浅谈移动接地变保护监控的设想

卢沛坚

摘要 接地变的保护装置能快速准确切断配电网故障路线，缩短了配电网故障排除的时间，提高了供电的安全性和可靠性，避免了10kV配电网系统因单相接地造成的电压升高导致供电设备损坏，容易造成人身触电事故的发生。但接地变保护工程实际运用到集装式移动接地变系统中，移动接地变保护系统主要存在以下几点问题：

1.不同变电站直流系统，电源电压不统一，使得同一直流输入电压装置的移动接地变装置在应用上具有局限性；

2.不同变电站的二次监控系统厂家不同，即使同一厂家，不同时期的监控系统所支持的协议也不相同，现有的移动接地变保护装置只能对单一的后台厂家进行规约转换，应用场景有限，实用性不足，灵活性较差；若采用额外的规约转换器对不同厂家进行规约转换，则成本昂贵，调试时间长、操作复杂，可行性差。

同一保护测控装置除了必须符合移动接地变保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性外，还要考虑适配不同变电站的接地变保护运行环境。

关键字：接地变；移动保护；调度监控；通讯规约

1 引言

变电站消弧改小电阻的技改、接地变检修、接地变异常处理等工作时，在面对单台主变带多段负荷过载时，只能采取停电的方式，既增加了电网的操作风险，也增加了由于停电造成的负荷损失；而利用集装式移动接地变临时替代需要停电的接地变，则可保证10kV线路接地保护正常运行及正常的运行方式，整个过程无需主变停电；

图1 移动接地变保护模块

移动接地变可应用于不同的变电站，所以二次监控控保护系统的设计必须灵活可靠的。又由于各变电站直流系统的电源电压不统一，同时，各变电站的二次监控系统厂家不同，即使同一厂家，不同时期的监控系统所支持的协议不相同。因此，方案的设计能适配不同变电站供电系统电源、适配不同变电站监控系统的二次保护方案对移动接地变装置进行保护及监控。

2 系统硬件组成及整体框架

集装式移动接地变将站用变兼接地变、保护装置、小电阻接地装置、10kV开关柜、规约转换装置、电源降压模块等组装在一个集装箱内，占地面积小，空间利用率高，重量小，方便移动，并且放置室外，与其他运行设备形成良好隔离，避免故障时影响变电站监控室内运行设备。

2.1 DC/DC降压模块

DC/DC降压模块组件包括220V/110V直流输入，便于适配不同站的直流供电系统。

2.2 保护测控模块

保护测控模块主要包括电源模块、CPU模块、管理模块、开入模块、开出模块和采样模块。电源模块采用了直流逆变电源插件，通过逆变输出保护装置所需的电源，其中，24V电源输出供电至开入、开出模块，±12V则作为A/D转换用电源，5V的电压输出作为各CPU逻辑用电源；CPU模块主要完成采样、A/D变换计算、上送模拟量及开入量信息、保护动作原理判断、事故录波功能、软硬件自检、完成保护的启动闭锁功能等；管理模块作为装置的管理和通信插件，承接保护装置与外界通信及交换信息的管理，如与面板、PC调试软件、监控后台、工程师站、远动、打印机等的联系，根据保护的配置组织上送遥测、遥信、SOE、事件报文和录波信息等，管理板有两路LON网口、两路RS485口和两路高速的电以太网接口（可选光纤以太网接口），以满足不同监控和远动系统的要求，管理板上同时设置有串行打印口以及GPS对时功能，可满足网络对时和脉冲对时方式的要求；开入模块用来接入跳闸位置、各保护压板、收信输入和告警等开关量输入信号，有两组开入回路和自检回路，能对各路开入回路进行实时自检；开出模块主要输出跳闸、告警信号等触点，直接从板子上引出，有良好的抗干扰性能；采样模块主要将系统电压互感器TV和电流互感器TA二次信号变换成保护装置所需的弱电信号,同时可以起到隔离和抗干扰作用，有多个模拟量输入变压器(TV及TA)，分别用于UA、UB、UC、UX、IA、IB、IC和3I0的输入变换。

