35kV智能化變電站合并單元技術(shù)的分析

胡霽

（國(guó)家新聞出版廣電總局八三一臺(tái) 321100）

35kV智能化變電站合并單元技術(shù)的分析

胡霽

（國(guó)家新聞出版廣電總局八三一臺(tái) 321100）

在國(guó)家當(dāng)前的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略下，35kV變電站作為智能電網(wǎng)變電的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，是電力系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。它在國(guó)家電力事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，特別是為云農(nóng)用電方面提供著可靠的支撐。為適應(yīng)未來(lái)對(duì)變電站的智能化要求，35kV變電站的智能化升級(jí)改造勢(shì)在必行。合并單元實(shí)現(xiàn)了對(duì)互感器輸出的電壓、電流信號(hào)數(shù)字化的轉(zhuǎn)換，是過(guò)程層與間隔層的重要數(shù)字接口設(shè)備。本文對(duì)35kV智能化變電站合并單元技術(shù)作為論點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以供參考。

35kV智能化變電站；合并單元；同步

目前，隨著政府對(duì)電力系統(tǒng)的大力推進(jìn)，新型工藝技術(shù)的發(fā)展以及變電站規(guī)范的不斷完善和統(tǒng)一，我國(guó)變電站智能化將成為智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，而智能變電站過(guò)程層設(shè)備合并單元連接變電站一次側(cè)和二次側(cè)設(shè)備，起到承上啟下和匯總作用，因此，選擇合并單元為研究課題，具有重要的研究意義。

1 智能化變電站

在科技迅猛發(fā)展的今天。隨著變電站電子設(shè)備的軟硬件技術(shù)的更新發(fā)展，特別是在電子式互感器和智能化開(kāi)關(guān)的一二次設(shè)備領(lǐng)域研究的成熟；變電站體系架構(gòu)的統(tǒng)一明確化、通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一規(guī)范化，整體系統(tǒng)功能的智能自動(dòng)化；智能變電站是對(duì)已有變電站整體技術(shù)的跨越和新建變電站的全局化智能構(gòu)建。在國(guó)家堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的推進(jìn)下，作為智能電網(wǎng)的重要支撐和物理基礎(chǔ)，智能化變電站將是未來(lái)變電站發(fā)展的方向。

智能化變電站是基于智能化、一體化的電氣設(shè)備，以IEC61850規(guī)約的構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)化傳遞信息，可互通同享的站內(nèi)設(shè)備及其功能信息平臺(tái)等構(gòu)建的變電站。智能變電站二次側(cè)所提供的電流、電壓輸出信號(hào)是以數(shù)字信號(hào)形式傳送，二次側(cè)的智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）及控制保護(hù)系統(tǒng)數(shù)字化、智能化。以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)范變電站信息模型，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分層、分布式布置，IED設(shè)備之間的信息以網(wǎng)絡(luò)模式互動(dòng)。智能化變電站的典型應(yīng)用特征體現(xiàn)為；智能化的一次設(shè)備、變電站系統(tǒng)自動(dòng)化、輔助系統(tǒng)信息集成化。

2 35kV智能變電站的特點(diǎn)

35kV變電站接線(xiàn)方式為單母線(xiàn)雙分段，兩路進(jìn)線(xiàn)中一路作為主電源，一路為備電源，并且都配置保護(hù)功能和測(cè)控功能一體化的裝置，功能包括過(guò)流保護(hù)、故障濾波和計(jì)量等；兩段分段母線(xiàn)各有六路饋線(xiàn)，分別配有過(guò)流保護(hù)、故障測(cè)距和同期檢測(cè)等保護(hù)功能和測(cè)控功能一體化的裝置。

35kV的兩路進(jìn)線(xiàn)和兩段饋線(xiàn)部分都帶有適用于低中壓等級(jí)的電子式電流互感器，并且該互感器不僅用于保護(hù)級(jí)，也用于測(cè)量級(jí)；在兩段母線(xiàn)出選擇一個(gè)保護(hù)級(jí)和一個(gè)用于零序電壓的電子式電壓互感器；母聯(lián)部分選擇帶有保護(hù)級(jí)和測(cè)量級(jí)的電子式電流互感器。

35kV變電站合并單元負(fù)責(zé)把有源互感器采集的35kV線(xiàn)路上電流、電壓信號(hào)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議經(jīng)光纖以太網(wǎng)傳輸至過(guò)程總線(xiàn)所需保護(hù)，在35kV兩段母線(xiàn)處各設(shè)備一臺(tái)合并單元，采集兩段進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)部分的三相線(xiàn)路保護(hù)和測(cè)量電流值，同時(shí)采集35kV兩段母線(xiàn)的單相線(xiàn)路電壓值和零序電壓值。

