监护人： 恢复人： 监护人： 许可人： 说明  智能变电站二次系统检修安全策略研究 Open Access 36 续表 序号 内容 1 断开 GOOSE 光纤：只做保护采样精度、变比和逻辑测试时，可以断开 GOOSE 光纤，同时也方便用智能保护测试仪加开入量， 监视开出量。做整组传动试验时再回复 GOOSE 光纤。 2 断开 SV 光纤：一般做保护试验时，断开 SV光纤，连接智能试验仪和保护装置的尾纤，用试验仪模拟电流、电压量。 3 断开 2M 光纤(特指纵联保护)：做本侧变电站保护试验时断开，跟对侧变电站联调时恢复。 4 退失灵出口软压板: 只屏蔽线路保护装置启动失灵到母线保护的信号。 5 退元件投入软压板(在母差保护屏)：在母线保护装置中使该线路间隔所有信息失效。因此，它不但可以屏蔽线路保护装置启动 失灵到母线保护的信号，还可以屏蔽线路智能终端到母线保护的三跳启动失灵信号。注意：线路不停电时，禁止进行“退元 件投入软压板(在母差保护屏)”操作。 6 断开智能单元至母线 GOOSE 光纤(在智能控制柜)：屏蔽本线路间隔到母线保护的三跳启动失灵信号。 7 断开合并单元至母线 SV 光纤(在智能控制柜)：屏蔽母线保护对本线路的电流采样(相当于封星)，适用于对合并单元加电流看 保护装置的电流采样精度(对合并单元进行测试)等。 的对比分析，从工程实际出发，对智能变电站二次系 统检修安全策略进行了研究，提出了智能变电站通用 二次安全措施并进行了深入分析。基于分析结果，设 计了智能变电站的二次安全措施。将所设计的二次安 全措施应用于 220 kV智能变电站的现场检修工作， 可有效的保障智能变电站 220 kV二次系统检修的安 全。 参考文献 (References) [1] 张沛超, 高翔 (2008) 全数字化保护系统的可靠性及元件重 要度分析. 中国电机工程学报 , 1, 77-82. [2] 张沛超, 高翔, 顾黄晶等 (2007) 全数字化保护系统的主要 问题及解决方案. 电力自动化设备 , 6, 104-107. [3] 张文亮, 刘壮志, 王明俊等 (2009) 智能电网的研究进展及 发展趋势, 电网技术 , 13, 1-11. [4] 高翔 (2008) 数字化变电站应用技术. 中国电力出版社, 北 京. [5] 王梅义 (1999) 电网继电保护应用. 中国电力出版社, 北京. [6] 高翔 (2008) 继电保护状态检修应用技术. 中国 电力出版社, 北京. [7] 宁夏电力公司教育培训中心 (2012) 智能变电站运行与维护. 中国电力出版社, 北京. [8] 刘振亚 (2010) 智能电网技术. 中国电力出版社, 北京. [9] 孙军平, 盛万兴, 王孙安 (2003) 新一代变电站自动化网络 通信系统研究. 中国电机工程学报 , 3, 16-19. [10] 徐宁, 朱永利等 (2006) 基于 IEC61850的变电站自动化对象 建模. 电力自动化设备 , 3, 85-89. |