交直流站址合建中二次系統設計

倪佳偉 ，申永成 ，蘇　斌 ，蘇　煒 ，王　帥

（1.華東電力設計院有限公司，上海　200001；2.國網山東省電力公司，山東　濟南　250001；3.國網山東省電力公司經濟技術研究院，山東　濟南　250021；4.國網山東省電力公司青州市供電公司，山東　濰坊　262500）

0　引言

臨沂換流站與智圣500 kV變電站合址建設，換流站500 kV母線采用GIS管母線與智圣500 kV變電站連接。這是繼換流站首次采用分層接入方案后，又一個首次在換流站工程采用的設計。針對臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站二次設計的特點，重點研究換流站與智圣500 kV交流站的站址合建后二次系統的設計方案[1]。

1　運行管理及調度原則

1.1　運行管理

臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站合建后，兩站配電裝置按一體化布置，將由同一班運行人員進行運行管理。在臨沂換流站投運后，考慮兩站的運行管理由交流站切換到臨沂換流站，運行人員將搬遷至臨沂換流站主控樓內辦公。

1.2　調度關系

智圣500 kV變電站由華北網調、山東省調、山東備調及臨沂地調調度管理，由國網山東省電力公司檢修公司（以下簡稱山東檢修公司）運行管理。調控數據分別送至山東省調、山東備調、臨沂地調，為方便山東檢修公司的運行維護，遠動信息也送往山東檢修公司。

臨沂±800 kV換流站直接向國調中心 （含備調）傳送其所需的遠動信息，并接受國調中心下達對直流輸電系統的控制命令。同時考慮為滿足網調、省調對換流站的監視，臨沂換流站還將有關遠動信息同時送往華北網調（含備調）和山東省調（含備調）。考慮到跨大區直流輸電線路的控制要求，對側調度端需要本側的遠動信號，上海廟換流站的有關遠動信息應傳送至華北網調，同時臨沂換流站的有關遠動信息也應傳送至西北網調，這部分信號數據可以通過電力數據網傳送。另外，臨沂換流站由山東檢修公司運行管理，還要將換流站遠動信息送至山東檢修公司及國網運行公司本部[2]。

因此，臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV交流站合建后，調度關系發生改變，與換流站相關的部分由國調和華北網調直接負責調度，智圣500 kV交流站的500 kV出線及220 kV部分由山東省調負責調度。

2　計算機監控系統

在500 kV智圣變電站工程中已經配置一套變電站計算機監控系統，按常規變電站設計。500 kV智圣變電站監控系統統一依據DL／T 860標準構建雙星形站控層網絡。繼電保護和故障信息管理子站通過雙網口、防火墻接入站控層網絡。

換流站計算機監控系統采用分層分布式結構，整個系統由站控層、控制層以及就地層（數據采集系統接口設備）3層構成。換流站計算機監控系統網絡、站控層、控制層設備及數據采集層的設備均為雙重化冗余配置[2]。

換流站的控制系統在系統功能、系統結構等方面均較變電站更為復雜，對信息的實時性要求更高。目前國內換流站和變電站采用的監控系統設備在硬件配置、硬件平臺和軟件功能實現方式上均存在著較大差異。且換流站、變電站的控制操作必須在不同的運行人員工作站上進行，對運行人員帶來諸多不便。因此，提出臨沂換流站和智圣變電站監控系統深度融合的要求，主要方案有3種。

方案1，交直流監控系統獨立配置但統一畫面風格方案。變電站和換流站監控系統仍各自獨立建設，但對其人機畫面風格、事件報警等保持統一。該方案無需改變直流控制保護系統及其監控系統、變電站測控系統及其監控系統的結構，但沒有從根本上解決換流站和變電站監視、控制的集成，而且對變電站的監控系統仍需要進行相關的開發工作。