3 合并單元的研究與設(shè)計(jì)

3.1 合并單元的介紹

合并單元是智能化變電站的一個(gè)重要的信息采集同步器件。本節(jié)根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)介紹合并單元的特點(diǎn)和功能要求。合并單元實(shí)現(xiàn)的主要功能是同步采集接收來(lái)自電流互感器的保護(hù)用的三相電流、測(cè)量用的三相電流和中性點(diǎn)電流共七組采樣信號(hào)和來(lái)自電壓互感器的母線(xiàn)電壓、三相電壓和中性點(diǎn)電壓共五組電壓互感器采樣信號(hào)一共十二路信息。合并單元按照IEC61850通信規(guī)約對(duì)這12路電流、電壓數(shù)據(jù)信息以光纖以太網(wǎng)方式發(fā)送給間隔層IED設(shè)備。

3.2 合并單元設(shè)計(jì)方案

本硬件平臺(tái)是針對(duì)35kV智能變電站合并單元而設(shè)計(jì)，基于35kV智能變電站的特點(diǎn)和合并單元的基本功能要求，分為六大模塊：數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、同步功能模塊、開(kāi)入出模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和電源模塊；其功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.2.1 數(shù)據(jù)接收與處理功能模塊

數(shù)據(jù)接收與處理功能模塊是合并單元與互感器接口重要功能模塊。根據(jù)合并單元的技術(shù)要求，數(shù)據(jù)接收模塊光要接收來(lái)自互感器的12路數(shù)據(jù)信息，還要能支持接收隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的狀態(tài)量信息。35kV變電站中傳統(tǒng)互感器與電子式互感器是共存的，故本設(shè)計(jì)不僅要對(duì)電子式互感器進(jìn)行采樣，還需對(duì)傳統(tǒng)互感器進(jìn)行采樣。傳統(tǒng)互感器二次側(cè)輸出信號(hào)類(lèi)型為模擬量信號(hào)，測(cè)量用電流、測(cè)量用電壓額定值分別為5A和100V，低電壓等級(jí)電子式互感器二次側(cè)輸出信號(hào)類(lèi)型為模擬量小信號(hào)，測(cè)量用電流、保護(hù)用電流、電壓分別為4V、225mV和4V。對(duì)于傳統(tǒng)互感器的模擬量信號(hào)先進(jìn)行CTPT轉(zhuǎn)換、電子式互感器的模擬量小信號(hào)先進(jìn)行放大處理，再由FPGA控制A/D轉(zhuǎn)換芯片采樣處理，接收模塊A/D采樣芯片選用6通道的AD7606芯片，故需兩片AD7606對(duì)12路數(shù)據(jù)采樣。在接收同步信號(hào)采樣后，采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，最后組幀以太網(wǎng)發(fā)送給間隔層的設(shè)備。

3.2.2 數(shù)據(jù)同步功能模塊

圖1 合并單元功能結(jié)構(gòu)圖

同步功能模塊是保證合并單元實(shí)時(shí)性高、穩(wěn)定性好的重要功能模塊。同步功能實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)刻單一的合并單元或是不同的多個(gè)合并單元來(lái)自不同互感器獲取的信號(hào)瞬時(shí)值，對(duì)12路的數(shù)據(jù)信息匯總發(fā)送給ARM處理發(fā)送。同步的方法主要分為三種：插值法、IEEE1588時(shí)鐘同步法和GPS時(shí)鐘法。鑒于GPS時(shí)鐘同步法采樣率可按照需要分配、網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息且對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口沒(méi)有特殊的要求等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用GPS秒脈沖作為同步功能模塊的同步方法。GPS秒脈沖作為外部精確的基準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)送給合并單元FPGA同步功能模塊，根據(jù)合并單元采樣率的要求，對(duì)FPGA時(shí)鐘電源分頻處理，產(chǎn)生_同步信號(hào)發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換芯片，提供A/D采樣的同步信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，合并單元作為電子式互感器的數(shù)字接口，滿(mǎn)足智能變電站數(shù)字化和自動(dòng)化發(fā)展的要求，具有良好的擴(kuò)展性和自適應(yīng)性，可以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)外的信息共享，提高35kV變電站的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)合并單元的研究有廣闊的發(fā)展前景。

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2016-4-10