近年来，随着用户对电能质量和可靠性要求的不断提升，智能电网的发展、建设速度不断加快^[1]。而智能变电站是智能电网中的关键环节和重要组成部分，是建设坚强智能电网的核心平台之一^[2]。包头西500 kV智能变电站为蒙西地区首座500 kV智能变电站，本文对该智能变电站建设过程中存在的保护死区问题进行分析，并给出相应的整改措施。

2009年，国家电网公司为规范智能变电站的设计和建设，制定了一系列关于智能变电站的企业标准；2011年又按照“节约环保，功能集成，配置优化，工艺一流”的总体思路，发布执行《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）~750 kV智能变电站部分（2011年版）》 ^[3]。对于采用3/2接线户外罐式断路器的常规变电站，要求每相断路器的断口两侧均配置2组TPY套管TA。而在包头西500 kV智能变电站设计方案中，只在断路器断口一侧配置2组TPY套管互感器，每套线路保护（或主变保护）与母线保护合用1组TPY级互感器，TA的具体配置方式见图 1。

图 1(Figure 1)

图 1 包头西500 kV智能变电站TA配置方式

为减少合并单元的数量，智能变电站线路保护与母线保护合用1组TPY级TA。以边断路器为例，在断路器内部如图 1所示的短路位置，即断路器断口与TPY绕组间发生短路时，母线保护动作，跳开边断路器5^*3DL；同时此处故障又处在线路保护（或主变压器保护）范围之外，中断路器5^*2DL未跳开，故障并未彻底切除；因断路器保护装置引接电流的位置不能检测到故障电流，造成断路器失灵保护未动作。该故障只有等到对侧线路后备保护Ⅱ段动作后才能被彻底切除，过程历时长约400 ms。

该设计方案认为图 1中所示位置发生短路的概率极低，即使发生短路，后备保护也可以将故障切除。但在实际运维中，依靠后备保护Ⅱ段来切除故障的时间过长，处置效果不理想。

国内2009—2014年建设的大部分智能变电站都是依据《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）~750 kV智能变电站部分（2011年版）》进行配置的。2014年2月，国家电网公司发布的《关于开展在建500 kV变电站500 kV TA配置执行情况摸底调查的通知》 ^[4]中指出：“对于500 kV一个半断路器接线，边、中间、边TA采用6、6、6配置，按照TPY/TPY/ 5P/5P/0.2S/0.2S绕组布置于断路器一侧，其中TPY级绕组靠近断路器布置，当断路器断口一侧故障时可以保证主保护的选择性，对于另一侧故障依靠断路器失灵保护动作切除故障”。初始解决方案的配置情况见图 2。

图 2(Figure 2)

图 2 初始解决方案的配置情况

采用初始解决方案后，当图 2中所示位置发生短路时，无需再等到线路对侧后备保护Ⅱ段动作、跳开中断路器来切除故障，而是启动失灵保护来切除故障，过程历时约200 ms。

对于一些不稳定的500 kV系统，或者与直流输电线路有联系的系统，要求故障能够瞬时切除，而初始解决方案中失灵保护动作需要200 ms，显然不满足快速切除电网故障的要求。

2014年2月国家电网公司又发布了《国网基建部关于常规新建500 kV、750 kV智能变电站TA配置方案调整的通知》 ^[5]，要求“线路、母线独立配置TPY绕组，合并单元电流输入量修改为2组TPY、1组5P、1组0.2S”。

通过分析以上解决方案，发现对于线路保护和母线保护，虽然TA的二次绕组与保护分别一一对应，差动保护的死区也彻底消除，但相对应的1套母线保护和线路保护共用1台合并单元（见图 3）。显然，当其中1台合并单元故障时，接入该合并单元的线路保护和母线保护将同时失去功能，只剩单套保护，大大降低了可靠性。

图 3(Figure 3)

图 3 母线保护和线路保护共用合并单元情况

后经调研发现，合并单元作为智能变电站的1个组成件，是工程运行安全中最薄弱的环节，智能化设备的缺陷主要集中于合并单元。据统计，截至2014年12月底，国家电网公司的6座新一代示范站智能化设备的22个缺陷中，合并单元（含合并单元智能终端集成装置）缺陷即达11个（占比50%）。2015年夏金500 kV智能变电站也是因合并单元故障引起线路保护和母线保护误动^[6]。另外，共用合并单元的体积是独立合并单元的2倍，设备造价基本也是2倍，设备投资额增加非常多。

包头西500 kV智能变电站配置方案中，不使用共用合并单元，而采用每组TPY绕组各配置1台独立合并单元（如图 4所示）。该方案中，一次设备、合并单元、保护装置都完全分开，没有共用设备，若其中1台合并单元故障，只影响其后1种保护，其余保护则不受影响。

图 4(Figure 4)

图 4 包头西500 kV智能变电站配置方案

虽然该解决方案所需合并单元数量会比国家电网公司提出的方案多1倍，但合并单元占用的屏柜内部空间及造价基本不变，可靠性却提高了1倍。

该方案有效解决了包头西500 kV智能变电站保护死区问题，应用效果得到各相关单位和专家的肯定，并顺利通过审查。方案的成功实施，也保证了包头西500 kV智能变电站工程的顺利投运。

随着计算机网络的不断发展完善，智能化变电站技术将会得到更加广泛的推广应用。虽然智能变电站已经进入“全面建设阶段” ^[2]，但蒙西地区智能变电站的研究与应用实践尚处于起步阶段，包头西500 kV智能变电站消除保护死区的配置方案，可供今后智能变电站建设时参考。