智能變電站中合并單元設置與否的技術經濟比較

魯東海，蘇 麟，婁 悅

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102)

目前，在國家電網公司（以下簡稱國網公司）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]、常規互感器+合并單元輸入[2]及直接由常規互感器輸入[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。國網公司《智能變電站通用設計》中推薦采用常規互感器+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。根據智能變電站實際工程建設經驗，對采用常規互感器的智能變電站中合并單元設置與不設置的優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互感器+合并單元(即設置合并單元)的設計方案時，根據國網公司《智能變電站繼電保護技術規范》以及目前智能變電站的實現方式，合并單元至保護按點對點采樣，至測控、計量、故障錄波等按網絡模式采樣[7]。智能變電站為戶內站時，合并單元通常安裝在配電裝置智能控制柜內或斷路器端子箱內；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或斷路器端子箱內，也可集中組屏安裝在繼電器小室內。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變電站相同。

2 合并單元設置與否的優缺點分析

2.1 設置合并單元的優缺點

合并單元就地安裝時，有如下主要優點：

（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，有如下主要優點：

（1）在同一控制室或繼電器小室內，設備之間可采用帶ST頭的室內尾纜或尾纖連接，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，運行環境優越，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據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據，由于保護在主控室，合并單元在就地，保護試驗至少需室內外兩人配合進行。

（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和夏季炎熱地區控制柜的材料及結構、溫濕度調節性能、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境，其內部的溫度、濕度應可調，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，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，若合并單元單獨組屏，則使二次設備屏柜的數量增加，建筑面積增大；若合并單元與其他二次設備共同組屏，則由于生產廠家的不同而存在設備安裝配合問題，增加協調工作量。

2.2 不設置合并單元的優缺點

不設置合并單元的優點如下：

（1）保護、測控、錄波、計量所需模擬量采用傳統電纜接線回路，減少了模擬量傳輸中間環節，減少了設備安裝、調試、維護工作。

（2）減少了合并單元安裝位置，節省了布置空間。不設置合并單元的缺點如下：

（1）采用傳統電纜接線回路，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，相應電纜溝規格也需恢復到傳統的1100 mm×1000 mm規格的電纜溝，電纜支架規格亦相應增加。

（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的鎧裝屏蔽控制電纜，若電纜屏蔽出現問題，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網輸入的產品尚不成熟，許多工程都要臨時定制、研發，工程周期長，產品質量、性能不穩定，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量，同時增加了互感器二次容量伏安數。

通過上述分析可以看出，當變電站為全戶內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；遠景規模4臺主變，220kV出線12回，220kV系統采用常規互感器。

全站采用基于DL/T 860（IEC 61850）標準的自動化系統。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。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

在經濟指標中，主要設備及材料件價格參考了電力規劃設計總院限額設計控制指標及某二次設備生產廠的報價[8]。另外，為解決合并單元至戶內接收端二次設備物理位置較分散，合并單元至戶內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芯光纜至戶內過程層交換機柜，小室內保護（含線路保護和母線保護）、測控、計量、故障錄波所需數據由戶內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過程層交換機柜轉接再通過該光纜下方的方案，該方案優點有二：一是戶內轉接可采用帶ST頭的室內尾纜或尾纖連接，施工方便，減少了熔接工作量；二是戶內至戶外只需敷設2根12芯光纜（A、B網各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間隔的經濟指標比較 萬元

表3 母線保護與故障錄波及母線PT的經濟指標比較 萬元

表4 總經濟指標比較 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勢，其劣勢主要是使用電纜較多，母線保護、故障錄波屏內接線較多，及電纜溝規格相應變大。由表（2—4）可以看出，設置合并單元在經濟指標上較有優勢，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、調試、維護的合理性及方便性；經濟性，如投資費用、節約占地、減少耗材及環保節能等。

結合工程實際情況，經過技術經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范[S].

[8]電力規劃設計總院.電網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.