方案2，變電站測控裝置按換流站原則建設方案。即智圣變電站測控裝置按直流工程的要求和技術原則配置，換流站和變電站監控系統集成建設。從技術層面上來看，該方案實施難度較小，但本方案變電站監控的測控單元需用換流站控制產品，且雙重化配置，設備費用較高。

方案3，交直流監控系統集成方案。即換流站控制保護系統、變電站的測控裝置仍按原有的技術方案進行配置，但對換流站和變電站建設一套集成的監控系統。集成的監控系統既接入換流站控制保護系統，也接入變電站的測控信息，通過集成的監控系統對變電站和換流站的所有設備進行統一監控。

基于換流站與變電站同期建設的進度計劃，對以上3種方案的實現難易程度、運維方便性、經濟性等各個方面進行對比分析，方案1改動最小，但沒有實現監控深度融合的目的。方案2監控系統配置最全，監控信息完整性最高，但經濟性較差。方案3可以達到對變電站和換流站的所有設備進行統一集成監控。

3　調度自動化

3.1　遠動方案

本期臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站的站址合建，智圣500 kV變電站將先于臨沂換流站投運。兩站合建后的遠動系統考慮換流站和變電站共用1套遠動裝置，并通過遠動裝置實現與調度端的通信交互。

3.2　電力調度數據網

在智圣500 kV變電站中，變電站側已配置2套獨立的山東電力調度數據網接入設備。接入路由器一，接入臨沂地區地調接入網；接入路由器二，接入省調接入網[3]。

因換流站部分的調度關系與交流站部分不一樣，臨沂±800 kV換流站工程考慮新配置國調的調度數據網絡接入設備，利用國家電力調度數據網絡將遠動信息、電能量信息、傳送至國調（包括備調）、網調和省調的主站系統。換流站的數據網絡接入設備為雙重化冗余配置，以滿足本站至相關各級調度的網絡鏈路冗余安全。換流站配置的2套國家電力調度數據網絡接入設備，以兩點就近接入國家電力調度數據網絡在國調接入網和華北區域接入網。

3.3　電能量計量廠站系統

智圣500 kV變電站已配置1套電能計量系統，包括交流站范圍的計量關口表、考核電能表、電能量采集處理裝置等。變電站工程計量關口點設在500 kV主變高、中壓側，計量關口點表計按單表配置。智圣站的計量關口點電量信息向山東省調傳送，電能量采集終端接至智圣站的省調調度數據網設備，實現與省調電量主站系統（TMR）信息傳輸。

交直流合建后，全站的電能量表計數量將超過100只，全站電能表屏數量為17面。因各電能量采集終端服務器廠家在設備配置上存在差異，為保證信息上傳的精度，每個終端服務器配置的RS485／RS422接口數量及每路最多接入同類型電能表的數量有限，單套電能量采集終端服務器在容量及處理能力上不能滿足換流站及交流站的遠景建設規模的接入。因此，建議變電站和換流站均各自配置獨立的電能量計費系統。

工程實施時，交流站各繼電器小室內關口表、電能表利用已有設備，交流站電能量采集終端接入交流站配置的省調數據網接入設備屏。換流站各繼電器小室內新增的關口表、電能表通過RS485串口，經光纜接至換流站站控制保護室的電能量采集終端，換流站電能量采集終端接入換流站內國調數據網接入設備屏的II區交換機，從而將站內所有電能表信息上傳至調度端。電能量采集終端信息同時接入換流站內監控系統。

3.4　相量測量系統

根據山東電網同步相量測量整體方案，智圣500 kV變電站已考慮配置1套同步相量測量系統子站。子站采用電力調度數據網與山東省調WAMS主站通信。智圣站同步相量測量系統子站，采用集中式布置，信息采集范圍主要接入500 kV系統，包括主變壓器500 kV側、500 kV線路的三相電流和三相電壓、500 kV母線電壓等。

