智能變電站220kV智能終端合并單元一體化裝置應(yīng)用研究

吳鍇

摘 ?要：智能變電站智能終端合并單元一體化裝置在110 kV電壓等級已得到廣泛的應(yīng)用，達到節(jié)省就地智能控制柜空間、節(jié)約占地、節(jié)省投資的目的，也積累了大量的運行經(jīng)驗。文章在此基礎(chǔ)上對220 kV智能終端合并單元一體化裝置的應(yīng)用進行分析，通過對裝置集成的可行性、裝置集成方案、集成后裝置的可靠性、對運維的影響、經(jīng)濟效益等進行全面的研究，建議220 kV采用智能終端合并單元一體化裝置，以推動智能變電站技術(shù)的進步。

關(guān)鍵詞：智能變電站;二次設(shè)備;智能終端;合并單元

中圖分類號：TM63 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0097-01

智能終端合并單元一體化裝置在110 kV電壓等級已得到廣泛應(yīng)用，達到節(jié)省就地智能控制柜空間、方便運維等目的。

隨著智能變電站的廣泛建設(shè)，220 kV智能控制柜內(nèi)配置獨立合并單元、智能終端，使得智能控制柜柜體增大，柜內(nèi)布線擁擠，不便于運行維護;并且裝置多，柜內(nèi)發(fā)熱量大，影響了設(shè)備的安全可靠性及運行壽命;此外，220 kV過程層設(shè)備為雙套配置，使得過程層設(shè)備、柜體、光纜數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于110 kV過程層設(shè)備。以上這些因素嚴(yán)重制約了220 kV智能變電站二次設(shè)備的布置優(yōu)化。

因此，本文提出在220 kV電壓等級采用智能終端合并單元一體化裝置，以優(yōu)化布局，簡化接線。下文對采用智能終端合并單元的可行性、技術(shù)方案、可靠性、對運行維護的影響、效益等進行分析。

1 ?裝置集成方案

220 kV合并單元智能終端一體化置采用雙CPU配置方式。其中，CPU1主要負(fù)責(zé)智能終端功能，實現(xiàn)對一次設(shè)備控制驅(qū)動與狀態(tài)采集、GOOSE點對點或組網(wǎng)收發(fā)功能;CPU2主要負(fù)責(zé)合并單元功能，實現(xiàn)對電流電壓模擬量或數(shù)字量采樣、SV點對點或組網(wǎng)收發(fā)功能。雙CPU獨立工作、互不影響，同時又通過內(nèi)部高速總線交互實時采樣和GOOSE信息，實現(xiàn)雙CPU復(fù)采、SV、GOOSE共口傳輸?shù)裙δ堋?/p>

合并單元智能終端一體化裝置主要安裝在GIS本體匯控柜或一次設(shè)備就地智能柜中，既可通過模擬量輸入方式實現(xiàn)傳統(tǒng)互感器的數(shù)字化，也可通過IEC 61850-9-2或FT3等規(guī)約接入電子式互感器的數(shù)字采樣信息;可以點對點或組網(wǎng)方式為多個裝置共享采樣數(shù)據(jù)。與此同時，裝置還可作為一次開關(guān)設(shè)備的數(shù)字接口，提供GOOSE點對點和組網(wǎng)用的以太網(wǎng)口。由于合并單元與智能終端在裝置內(nèi)通過板卡級的總線互通，因此可以實現(xiàn)SV、GOOSE報文通過同一接口輸出，節(jié)省了交換機與裝置的光口數(shù)量，減少了發(fā)熱量。

一體化裝置內(nèi)的合并單元與智能終端模塊之間，共用電源模塊、人機接口模塊、光纖數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與對時模塊，進一步節(jié)約了站內(nèi)資源，減少了站內(nèi)設(shè)備之間的接線。

2 ?可靠性分析

在性能與停運影響方面，合并單元、智能終端在集成前，數(shù)據(jù)處理與命令執(zhí)行均獨立進行、互不影響，但其中一臺裝置停運，單間隔本套內(nèi)的所有二次裝置（包括保護、測控）均要陪停。集成后，合并單元與智能終端CPU獨立，數(shù)據(jù)處理與命令執(zhí)行與集成前同樣相互獨立。一體化裝置停運，與集成前的影響范圍完全相同。因此，在性能方面與停運的影響范圍方面，一體化裝置與集成前相同。

在與一次設(shè)備接口方面，合并單元、智能終端在集成前，與一次設(shè)備的接口相互獨立。一體化裝置中二者與一次設(shè)備的接口仍是相互獨立，互不影響。因此在與一次設(shè)備接口方面，一體化裝置與集成前相同。

