智能變電站中合并單元設置與否的技術經(jīng)濟比較

魯東海，蘇 麟，婁 悅

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102)

目前，在國家電網(wǎng)公司（以下簡稱國網(wǎng)公司）主導的智能變電站試點站建設中，關于保護、測控、計量等裝置的電壓電流輸入有電子式互感器+合并單元輸入[1]、常規(guī)互感器+合并單元輸入[2]及直接由常規(guī)互感器輸入[3]3種模式。在試點站建設過程中，電子式互感器暴露出較多的問題[4，5]，變電站設計與運行人員越來越傾向于采用后2種方式。國網(wǎng)公司《智能變電站通用設計》中推薦采用常規(guī)互感器+合并單元的設計方案[6]，但在實際建設過程中，合并單元設置與否與一次配電裝置形式、二次設備布置方式等因素密切相關。根據(jù)智能變電站實際工程建設經(jīng)驗，對采用常規(guī)互感器的智能變電站中合并單元設置與不設置的優(yōu)缺點進行分析和比較，并提出了智能變電站合并單元是否設置的合理建議。

1 智能變電站合并單元設置與否的設計方案

當智能變電站采用常規(guī)互感器+合并單元(即設置合并單元)的設計方案時，根據(jù)國網(wǎng)公司《智能變電站繼電保護技術規(guī)范》以及目前智能變電站的實現(xiàn)方式，合并單元至保護按點對點采樣，至測控、計量、故障錄波等按網(wǎng)絡模式采樣[7]。智能變電站為戶內(nèi)站時，合并單元通常安裝在配電裝置智能控制柜內(nèi)或斷路器端子箱內(nèi)；智能變電站為戶外站時，合并單元可安裝在配電裝置智能控制柜內(nèi)或斷路器端子箱內(nèi)，也可集中組屏安裝在繼電器小室內(nèi)。智能變電站不設置合并單元時，保護、測控、計量、故障錄波等裝置模擬量輸入與常規(guī)變電站相同。

2 合并單元設置與否的優(yōu)缺點分析

2.1 設置合并單元的優(yōu)缺點

合并單元就地安裝時，有如下主要優(yōu)點：

（1）互感器與合并單元距離較近，不必用鎧裝電纜連接，可采用電纜穿保護套管，減少控制電纜用量。

（2）互感器二次容量可減小為10 V·A，減小了互感器體積，節(jié)省了互感器布置空間。

合并單元繼電器小室安裝時，有如下主要優(yōu)點：

（1）在同一控制室或繼電器小室內(nèi)，設備之間可采用帶ST頭的室內(nèi)尾纜或尾纖連接，施工方便，避免了使用長距離的光纜，且減少了光纜熔接的施工量。

（2）保護裝置、合并單元均位于同一面屏或同一小室，保護裝置的校驗十分方便。

（3）合并單元集中組屏安裝在繼電器小室內(nèi)，運行環(huán)境優(yōu)越，可配置液晶顯示器顯示較大的信息量，無需借助PC機及相應軟件即可查看信息，合并單元的使用壽命較長。

無論合并單元就地安裝還是繼電器小室安裝，還有一個優(yōu)點，即線路保護與母線保護可共用一個電流互感器保護次級，減少了電流互感器次級數(shù)量。

當合并單元就地安裝時，其缺點如下：

（1）按目前智能變電站的實現(xiàn)方式，戶外就地安裝的合并單元需通過鎧裝光纜熔接至室內(nèi)的所有接收裝置（如保護、測控、交換機等）。由于接收端二次設備的物理位置較為分散，在室內(nèi)熔接端光纖需考慮多個走向，光纖熔接及相關的布線工作較為繁瑣，熔接工作量較大。

（2）在目前的智能變電站中，從合并單元端輸入數(shù)據(jù)校驗保護裝置較為合理，可校驗從合并單元至保護、測控、計量、故障錄波等所有合并單元后端裝置通信回路的正確性。目前雖有數(shù)字化校驗器，但均為基于接收端設計，繞過了合并單元，直接從保護接入，這種方式僅能驗證保護，不能對整個采樣值回路進行校驗。如需從合并單元端輸入數(shù)據(jù)，由于保護在主控室，合并單元在就地，保護試驗至少需室內(nèi)外兩人配合進行。

