一次設(shè)備二次回路集成優(yōu)化方案研究

張延輝

摘 要：相比較于傳統(tǒng)方案，本工程將智能控制部分集成于智能終端中，優(yōu)化了二次回路的設(shè)計(jì)，為今后實(shí)現(xiàn)一體化的智能一次設(shè)備打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：一次設(shè)備；集成優(yōu)化；設(shè)計(jì)；方案

1 一次設(shè)備二次回路的集成優(yōu)化

智能組件是可靈活配置的智能電子裝置，現(xiàn)階段一次設(shè)備智能組件一般包括：智能終端、合并單元、狀態(tài)監(jiān)測IED等，或是能集成上述功能的一體化裝置。利用智能組件的信息傳輸共享機(jī)制可以節(jié)省一次設(shè)備輔助接點(diǎn)等硬件資源，智能組件與一次設(shè)備本體采用一體化設(shè)計(jì)，簡化一次設(shè)備二次控制回路，取消獨(dú)立的控制裝置。

1.1 智能變壓器二次線與智能終端的優(yōu)化集成

1.1.1 風(fēng)冷控制的優(yōu)化集成

常規(guī)變壓器風(fēng)冷控制由變壓器廠家來完成，由兩種實(shí)現(xiàn)方式：方式一采用繼電器搭接實(shí)現(xiàn)，控制柜內(nèi)二次設(shè)備數(shù)量多、接線復(fù)雜；方式二采用PLC模塊來實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)置較多的中間繼電器。兩種方式下的變壓器各側(cè)斷路器位置接點(diǎn)均要采用電纜引接，占用較多的控制柜空間。而智能變電站配置的智能終端具有風(fēng)冷控制功能，且動(dòng)作邏輯可編輯，可根據(jù)冷卻裝置數(shù)量分組，實(shí)時(shí)采集變壓器溫度及負(fù)荷電流，并基于各組冷卻裝置的運(yùn)行狀態(tài)，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而自動(dòng)均衡地投切每組變壓器冷卻裝置。智能終端風(fēng)冷控制框圖如圖1所示。

以500kV三相變壓器為例，傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制為正常-輔助-備用來依次投入，本工程中風(fēng)機(jī)按各組累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的長短，優(yōu)先投入運(yùn)行時(shí)間短的組，對(duì)風(fēng)機(jī)組的具體控制是：

（1）變壓器投入運(yùn)行時(shí)即采用分時(shí)投入的方法投入兩組風(fēng)機(jī)，當(dāng)油溫高于50°C時(shí)，再投入一組風(fēng)機(jī)，剩余的那組風(fēng)機(jī)作為備用，當(dāng)以上投入的風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，該組風(fēng)機(jī)立即投入運(yùn)行；

（2）切除風(fēng)機(jī)時(shí)，采用延時(shí)切除的方法，當(dāng)油溫下降到45°C時(shí)，切除累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最長的一組，因此即使在同一溫度值上升和下降時(shí)也可能投入不同的風(fēng)機(jī)組數(shù)。

（3）通過電流傳感器采集變壓器負(fù)荷電流來判斷變壓器負(fù)載情況。當(dāng)變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，延時(shí)投入冷卻裝置。

（4）當(dāng)冷卻裝置全部停止運(yùn)行時(shí)，延時(shí)發(fā)出冷卻裝置全停故障信號(hào)。

利用本體智能終端實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷控制除了能夠極大簡化主變本體二次回路外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本體智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫度、變壓器油溫、變壓器負(fù)荷的變化以及所有設(shè)備的運(yùn)行和故障情況，并根據(jù)控制策略隨時(shí)調(diào)節(jié)，以達(dá)到變壓器的最佳冷卻和智能冷卻，并且實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

（2）本體智能終端通過過程層SV網(wǎng)絡(luò)接收主變高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)的負(fù)荷，實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器負(fù)荷的變化。

（3）靈活的通信接口方式，無縫接入變電站站控層系統(tǒng)。

（4）在自動(dòng)控制方式下，當(dāng)變壓器投運(yùn)時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)投入運(yùn)行；當(dāng)變壓器停運(yùn)時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)切除電源和全部冷卻器組。

（5）在手動(dòng)控制方式下，能夠手動(dòng)控制每組冷卻器組的啟動(dòng)與停止，這時(shí)所有冷卻器組不受溫度、負(fù)載電流的控制，大大方便了控制箱在變壓器運(yùn)行時(shí)的檢修。

1.1.2 有載調(diào)壓控制的優(yōu)化集成

變壓器有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)通常帶有完整的二次控制回路，并預(yù)留了遠(yuǎn)方控制接口。而智能終端中不再配置機(jī)構(gòu)的控制回路，僅提供遙控升、降、停接點(diǎn)，并接受機(jī)構(gòu)的異常信號(hào)和檔位位置信號(hào)。

1.1.3 非電量保護(hù)功能優(yōu)化

常規(guī)變電站非電量保護(hù)配置獨(dú)立的保護(hù)裝置，組柜安裝在二次設(shè)備室內(nèi)；本體各非電量接點(diǎn)通過電纜接入非電量保護(hù)裝置，保護(hù)動(dòng)作需要跳閘的通過不同接點(diǎn)接入各側(cè)操作箱來實(shí)現(xiàn)，信號(hào)通過測控裝置上傳。智能變電站各側(cè)則不配置獨(dú)立的非電量保護(hù)裝置，其功能集成于本體智能控制柜內(nèi)；本體各非電量接點(diǎn)就地接入智能終端，非電量保護(hù)動(dòng)作需要跳閘的通過電纜接入各側(cè)智能終端實(shí)現(xiàn)，信號(hào)直接通過智能終端上傳，省去了中間環(huán)節(jié)。