2.3 规约转换阵列模块

规约转换阵列模块针对变电站中不同的厂家和后台、远动机，设计了不同的规约转换器，包含了长园深瑞、北京四方、南瑞继保、南瑞科技四个主流厂家以及一个备用的规约转换装置，在实际操作中根据变电站的厂家规约，选择其对应的规约转换器，可实现不同通道的灵活切换，多场景应用，确保二次信息能够准确无误上送至后台监控系统，提高了移动接地变装置的普遍适用性与兼容性。

每个规约转换阵列模块完备的数据采集与多协议转发功能，在站控层支持以太网通讯方式，与间隔层保护测控装置、计量装置以及其它智能设备间可采用工业以太网、RS232、RS422 或 RS485 接口等方式进行通讯。

以太网，传输速率为 10/100/1000Mbps。S232、RS485 和 RS422 串口。 波特率范围 300～38400bps 任意可选，波特率缺省为 9600bps、1 位起始位、8 位数据位、无校验位和 1 位停止位。

RS232、RS422、RS485 等通讯网络要求使用屏蔽双绞线，且各屏蔽双绞线的屏蔽层应当可靠地单端接地。

通讯管理模块	TX发送端		TX发送端	装置端
	RX接收端		RX接收端
	GND信号地		GND信号地

图2 RS232 口通讯连接

通讯管理模块	TX+发送正		TX+发送正	装置端
	TX-发送负		TX-发送负
	RX+接收正		RX+接收正
	RX-接收负		RX-接收负

图3 RS232 口通讯连接

对于 RS485 网络，还应该在网络两端各接一阻抗为 120 欧姆的匹配电阻，以保证通讯的稳定性

图4 RS485 匹配电阻的连接

规约通讯模块实现与变电站内各种微机保护测控装置等智能设备通信、交换信息，与变电站后台监控、远动机、工程师站、保护信息子站、在线监测后台通信，完成对各类设备通信控制和协调、规约转换，并对各种智能设备的通信状态进行监视和记录，是整个通讯系统的枢纽。

规约通讯模块分为内核和规约模块两部分。内核提供了底层收发接口、总线报文接口、网络报文接口、实时数据库接口、监控规约与装置规约间的报文连接接口和定时任务调度接口等。在这些接口的基础上可以方便地加入各种规约模块，同时规约模块和内核的分离确保了添加规约的安全性和系统的稳定性。

装置采用多任务管理，不同任务安排不同的优先级，各任务独立运行各不干扰。各种通讯协议的处理之间也相互独立，当某一通讯出错时，不会影响到其他通讯的正常运行。此外，系统还对各任务进行监视，当某一任务出现异常时，系统会对其进行适当的处理，做到故障的自检测和自恢复。

装置软件提供数据库管理功能，处理移动接地变的遥测、遥信和遥控数据，并且存储大容量的事件信息、自诊断信息、SOE 事件顺序记录和遥信变位。各类信息详尽，可为装置运行提供全面的参考

2.4 移动接地变监控总体结构

移动接地变监控系统结构具体如下图所示，站端直流电源输入，经过移动接地变监控保护系统，输出至站控层的交换机，实现厂站端及调度监控端的遥控、遥信及遥测功能。移动接地变监控保护系统主要包括了DC/DC降压模块、保护测控模块以及规约转换阵列模块。

图5 移动接地变监控保护系统界面

1.该移动接地变监控保护装置系统适配不同变电站的直流供电系统，使用灵活；

2.该系统适用于不同变电站不同厂家的后台监控及远动系统，接地变系统遥测、遥信及遥控功能直送变电站后台及调度监控，无需增加额外的规约转换器，节约了资金；

3.保护测控装置除了符合移动接地变保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性外，并适配不同变电站接地变运行环境；

移动接地变系统的应用对变电站消弧改小电阻的技改、接地变检修、接地变异常处理等工作过程中无需主变停电，避免了变电站主变由接地系统临时停运而停运主变，造成地区负荷的人为损失。