（3）合并單元就地安裝，為延長合并單元的使用壽命，對于在冬季寒冷地區(qū)和夏季炎熱地區(qū)控制柜的材料及結構、溫濕度調(diào)節(jié)性能、溫濕度告警功能、機械性能、絕緣性能及防護等級等的技術要求較高。智能控制柜應能適應各種氣候環(huán)境，其內(nèi)部的溫度、濕度應可調(diào)，其造價將升高。

當合并單元繼電器小室安裝，其缺點如下：

（1）互感器與合并單元距離較遠，二者需用鎧裝電纜接至小室內(nèi)，使用的控制電纜較長。

（2）合并單元與保護測控等二次設備集中組屏，安裝在繼電器小室內(nèi)，若合并單元單獨組屏，則使二次設備屏柜的數(shù)量增加，建筑面積增大；若合并單元與其他二次設備共同組屏，則由于生產(chǎn)廠家的不同而存在設備安裝配合問題，增加協(xié)調(diào)工作量。

2.2 不設置合并單元的優(yōu)缺點

不設置合并單元的優(yōu)點如下：

（1）保護、測控、錄波、計量所需模擬量采用傳統(tǒng)電纜接線回路，減少了模擬量傳輸中間環(huán)節(jié)，減少了設備安裝、調(diào)試、維護工作。

（2）減少了合并單元安裝位置，節(jié)省了布置空間。不設置合并單元的缺點如下：

（1）采用傳統(tǒng)電纜接線回路，每個裝置都要使用較長的控制電纜與互感器連接，且電壓電流回路所用控制電纜截面一般需采用4 mm2和6 mm2高規(guī)格的鎧裝電纜，增加了電纜用量及銅等有色金屬用量。

（2）由于電纜增加，相應電纜溝規(guī)格也需恢復到傳統(tǒng)的1100 mm×1000 mm規(guī)格的電纜溝，電纜支架規(guī)格亦相應增加。

（3）對于母線保護、故障錄波等需接入多個間隔模擬量的裝置來說，柜內(nèi)電纜接線較采用合并單元時明顯增加，且電纜集中，增加了施工難度。

（4）取消合并單元后，模擬量的傳輸仍采用傳統(tǒng)的鎧裝屏蔽控制電纜，若電纜屏蔽出現(xiàn)問題，則可能把高壓場地的電磁干擾傳導至二次設備，導致保護誤動或二次設備故障。

（5）目前，采用GOOSE網(wǎng)輸入的產(chǎn)品尚不成熟，許多工程都要臨時定制、研發(fā)，工程周期長，產(chǎn)品質量、性能不穩(wěn)定，型號種類多，后期升級、改造、維護困難。

（6）與設置合并單元相比較，增加了電流互感器保護次級數(shù)量，同時增加了互感器二次容量伏安數(shù)。

通過上述分析可以看出，當變電站為全戶內(nèi)GIS變電站時，配置合并單元較合理；當變電站為敞開式AIS變電站時，不配置合并單元較合理；當變電站為為戶外GIS或HGIS變電站時，需要根據(jù)工程實際情況進行比較確定是否配置合并單元。

3 工程實例綜合比較

以某500kV變電站中戶外220kV GIS建設方案為例，對合并單元設置與不設置2種方式下的技術和經(jīng)濟指標進行比較。

該500kV智能變電站戶外220kV GIS電氣一次接線及規(guī)模如下：2臺主變，220kV出線12回、220kV采用雙母雙分段接線；遠景規(guī)模4臺主變，220kV出線12回，220kV系統(tǒng)采用常規(guī)互感器。

全站采用基于DL/T 860（IEC 61850）標準的自動化系統(tǒng)。當設置合并單元時，每個間隔合并單元按雙重化配置，保護裝置采樣采用點對點方式，測控、錄波、計量裝置采樣采用網(wǎng)絡方式。保護、測控、錄波、計量及對時裝置均集中布置于二次設備室，合并單元、智能終端下放布置于戶外智能控制柜內(nèi)。當不設置合并單元時，保護、測控、錄波、計量裝置采樣直接由互感器輸入，二次設備布置方式同設置合并單元。技術指標比較如表1所示，經(jīng)濟指標比較如表2～4所示。

