35kV智能化變電站合并單元技術的分析

胡霽

（國家新聞出版廣電總局八三一臺 321100）

35kV智能化變電站合并單元技術的分析

胡霽

（國家新聞出版廣電總局八三一臺 321100）

在國家當前的“堅強智能電網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略下，35kV變電站作為智能電網(wǎng)變電的最后一個節(jié)點，是電力系統(tǒng)中相當重要的一個環(huán)節(jié)。它在國家電力事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著關鍵性的作用，特別是為云農用電方面提供著可靠的支撐。為適應未來對變電站的智能化要求，35kV變電站的智能化升級改造勢在必行。合并單元實現(xiàn)了對互感器輸出的電壓、電流信號數(shù)字化的轉換，是過程層與間隔層的重要數(shù)字接口設備。本文對35kV智能化變電站合并單元技術作為論點進行了詳細的分析，以供參考。

35kV智能化變電站；合并單元；同步

目前，隨著政府對電力系統(tǒng)的大力推進，新型工藝技術的發(fā)展以及變電站規(guī)范的不斷完善和統(tǒng)一，我國變電站智能化將成為智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，而智能變電站過程層設備合并單元連接變電站一次側和二次側設備，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。隨著變電站電子設備的軟硬件技術的更新發(fā)展，特別是在電子式互感器和智能化開關的一二次設備領域研究的成熟；變電站體系架構的統(tǒng)一明確化、通信標準的統(tǒng)一規(guī)范化，整體系統(tǒng)功能的智能自動化；智能變電站是對已有變電站整體技術的跨越和新建變電站的全局化智能構建。在國家堅強智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的推進下，作為智能電網(wǎng)的重要支撐和物理基礎，智能化變電站將是未來變電站發(fā)展的方向。

智能化變電站是基于智能化、一體化的電氣設備，以IEC61850規(guī)約的構建標準，網(wǎng)絡化傳遞信息，可互通同享的站內設備及其功能信息平臺等構建的變電站。智能變電站二次側所提供的電流、電壓輸出信號是以數(shù)字信號形式傳送，二次側的智能電子設備（Intelligent Electronic Device，IED）及控制保護系統(tǒng)數(shù)字化、智能化。以IEC61850標準統(tǒng)一規(guī)范變電站信息模型，變電站自動化系統(tǒng)分層、分布式布置，IED設備之間的信息以網(wǎng)絡模式互動。智能化變電站的典型應用特征體現(xiàn)為；智能化的一次設備、變電站系統(tǒng)自動化、輔助系統(tǒng)信息集成化。

2 35kV智能變電站的特點

35kV變電站接線方式為單母線雙分段，兩路進線中一路作為主電源，一路為備電源，并且都配置保護功能和測控功能一體化的裝置，功能包括過流保護、故障濾波和計量等；兩段分段母線各有六路饋線，分別配有過流保護、故障測距和同期檢測等保護功能和測控功能一體化的裝置。

35kV的兩路進線和兩段饋線部分都帶有適用于低中壓等級的電子式電流互感器，并且該互感器不僅用于保護級，也用于測量級；在兩段母線出選擇一個保護級和一個用于零序電壓的電子式電壓互感器；母聯(lián)部分選擇帶有保護級和測量級的電子式電流互感器。

35kV變電站合并單元負責把有源互感器采集的35kV線路上電流、電壓信號經(jīng)標準協(xié)議經(jīng)光纖以太網(wǎng)傳輸至過程總線所需保護，在35kV兩段母線處各設備一臺合并單元，采集兩段進線和出線部分的三相線路保護和測量電流值，同時采集35kV兩段母線的單相線路電壓值和零序電壓值。

3 合并單元的研究與設計

3.1 合并單元的介紹

合并單元是智能化變電站的一個重要的信息采集同步器件。本節(jié)根據(jù)IEC61850標準介紹合并單元的特點和功能要求。合并單元實現(xiàn)的主要功能是同步采集接收來自電流互感器的保護用的三相電流、測量用的三相電流和中性點電流共七組采樣信號和來自電壓互感器的母線電壓、三相電壓和中性點電壓共五組電壓互感器采樣信號一共十二路信息。合并單元按照IEC61850通信規(guī)約對這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設備。

3.2 合并單元設計方案

本硬件平臺是針對35kV智能變電站合并單元而設計，基于35kV智能變電站的特點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、開入出模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和電源模塊；其功能結構圖如圖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)合并單元的技術要求，數(shù)據(jù)接收模塊光要接收來自互感器的12路數(shù)據(jù)信息，還要能支持接收隔離開關和斷路器的狀態(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，故本設計不僅要對電子式互感器進行采樣，還需對傳統(tǒng)互感器進行采樣。傳統(tǒng)互感器二次側輸出信號類型為模擬量信號，測量用電流、測量用電壓額定值分別為5A和100V，低電壓等級電子式互感器二次側輸出信號類型為模擬量小信號，測量用電流、保護用電流、電壓分別為4V、225mV和4V。對于傳統(tǒng)互感器的模擬量信號先進行CTPT轉換、電子式互感器的模擬量小信號先進行放大處理，再由FPGA控制A/D轉換芯片采樣處理，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12路數(shù)據(jù)采樣。在接收同步信號采樣后，采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM，ARM對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理，最后組幀以太網(wǎng)發(fā)送給間隔層的設備。

3.2.2 數(shù)據(jù)同步功能模塊

圖1 合并單元功能結構圖

同步功能模塊是保證合并單元實時性高、穩(wěn)定性好的重要功能模塊。同步功能實現(xiàn)在同一時刻單一的合并單元或是不同的多個合并單元來自不同互感器獲取的信號瞬時值，對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時鐘同步法和GPS時鐘法。鑒于GPS時鐘同步法采樣率可按照需要分配、網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)信息且對網(wǎng)絡接口沒有特殊的要求等優(yōu)點，本設計選用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時鐘發(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FPGA時鐘電源分頻處理，產(chǎn)生_同步信號發(fā)送給A/D轉換芯片，提供A/D采樣的同步信號。

4 結語

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

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2016-4-10