在對時與電源方面，若在時間同步主機或電源主機端出現(xiàn)故障，則與之相連的設(shè)備均停運，集成前與集成后情況相同。若故障出現(xiàn)在裝置內(nèi)的對時模塊或電源模塊中時，集成前的獨立裝置雖然不會相互影響，但是合并單元裝置停運或智能終端的停運，均會導(dǎo)致該間隔本套內(nèi)的其他所有裝置陪停，因此集成后的影響范圍與集成前相同。但由于220 kV電壓等級二次設(shè)備均為雙套配置，因此不論集成前或集成后，即使一套系統(tǒng)故障，另一套二次系統(tǒng)仍能正常運行，不影響可靠性。此外，由于電源與對時模塊公用，減少了電源電纜與對時光纜，減少對時主機與電源主機負(fù)荷的同時，也提高了設(shè)備穩(wěn)定性，降低設(shè)備成本。

在光纜連接方面，裝置集成后，由于SV、GOOSE可以共口傳輸，裝置用于組網(wǎng)的光口、光纖熔接點及光纜數(shù)量可以減少一半，同時可減少過程層網(wǎng)絡(luò)交換機光口數(shù)量，甚至減少交換機數(shù)量。光口的減少可大幅改善裝置散熱，同時減少連接點故障概率，有效提高可靠性。若將來采用220 kV保護測控一體化裝置，此方面的效益將更為明顯。

在主變本體合并單元與智能終端方面，由于主變智能終端集成了非電量保護功能，考慮保護的獨立性與可靠性，在220 kV保護裝置不與其它裝置集成的前提下，主變本體智能終端與合并單元暫不宜進行集成。

從以上分析來看，采用合并單元智能終端一體化裝置，相較獨立裝置而言，運行可靠性基本相當(dāng)，且220 kV電壓等級裝置均為雙套配置，即使單套故障，也不影響一套系統(tǒng)。

3 ?對運維的影響、問題及建議

在互感器配置方面，按照傳統(tǒng)互感器的配置原則，測量線圈和計量線圈分開、線路保護用線圈和母線保護線圈用分開，合并單元需要接收所有線圈的二次信號并進行AD轉(zhuǎn)換，再發(fā)送至相應(yīng)裝置。這樣會造成合并單元機箱內(nèi)的小CT、小PT數(shù)量眾多，導(dǎo)致AC插件放不下。目前的解決措施是，改變互感器配置方式，將測量用和計量用線圈合一，線路保護用線圈和母線保護用線圈合一，從而解決多合一裝置內(nèi)空間局促的問題;同時，通過優(yōu)化操作回路，減少相關(guān)插件數(shù)量，內(nèi)部空間還有進一步優(yōu)化的空間。此外，若智能變電站中采用電子式互感器，AD轉(zhuǎn)換在互感器遠(yuǎn)端模塊中完成，互感器與合并單元之間通過光纜連接，一體化裝置不會出現(xiàn)以上問題。

在設(shè)備操作方面，根據(jù)現(xiàn)場實現(xiàn)運行情況，35 kV及以下電壓等級智能終端操作運作的頻率要遠(yuǎn)大于110 kV及以上電壓等級，也未出現(xiàn)控制時智能終端對合并單元造成影響，并且110 kV的合并單元智能終端一體化裝置也已經(jīng)過長期運行，性能穩(wěn)定，完全能夠滿足運行要求。因此在運行方面，220 kV一體化裝置可參照110 kV一體化裝置執(zhí)行。

在相關(guān)技術(shù)規(guī)范方面，現(xiàn)階段還缺乏運行經(jīng)驗，也沒有相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，各廠家的一體化裝置軟硬件結(jié)構(gòu)存在一定的差異。因此，建議基建與生產(chǎn)部分盡快制定220 kV智能終端合并單元一體化裝置的技術(shù)規(guī)范，并擴大試點范圍。

4 ?結(jié) ?語

①主流二次設(shè)備廠家具備生產(chǎn)一體化裝置的能力。一體化裝置技術(shù)可行，國內(nèi)主流二次設(shè)備廠家均可生產(chǎn)。

②可靠性有所提升。由于一體化裝置共享電源及通信模塊、減少了外部接線、相應(yīng)地減少故障元件，總體可靠性較兩臺獨立裝置有所提升。

③減少了運維工作量。采用一體化裝置，減少了設(shè)備數(shù)量，相應(yīng)地減少了運維工作量。

④經(jīng)濟效益顯著，每座220 kV變電站約可節(jié)省投資160萬元。

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