站域保护是近年来新兴的一个研究课题，它建立在通信技术和计算机高速发展的基础上，与新时期下大电网的安全性和稳定性要求有着密切的关系。目前，越来越多数字化/智能变电站的投运、通信技术的飞速发展以及电力光纤通信网的推广应用，为建设基于实时站域信息的站域智能控制系统提供了基础条件。本文介绍了一种智能变电站远程站域智能控制系统的应用，并对应用过程中出现的技术和管理方面问题进行了讨论和分析。
1 前言
站域保护是基于智能变电站技术产生的一种新型的保护装置，它充分体现了智能变电站集成一体化、信息标准化、协同互动化的特征。云南电网有限责任公司大理供电局与江苏金智股份有限公司在2012年开始了站域智能主机的应用研究，在借鉴该国内类似成功经验的基础上，创新性地提出将全站保护装置所有功能集成在一台站域智能控制主机上，并将此主机部署于距本变电站50kM以外的集控中心，在远方实现该110kV变电站2个110kV线路间隔、4个35kV线路间隔、10个10kV线路间隔、2个主变间隔的全部保护功能。
2 系统介绍
如图1所示，站域智能控制主机通过站内过程层交换机设备获取110kV变电站智能设备的电流、电压等采样数据，通过大功率光纤交换机和光缆将站内所有间隔SV采样信号传输到安装于50kM外的站域智能控制主机，通过站域智能控制主机I/O处理CPU和保护控制CPU实现110kV变电站的所有保护功能，保护跳闸命令同样通过光缆传输到现场执行单元。同时，该远程站域保护主机具备独立的后台监控系统和远动控制单元，可以在该系统上实现对整个系统的监视、历史数据的查阅及保护信号等的转发功能。
3 存在问题
3.1 保护延迟问题
与站内就地安装的保护装置相比较，远程站域控制主机的延迟主要由50kM的数据传输环节引起。从理论上说，交换机内部的信号处理时间可忽略不计，且光信号的传输速率很高，50kM的传输距离对保护的延迟影响不大。从该装置的实际运行情况与站内就地安装的保护装置相比较，远程站域控制主机保护启动的延迟很小，满足实际工程应用要求。
3.2 通道带宽问题
由于该站域智能主机安装于距110kV变电站50kM左右的集控中心，站域智能控制主机需要从变电站过程层采集SV数据并采用IEC61850-9-2规约传输，同时站域智能控制主机需向站内过程层发送GOOSE跳闸报文(GOOSE报文数据量较小，可以基本可以忽略不计)。按IEC61850-9-2报文格式，过程层每个间隔每秒发送4000帧报文，通常一帧报文不超过200字节，这样每个间隔发送的最大数据量是200*4000*8=6.4Mbit/s，整个变电站发送数据量大概为110Mbit/s，按带宽冗余40%考虑，需要带宽约为154Mbit/s，传统2M通道远不能满足站域智能主机与过程层智能设备的通道带宽需求。因此，该站采用了光缆直接连接的模式，光缆通道两侧采用了一种大功率光纤交换机直接连接，理论上可以提供1Gbit/s的带宽，可以充分满足通道带宽需求。另一方面，采用交换机直连的方式减少了传统电力系统通讯传输的中间环节。该交换机从投运至今运行情况良好，未出现因大功率光模块的使用造成内部发热而引起系统不稳定，满足现场实际应用的要求。
3.3 系统稳定性问题
由于整个变电站的保护功能集中在一台装置，如运行过程中站域智能控制主机发生故障，就可能对整个变电站的保护功能造成影响，因此对站域智能控制主机的稳定性提出了更高的要求。站域智能控制主机内部采用了多CPU并行处理的方式，使用不同的保护控制CPU来实现某几个间隔的保护功能，单一CPU故障并不影响其它CPU的运行，从一定程度上避免了装置故障对整站保护功能的影响。同时，该110kV变电站内配置有另一套独立的保护控制系统，站域智能控制主机发生故障并不影响就地保护系统功能。
3.4 装置检修管理工作中存在问题
按照相关规程规定，保护装置需要进行定期检验，常规变电站通常采用单一间隔停电退出保护装置再进行检验的方式，由于常规变电站各间隔间相对独立，间隔间很少有数据共享，单一间隔的保护装置定检时只要单一间隔停电就能满足安全方面的要求。而站域智能主机实现了各间隔间数据实时共享、保护功能的高度整合。在站域智能控制主机内部，各间隔保护功能仅从逻辑上进行划分，间隔间不存在明显的界限，定检工作就不能按以往单一间隔停电定检的模式开展，单一间隔停电的安全措施也难以满足安全要求，类似装置停电检修模式有待进一步的探讨。
从2013年初该系统投运至今运行情况良好，由于系统仅作试验性的运行，并未投入跳闸功能，但从投运以来的几次保护动作情况来看，与就地安装的保护装置进行对比，该系统动作均正确、可靠，达到了预期的目的。本文所采用的设备已申请国家实用新型专利，并已授权。
4 结语
远程站域智能控制系统的应用是一种创新性的大胆尝试，充分利用高速并行多CPU技术、内部高带宽的交换技术及大功率远程高速互联交换技术，以安装于远方的一台装置实现了以往多台装置的功能，充分体现了数据的高度共享及功能的高度整合，节约了设备投资。但过于集中的配置方式对装置的稳定性及装置的检修管理、停电检修模式等方面提出了新的要求，其对保护装置集中配置的方式也可以为35kV及以下电压等级终端变电站保护装置的配置方式提供有益的参考，同时也为今后更深层次的广域保护研究奠定了基础。
作者：张可 来源：中国科技纵横 2016年19期
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