2 GIS控制回路優(yōu)化研究

2.1 斷路器防跳回路優(yōu)化

新的設(shè)計(jì)在智能終端的防跳回路的基礎(chǔ)上加入機(jī)械故障防跳機(jī)制。智能終端的防跳回路在印制板上實(shí)現(xiàn)，簡化智能控制柜內(nèi)接線，使得智能控制柜體積減小，經(jīng)典的回路設(shè)計(jì)兼顧了一次和二次防跳的側(cè)重點(diǎn)，保證了防跳功能動(dòng)作的可靠，因此建議采用智能終端的防跳回路，取消一次設(shè)備機(jī)構(gòu)的防跳回路。

2.2 斷路器、刀閘輔助接點(diǎn)數(shù)量優(yōu)化

傳統(tǒng)變電站設(shè)計(jì)時(shí)，斷路器和刀閘的輔助節(jié)點(diǎn)數(shù)目很多情況下都為20副以上，其中有常開接點(diǎn)，有常閉接點(diǎn)；有用于本間隔的，有用于跨間隔的；有用于保護(hù)的，有用于測控的；有用于位置指示的，有用于構(gòu)建回路的等等，繁多的位置輔助接點(diǎn)，不僅占用了大量的接線端子，而且使用源的不同會(huì)造成不同地方所獲得開關(guān)位置狀態(tài)的不同。

智能終端可以將一副常開、一副常閉輔助接點(diǎn)通過開入板采集到CPU，通過GOOSE發(fā)送信息的功能將開關(guān)信息發(fā)送到各需要的保護(hù)、測控裝置、故障錄波等裝置。各裝置收到的遙信源頭只有一個(gè)，經(jīng)過優(yōu)化之后，輔助接點(diǎn)總數(shù)降到原數(shù)量的一半以下。

2.3 斷路器非全相保護(hù)的優(yōu)化集成

常規(guī)HGIS（GIS）斷路器非全相保護(hù)是采用斷路器常開常閉輔助接點(diǎn)相互并聯(lián)、串聯(lián)，再加中間繼電器和延時(shí)繼電器來實(shí)現(xiàn)的。而智能變電站智能終端已采集了斷路器分相的開、閉位置接點(diǎn)，可通過智能終端內(nèi)部軟邏輯“與”“或”來進(jìn)行判別，實(shí)現(xiàn)起來更加方便，因此可取消相關(guān)的繼電器元件。

2.4 斷路器壓力閉鎖回路優(yōu)化

傳統(tǒng)變電站的設(shè)計(jì)時(shí)，斷路器的壓力閉鎖回路分為SF6氣體壓力閉鎖和液壓機(jī)構(gòu)的油壓閉鎖，斷路器及智能終端的二次回路中都有壓力閉鎖回路。SF6氣體壓力閉鎖可以防止當(dāng)斷路器絕緣氣體壓力不足時(shí)分、合操作造成的一次事故。因此，SF6氣體壓力閉鎖一般設(shè)計(jì)在斷路器機(jī)構(gòu)的電氣回路中，當(dāng)氣壓異常時(shí)切斷回路。對(duì)于液壓機(jī)構(gòu)的油壓閉鎖，是防止在油壓不足的時(shí)候，分、合斷路器造成液壓機(jī)構(gòu)的損壞。傳統(tǒng)的油壓閉鎖做法是在操作箱中用繼電器搭建保護(hù)回路，通過判斷繼電器輔助接點(diǎn)的狀態(tài)來達(dá)到閉鎖的功能。

使用智能終端以后，所有的開關(guān)分合操作都是通過GOOSE報(bào)文，到智能終端的開出板出口，液壓的閉鎖信息也可以通過開入被智能終端采集。因此，智能終端可以根據(jù)開關(guān)分、合命令以及油壓閉鎖狀態(tài)，對(duì)開出板的出口節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，完成油壓閉鎖的功能。

通過取消操作箱的油壓閉鎖回路，保留氣壓閉鎖的回路，既簡化了回路又保證了可靠性。

2.5 匯控柜內(nèi)模擬屏的優(yōu)化集成

常規(guī)站HGIS（GIS）匯控柜內(nèi)通常設(shè)有本間隔的模擬接線面板，并將斷路器、刀閘的位置指示、控制開關(guān)安裝在模擬接線對(duì)應(yīng)的位置，需要占用匯控柜內(nèi)較大空間。而智能終端下放到匯控柜安裝，并可在其顯示屏上查看本間隔的模擬接線，從而實(shí)現(xiàn)本間隔斷路器、刀閘的控制，因此可取消匯控柜的模擬接線面板和斷路器、刀閘的位置指示、控制開關(guān)。

2.6 信號(hào)回路的優(yōu)化集成

常規(guī)站HGIS（GIS）機(jī)構(gòu)內(nèi)的原始報(bào)警信號(hào)接點(diǎn)只有一副，為實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳及就地的信號(hào)指示，在匯控柜內(nèi)還需要設(shè)備相應(yīng)的中間繼電器。而智能變電站配置了智能終端（就地安裝在匯控柜內(nèi)）來采集斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)的位置狀態(tài)信號(hào)及各種報(bào)警信號(hào)，利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)傳和共享，且所有信號(hào)均可在間隔層測控裝置、站控層主機(jī)及調(diào)度端顯示，因此可取消匯控柜內(nèi)的信號(hào)指示燈和中間繼電器。

3結(jié)語

隨著智能設(shè)備的發(fā)展，許多新的優(yōu)化設(shè)計(jì)將得到不斷的開發(fā)和利用。這些優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)注入了新的活力，而且對(duì)許多專用供電系統(tǒng)的發(fā)展起到了積極的作用。且智能電氣設(shè)備的全面推廣和應(yīng)用，將為智能電網(wǎng)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。