工程合建后，在換流站新建1套PMU系統。在換流站新建的1000kV繼電器室及新建500kV繼電器室各配置1面PMU采集屏，采集換流變1 000 kV／500 kV交流側、1 000 kV線路的三相電流和三相電壓。PMU主機通過光電裝換裝置及光纜接至換流站主控樓內的國調調度數據網接入設備屏，將同步相量信息發至國調調度端主站系統。

3.5　時鐘同步系統

智圣500 kV變電站配置1套公用的時鐘同步系統，主時鐘雙重化配置，另配置擴展裝置實現站內所有對時設備的軟、硬對時。變電站站控層設備采用SNTP對時方式，間隔層和過程層設備采用IRIG-B（DC）時碼、1PPS 時間方式。

臨沂換流站與智圣500 kV變電站合建后，因新建繼電器室距離智圣站交流站的主控樓較遠，最遠的繼電器室距離約為1 300 m，對時鐘擴展裝置的對時精度有影響；且換流站的對時設備較多，對時鐘同步主鐘的容量及對時精度要求較高。則本工程在換流站新建1套時鐘同步系統，主時鐘雙重化配置，支持北斗系統和GPS系統單向標準授時信號，優先采用北斗系統。主時鐘布置在換流站主控樓內，在各換流站新建繼電器室及高端輔控樓內配置時間同步擴展單元柜，時間同步擴展單元通過光纜接入換流站對時主鐘。

4　繼電保護系統

4.1　保護及故障信息管理子站

智圣500 kV變電站已配置1套保護及故障信息管理子站系統。各套交流保護裝置均通過雙以太網口、IEC-61850通信協議接入監控系統的站控LAN網／站控層MMS網。每個小室的故障錄波器在小室內單獨組錄波網后，再通過光以太網口、光纜接入保護及故障信息管理子站。保護子站通過雙網口、防火墻與站控LAN網／站控層MMS網相連，進而實現智圣500 kV變電站的保護裝置、故障錄波器、保護子站、監控系統的信息共享。保護子站經調度數據網，將保護動作和故障錄波等信息分別傳送至山東省調的保護及故障信息管理主站系統。

臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站合建，需要采集和處理的保護和故障錄波信息量非常大，全站遠景的交直流保護、錄波裝置數量將超過225臺，這對子站服務器的處理能力要求很高，且通過1臺子站服務器將全站信息上傳至調度端比較困難，會造成調度端無法順利調取保護及錄波信息。因此，換流站和變電站均各自配置獨立的保護及故障信息管理子站系統。

換流站直流保護、交流濾波器保護、直流故障錄波器、1 000 kV場地的保護和故障錄波器等直接接至換流站保護及故障信息管理子站系統；與高端換流變、交流濾波器相關的500 kV第6～9串的保護、故障錄波器也接至換流站保護及故障信息管理子站系統。500 kV第1～5串的保護、故障錄波器及500 kV母線保護等仍接至智圣500 kV變電站保護子站系統。

臨沂±800 kV換流站保護子站系統采集換流站內的相關保護、錄波信息后，通過網線接入換流站內配置的國調數據網接入設備屏的II區交換機，從而將保護及錄波信息送至國調和華北網調相關主站端。

4.2　站用電保護

4.2.1　站用電保護總體配置

特高壓換流站的站用電的控制系統與保護裝置為分別配置，不共用I／O數據采集單元。特高壓換流站的站用電監控系統配置單獨的主機，雙重化設計。站用電保護按各保護區域單獨組屏。500 kV站用變保護按元件單獨配置，雙重化設計；35 kV站用變保護按元件單獨配置，單重化設計；10 kV系統按母線和出線單重化配置保護裝置，與10 kV開關柜共同組屏。

4.2.2　站用變壓器保護配置方案

因智圣500 kV變電站將先行建設，故兩站合用的站用電高壓系統將有智圣站獨用的過渡狀態及智圣站、臨沂站合用的最終狀態。兩個階段35 kV、10 kV站用變壓器的保護配置方案如下。

