淺析智能變電站過程層設備

劉世立　王曉東

摘 要：智能變電站過程層設備是變電站二次系統和一次設備的接口，主要包括合并單元、智能終端等設備，文章主要介紹過程層設備的功能、原理和設計實現方法。

關鍵詞：智能變電站；過程層設備；研究分析

引言

IEC 61850系列標準規定了一個滿足變電站自動化系統功能和性能要求的通信網絡和系統，使變電站內不同設備制造廠的智能電子設備間能夠自由地交換信息。該標準按照功能分解、數據流分析和信息建模三個步驟，使用面向對象的建模方法，建立了邏輯節點和數據模型，提出抽象通信服務接口，并映射到具體的應用與通信協議服務集。基于IEC 61850標準的智能變電站的一個顯著特點是各種保護控制設備間均具備了數字通訊接口，成為通信網路上的一個通信節點，利用通信網絡完成信息的傳遞和邏輯的相互配合，這為過程層設備的產生奠定了信息通信基礎。

1 智能變電站過程層設備配置原則

根據智能變電站的配置要求，對于220kV及以上電壓等級的合并單元、智能終端應雙重化配置，每套合并單元、智能終端的功能應獨立完備、安全可靠；對于110kV及以下電壓等級的合并單元、智能終端一般單套配置，宜采用合并單元智能終端集成裝置；對于35kV及以下電壓等級的各間隔保護裝置按照單套配置，宜使用常規互感器，電纜直接跳閘，一般不配置合并單元、智能終端，在開關柜安裝時宜集成保護、測控、合并單元和智能終端功能。以下按照過程層設備的分類來說明過程層設備的配置原則。

1.1 合并單元。對于220kV及以上電壓等級雙重化配置保護所采用的電子式電流互感器一、二次轉換器及合并單元應雙重化配置，雙套配置的合并單元與電子式互感器兩套獨立的二次采樣系統一一對應，或者接入常規電子互感器的兩套獨立的繞組。110kV及以下電壓等級一般單套配置合并單元，但110kV變壓器保護宜按雙套進行配置，雙套配置時應采用主、后備保護一體化配置。當變壓器保護采用雙套配置時，各側合并單元宜采用雙套配置。一般是按間隔配置合并單元，獲得本間隔的電流、電壓數據。各間隔合并單元所需母線電壓通過母線電壓合并單元轉發，用于檢同期的母線電壓，由母線合并單元對點點級聯到間隔合并單元。變壓器公共繞組可單獨配置合并單元、中性點電流、間隙電流并入相應側間隔合并單元。母線差動保護，變壓器差點保護，高壓電抗差動保護用電子式電流互感器相關特性宜相同。新一代智能變電站要求合并單元就地安裝于智能組件柜或預制小室。

1.2 智能終端。220kV及以上電壓等級智能終端按斷路器雙重化配置，每套智能終端包括完整的斷路器信息交互功能，兩套智能終端應與斷路器的兩個跳閘線圈分別一一對應，其合閘命令輸出并接至合閘線圈。220kV及以上電壓等級變壓器各側智能終端均按雙重化配置；110kV變壓器各側智能終端宜按雙套配置。智能終端采用就地安裝方式時，放置在智能控制柜中，智能終端跳合閘出口回路應設置硬壓板。

1.3 合并單元智能終端集成裝置。新一代智能變電站要求，對于110kV及以下電壓等級，宜采用合并單元智能終端集成裝置，線路保護、母線保護、變壓器保護等繼電保護裝置采用光纖點對點方式與合并單元智能終端集成裝置連接，SV和GOOSE數據應能共以太網接口傳輸。

2 合并單元功能及技術原理

合并單元是針對數字化輸出的電子式互感器連接而在TEC60044-8中首次定義的，其主要功能是同步采集多路ECT/EVT輸出的數字信號或常規互感器輸出的模擬量信號，按照標準化格式發送給保護、測控設備。合并單元按照功能一般分為間隔合并單元和母線合并單元。間隔合并單元用于線路、變壓器和電容器等間隔電氣量采集，發送一個間隔的電氣量數據。母線合并單元一般采集母線電壓或者同期電壓，在需要電壓并列時可實現各段母線電壓的并列，并將處理后的數據發送至所需要裝置使用。技術原理包括電氣量采集技術、接口與協議、狀態量采集與發送、合并單元時鐘同步、合并單元失步到同步實現、守時、電壓并列功能及電壓切換功能。

