一次設備二次回路集成優化方案研究

張延輝

摘 要：相比較于傳統方案，本工程將智能控制部分集成于智能終端中，優化了二次回路的設計，為今后實現一體化的智能一次設備打下堅實的基礎。

關鍵詞：一次設備；集成優化；設計；方案

1 一次設備二次回路的集成優化

智能組件是可靈活配置的智能電子裝置，現階段一次設備智能組件一般包括：智能終端、合并單元、狀態監測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制可以節省一次設備輔助接點等硬件資源，智能組件與一次設備本體采用一體化設計，簡化一次設備二次控制回路，取消獨立的控制裝置。

1.1 智能變壓器二次線與智能終端的優化集成

1.1.1 風冷控制的優化集成

常規變壓器風冷控制由變壓器廠家來完成，由兩種實現方式：方式一采用繼電器搭接實現，控制柜內二次設備數量多、接線復雜；方式二采用PLC模塊來實現，需要設置較多的中間繼電器。兩種方式下的變壓器各側斷路器位置接點均要采用電纜引接，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冷控制功能，且動作邏輯可編輯，可根據冷卻裝置數量分組，實時采集變壓器溫度及負荷電流，并基于各組冷卻裝置的運行狀態，累計運行時間等參數進行綜合分析，進而自動均衡地投切每組變壓器冷卻裝置。智能終端風冷控制框圖如圖1所示。

以500kV三相變壓器為例，傳統風機控制為正常-輔助-備用來依次投入，本工程中風機按各組累計運行時間的長短，優先投入運行時間短的組，對風機組的具體控制是：

（1）變壓器投入運行時即采用分時投入的方法投入兩組風機，當油溫高于50°C時，再投入一組風機，剩余的那組風機作為備用，當以上投入的風機出現故障，該組風機立即投入運行；

（2）切除風機時，采用延時切除的方法，當油溫下降到45°C時，切除累計運行時間最長的一組，因此即使在同一溫度值上升和下降時也可能投入不同的風機組數。

（3）通過電流傳感器采集變壓器負荷電流來判斷變壓器負載情況。當變壓器滿負荷運行時，延時投入冷卻裝置。

（4）當冷卻裝置全部停止運行時，延時發出冷卻裝置全停故障信號。

利用本體智能終端實現風冷控制除了能夠極大簡化主變本體二次回路外，還具有如下優點：

（1）本體智能終端實時監測環境溫度、變壓器油溫、變壓器負荷的變化以及所有設備的運行和故障情況，并根據控制策略隨時調節，以達到變壓器的最佳冷卻和智能冷卻，并且實現節能的目的。

（2）本體智能終端通過過程層SV網絡接收主變高壓側、中壓側、低壓側的負荷，實時監測變壓器負荷的變化。

（3）靈活的通信接口方式，無縫接入變電站站控層系統。

（4）在自動控制方式下，當變壓器投運時，控制系統自動投入運行；當變壓器停運時，控制系統自動切除電源和全部冷卻器組。

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

1.1.2 有載調壓控制的優化集成

變壓器有載調壓機構通常帶有完整的二次控制回路，并預留了遠方控制接口。而智能終端中不再配置機構的控制回路，僅提供遙控升、降、停接點，并接受機構的異常信號和檔位位置信號。

1.1.3 非電量保護功能優化

常規變電站非電量保護配置獨立的保護裝置，組柜安裝在二次設備室內；本體各非電量接點通過電纜接入非電量保護裝置，保護動作需要跳閘的通過不同接點接入各側操作箱來實現，信號通過測控裝置上傳。智能變電站各側則不配置獨立的非電量保護裝置，其功能集成于本體智能控制柜內；本體各非電量接點就地接入智能終端，非電量保護動作需要跳閘的通過電纜接入各側智能終端實現，信號直接通過智能終端上傳，省去了中間環節。

2 GIS控制回路優化研究

2.1 斷路器防跳回路優化

新的設計在智能終端的防跳回路的基礎上加入機械故障防跳機制。智能終端的防跳回路在印制板上實現，簡化智能控制柜內接線，使得智能控制柜體積減小，經典的回路設計兼顧了一次和二次防跳的側重點，保證了防跳功能動作的可靠，因此建議采用智能終端的防跳回路，取消一次設備機構的防跳回路。

2.2 斷路器、刀閘輔助接點數量優化

傳統變電站設計時，斷路器和刀閘的輔助節點數目很多情況下都為20副以上，其中有常開接點，有常閉接點；有用于本間隔的，有用于跨間隔的；有用于保護的，有用于測控的；有用于位置指示的，有用于構建回路的等等，繁多的位置輔助接點，不僅占用了大量的接線端子，而且使用源的不同會造成不同地方所獲得開關位置狀態的不同。

智能終端可以將一副常開、一副常閉輔助接點通過開入板采集到CPU，通過GOOSE發送信息的功能將開關信息發送到各需要的保護、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，經過優化之后，輔助接點總數降到原數量的一半以下。

2.3 斷路器非全相保護的優化集成

常規HGIS（GIS）斷路器非全相保護是采用斷路器常開常閉輔助接點相互并聯、串聯，再加中間繼電器和延時繼電器來實現的。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，可通過智能終端內部軟邏輯“與”“或”來進行判別，實現起來更加方便，因此可取消相關的繼電器元件。

2.4 斷路器壓力閉鎖回路優化

傳統變電站的設計時，斷路器的壓力閉鎖回路分為SF6氣體壓力閉鎖和液壓機構的油壓閉鎖，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斷路器絕緣氣體壓力不足時分、合操作造成的一次事故。因此，SF6氣體壓力閉鎖一般設計在斷路器機構的電氣回路中，當氣壓異常時切斷回路。對于液壓機構的油壓閉鎖，是防止在油壓不足的時候，分、合斷路器造成液壓機構的損壞。傳統的油壓閉鎖做法是在操作箱中用繼電器搭建保護回路，通過判斷繼電器輔助接點的狀態來達到閉鎖的功能。

使用智能終端以后，所有的開關分合操作都是通過GOOSE報文，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，智能終端可以根據開關分、合命令以及油壓閉鎖狀態，對開出板的出口節點進行控制，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 匯控柜內模擬屏的優化集成

常規站HGIS（GIS）匯控柜內通常設有本間隔的模擬接線面板，并將斷路器、刀閘的位置指示、控制開關安裝在模擬接線對應的位置，需要占用匯控柜內較大空間。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，從而實現本間隔斷路器、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。

2.6 信號回路的優化集成

常規站HGIS（GIS）機構內的原始報警信號接點只有一副，為實現信號遠傳及就地的信號指示，在匯控柜內還需要設備相應的中間繼電器。而智能變電站配置了智能終端（就地安裝在匯控柜內）來采集斷路器、隔離開關、接地開關的位置狀態信號及各種報警信號，利用GOOSE網絡實現信號的遠傳和共享，且所有信號均可在間隔層測控裝置、站控層主機及調度端顯示，因此可取消匯控柜內的信號指示燈和中間繼電器。

3結語

隨著智能設備的發展，許多新的優化設計將得到不斷的開發和利用。這些優化設計不僅為傳統電力系統注入了新的活力，而且對許多專用供電系統的發展起到了積極的作用。且智能電氣設備的全面推廣和應用，將為智能電網的發展奠定堅實的基礎。