避免了错峰导致的额外的低负荷节假日加班，大量节省人力资源成本。

3 结论

集装式移动接地变解决了由于变电站接地系统无法脱离，造成的主变过载而无法进行二次改造、二次设备定检、接地变检修等接地变异常处理问题。电源箱使用了采用降压模块组件，适应不同变电站的直流系统；集装箱移动接地变监控系统基于最新的IEC61850标准，箱体内集成了适配于不同厂商的站端监控协议规约转换器，进行无缝通信；同时可与所有厂商最新的智能变电站及最新的IEC61850常规变电站无须任何转换装置，直接通信进行监控。

移动接地变监控支持与以下监控系统通讯的规约：

DL/T 634.5101－2002 即 IEC 60870-5-101 规约；

DL/T 634.5104－2009 即 IEC 60870-5-104 规约；

DL/T 451－91 循环式远动规约（即部颁 CDT 规约）；

DL/T 667－1999 即 IEC 60870-5-103 规约；

ISA 基于串口保护通讯规约（V3.02）；

ISA 扩展 CDT 规约（V3.02）；

XT9702 扩展 CDT 规约；

DISA 扩展 CDT 规约；

DNP3.0 规约；

SC1801 规约；

RTU 模式的 ModBus 规约；

DL/T 860 即 IEC61850；

Q/CSG 1204013-2016 南方电网继电保护信息系统主站-子站以太网 103 通信规范；

Q/GDW 131-2006 电力系统实时动态监测系统技术规范；

DL/T 743-2001

支持与保护测控及智能设备通讯的规约有：

DL/T 860 即 IEC61850；

ISA 基于串口保护通讯规约(V2.0/3.0)；

ISA 与保护管理机网络通信规约；

DL/T 451－91 循环式远动规约；

DL/T 667－1999 即 IEC 60870-5-103 规约；

DL/T 634.5101－2002 即 IEC 60870-5-101 规约；

DL/T 634.5104－2009 即 IEC 60870-5-104 规约；

南瑞继保以太网 103 规约；

南自以太网 103 规约；

北京四方继保以太网 103 规约；

DL/T 719－2000 即 IEC 60870-5-102 规约；

DL/T 645－1997 多功能电能表规约；

DL/T 645－2007 多功能电能表规约；

RTU 模式的 ModBus 规约；

以太网模式的 ModBus 规约；

南瑞 LFP3.0 串口规约；

南自 94 串口规约；

ABB SPABUS 规约；

威胜电能表规约；

红相表规约；

奥特迅直流监控规约；

泰坦直流监控规约；

华星恒业小电流规约；

浪拜迪小电流规约；

思源消弧线圈规约；

智光消弧线圈规约；

Q/CSG 110011-2011 南方电网相量测量装置(PMU)

还可以很方便的添加各种不同的规约，从而实现与各种不同智能设备之间的通讯互联、数据交互。

集成了移动接地变的保护功能，能适配不同变电站对移动接地变保护进行有效的保护。

参考文献

【1】 许建安. 电力系统通信技术. 北京:中国水利水电出版社，2007.

【2】 韩富春. 电力系统自动化技术. 北京:中国水利水电出版社，2003.

【3】 黄益庄. 变电站综合自动化技术. 北京:中国电力出版社，2000.

【4】 张保会. 尹项根. 电力系统继电保护. 北京:中国电力出版社，2005.

【5】 陈安伟. IEC61850在变电站中的工程应用. 北京:中国电力出版社，2012.

【6】 广东电网有限责任公司变电站站用交直流电源设备管理细则，Q/CSG-GPG 2 12 002-2016.

卢沛坚，1975—，男，电气工程师，自动化厂站端检修修调试员技师，继保技师，主要从事变电站继保自动化的运维技术、电力二次系统通讯监控的研究工作.。

项目名称：变电站二次安防交换机应急接入系统，项目编号：031900KK52190211