表1 合并單元設置與不設置方式的技術指標比較

在經(jīng)濟指標中，主要設備及材料件價格參考了電力規(guī)劃設計總院限額設計控制指標及某二次設備生產(chǎn)廠的報價[8]。另外，為解決合并單元至戶內(nèi)接收端二次設備物理位置較分散，合并單元至戶內(nèi)光纖需考慮多個走向，光纖熔接、布線工作較為繁瑣的問題，該工程采用從合并單元敷設1根12芯光纜至戶內(nèi)過程層交換機柜，小室內(nèi)保護（含線路保護和母線保護）、測控、計量、故障錄波所需數(shù)據(jù)由戶內(nèi)過程層交換機柜光配單元轉接，同時合并單元的對時亦從戶內(nèi)過程層交換機柜轉接再通過該光纜下方的方案，該方案優(yōu)點有二：一是戶內(nèi)轉接可采用帶ST頭的室內(nèi)尾纜或尾纖連接，施工方便，減少了熔接工作量；二是戶內(nèi)至戶外只需敷設2根12芯光纜（A、B網(wǎng)各1根），接線清晰，施工維護方便。表2中至戶外智能控制柜光纜的數(shù)量比較即是基于上述方案做出的。

表2 1個典型220kV間隔的經(jīng)濟指標比較 萬元

表3 母線保護與故障錄波及母線PT的經(jīng)濟指標比較 萬元

表4 總經(jīng)濟指標比較 萬元

由表1可以看出，以該變電站220kV一、二次設備的布置方式，不設置合并單元在技術指標上有較多優(yōu)勢，其劣勢主要是使用電纜較多，母線保護、故障錄波屏內(nèi)接線較多，及電纜溝規(guī)格相應變大。由表（2—4）可以看出，設置合并單元在經(jīng)濟指標上較有優(yōu)勢，雖然在合并單元裝置、光纜熔接施工上增加了費用，但在電纜、電纜溝及支架、母線保護、故障錄波等方面節(jié)約了費用和工程量。綜合以上因素該工程不設置合并單元，雖然在投資上有所增加，但技術上更加可靠合理，因此建議該工程采用不設置合并單元的方式。

4 結束語

智能變電站中合并單元設置與不設置2種方式各有優(yōu)缺點，影響合并單元設置與否的主要因素有：一次配電裝置形式，如敞開式還是GIS，戶內(nèi)布置還是戶外布置等；二次設備布置方式，如保護、測控等裝置就地布置還是集中布置；合并單元就地布置還是繼電器小室布置；安裝、調(diào)試、維護的合理性及方便性；經(jīng)濟性，如投資費用、節(jié)約占地、減少耗材及環(huán)保節(jié)能等。

結合工程實際情況，經(jīng)過技術經(jīng)濟比較提出了符合該站的方案，為今后類似工程提供了很好的借鑒。

[1]蘭金波，錢國明，季 瑋，等.無錫220kV西涇智能變電站關鍵技術[J].江蘇電機工程，2012，31(2)：26-29.

[2]劉 琳，王向平，沈斌.常規(guī)變電站智能化改造的技術探討[J].華東電力，2011，39(8)：1288-1290.

[3]范金華，盧 波.500kV海寧變電站數(shù)字化方案研究與工程應用[J].華東電力，2009，37(6)：907-909.

[4]葛遺莉，葛 慧，魯大勇.數(shù)字化變電站設計、運行中面臨的問題[J].電力自動化設備，2010，30(12)：113-116.

[5]黃建華，王 佳.光學電流互感器的關鍵技術[J].電力自動化設備，2009，29(12)：94-97.

[6]劉震亞主編.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計110(66)～750kV智能變電站部分(2011年版)[M].北京：中國電力出版社，2011.

[7]Q／GDW 441—2010，智能變電站繼電保護技術規(guī)范[S].

[8]電力規(guī)劃設計總院.電網(wǎng)工程限額設計控制指標（2009年水平）[M].北京：中國電力出版社，2010.