3 智能終端功能及技術原理

智能變電站中保護裝置和測控裝置先通過光纜連接智能終端，再由智能終端通過電纜連接一次設備，保護裝置通過GOOSE通信向智能終端發送跳合閘命令，由智能終端對一次設備進行操作。智能終端與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纖連接，實現對一次設備（斷路器、隔離開關、主變壓器等）的測量、控制功能。根據控制對象的不同，智能終端可以分為斷路器智能終端和本體智能終端兩大類。斷路器智能終端主要功能包括：采集斷路器位置、隔離開關位置等一次設備的開關量信息，以GOOSE通信方式上送給保護、測控等二次設備；接收和處理保護、測控裝置下發的GOOSE命令，對斷路器、隔離開關和接地開關等一次設備進行分和操作；控制回路斷線監視功能；斷路器跳合閘壓力監視與閉鎖功能；閉鎖重合閘功能；環境溫度和濕度的測量功能。本體智能終端功能包括：采集一次設備的狀態信息；接收和處理保護、測控裝置下發的GOOSE命令，完成啟動風冷、接地開關分和操作、主變壓器分接頭調檔功能，并提供閉鎖調壓、啟動充氮滅火等出口觸點；非電量保護功能；環境溫濕度、主變壓器本體油面溫度和繞組溫度等的測量功能。智能終端技術原理包括：開關量采集；直流量采集；一次設備控制；GOOSE通信；時件記錄。

4 合并單元智能終端集成裝置功能

在智能變電站內，合并單元和智能終端設備一般安裝于就地控制柜中，部分工程就地智能控制柜出現空間緊張、難散熱等問題，對設備的安全帶來了安全隱患。為進一步實現設備集成和功能整合，簡化全站設計，減少建設成本，研制并采用了合并單元和智能終端集成裝置，其基本原理是把合并單元的功能和智能終端的功能集成在一個裝置中，一般以間隔為單位進行裝置集成，但不僅僅是簡單的集成，集成后的裝置共用一些模塊（如電源模塊、GOOSE接口模塊等），而且必須同時達到單獨裝置的性能要求。集成裝置有兩個重要的特點：在合并單元功能或者智能終端功能出現故障時，應互不影響，如合并單元功能失效時，應不影響變電站內保護控制設備通過該裝置對斷路器和隔離開關的控制操作；采用了SV/GOOSE報文共口技術，在同一個光纖以太網內接口既處理GOOSE報文，也處理SV報文，以減少整個裝置的光纖接口數目，降低整個裝置的功耗。在目前的智能變電站建設中，合并單元智能終端集成裝置一般限定于110（66）及以下電壓等級，110kV及以上電壓等級的合并單元和智能終端裝置應獨立設置，合并單元智能終端集成裝置按功能類型分為：間隔合并單元智能終端集成裝置和母線合并單元智能終端集成裝置兩種。前者可以采集發送一個間隔的電氣量數據與三相操作箱的斷路器配合使用。保護裝置或其他設備可通過本裝置對一次開關設備進行分行操作。后者接入多組母線電壓，實現母線電壓的并列功能，并可同時完成對母線TV隔離開關和接地開關的監視和控制功能。

5 結束語

合并單元和智能終端的采用也有不利的一面，突出表現在站內二次設備總體數量增加，控制柜體安裝空間緊張、溫升控制困難等。新一代智能變電站考慮到提高設備集成化水平，降低變電站設備成本，降低電壓等級同一間隔內的合并單元與智能終端進行功能整合，研制合并單元智能終端集成裝置，合并單元智能終端集成裝置將用于越來越多的智能變電站。

參考文獻

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[2]國家電網公司基建部.智能變電站建設技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]王松，陸承宇.數字化變電站繼電保護的GOOSE網絡方案[J].電力系統自動化，2009（3）.

作者簡介：劉世立（1974-），男，漢族，山東菏澤人，工程師，從事營銷管理工作。

王曉東（1975-），男，漢族，黑龍江五常人，工程師，從事營銷管理工作。