過渡階段（智圣站獨用）。本階段，智圣站2組主變35 kV側分別接1臺35 kV／10 kV工作站用變，外引1路35 kV電源至智圣站站內，并接1臺35 kV／10 kV備用站用變；智圣站在3臺35 kV／10 kV站用變下各接1臺10 kV／400 V站用變壓器作為自用站內交流電源。35 kV／10 kV站用變與10 kV／400 V站用變壓器之間通過電纜連接，沒有配置斷路器及電流互感器。

過渡階段，每組35 kV／10 kV與10 kV／400 V站用變壓器組配置1套35 kV站用變壓器保護裝置，主要包括以下保護功能：差動保護、高壓側過流保護、低壓側過流保護、過負荷保護、零序電流保護及非電量保護等。35 kV站用變壓器保護裝置在智圣500 kV變電站中建設。

最終狀態 （兩站合用）。智圣站2組主變35 kV側分別接1臺35 kV／10 kV工作站用變，外引1路35kV電源至智圣站站內，并接1臺35 kV／10 kV備用站用變。3臺站用變10 kV側各通過電纜引至臨沂站內10 kV母線，臨沂站內10 kV母線上除接臨沂站自用的10 kV／400 V分站用變外，3段母線（2工作1備）還各自引1路10 kV電源返給智圣站，接智圣站內的10 kV／400 V站用變壓器。

對于35 kV／10 kV站用變，利用過渡階段已配置的35 kV站用變壓器保護裝置，但保護裝置的低壓側電流需改接至10 kV進線開關柜。

對于10 kV／400 V站用變，各配置1套主后備保護裝置，分散放置于各10 kV開關柜內，主要保護功能包括：差動保護、過流保護、過負荷保護、零序過流保護及非電量保護等。

10 kV開關柜內其他保護按常規直流工程的模式配置。10 kV母線設備保護裝置分散放置于各10 kV母線開關柜內，包含有：電流速斷、過電流、低電壓等保護功能。10 kV分段保護裝置分散放置于各10kV分段柜內，含過電流保護等保護功能。10 kV進線開關柜保護分散放置于各10 kV進線柜內，包含有：電流速斷保護等保護功能[4]。

5　輔助系統

5.1　一體化在線監測系統

智圣500 kV變電站工程中配置了主變壓器油色譜、500 kV和220 kV避雷器泄漏電流和動作次數等在線監測裝置。在線監測系統接入智圣交流站站控層的綜合應用服務器，規約符合DL／T 860標準。

本期換流站與智圣變電站合建，交直流合建站規模龐大，設備狀態監測的信息量也非常大，對服務器的處理能力要求很高，因此換流站單獨配置1套一體化在線集中監測系統后臺，實現對全站主要一次設備在線監測系統分析結果的集中監視功能。一體化在線集中監測系統主要由綜合處理單元、在線監測子站及相關的網絡設備構成，規約采用DL／T 860標準。一體化在線集中監測系統后臺容量需考慮交直流合建后的遠景規模。

兩站合建后，通過光纜將智圣500 kV變電站狀態監測系統的組網交換機與換流站狀態監測屏的組網交換機進行級聯，將智圣500 kV交流站內所有采集的狀態監測系統全部送至換流站配置的一體化在線監測系統，再統一送至各調度端主站。

5.2　智能輔助控制系統

在智圣500 kV變電站工程中配置1套智能輔助控制系統，接入交流站圖像監視系統、安全警衛系統、火災報警系統、環境監測等輔助系統的信息。交流站按現有規模設置圖像監視系統及安全警衛系統；在500 kV、220 kV戶外配電裝置、主變及無功設備、220 kV保護小室、500 kV及主變小室、圍墻等重要區域和地點設置安全防護設施及圖像監視設備，并設置電子圍欄和室內門禁設備。智圣500 kV變電站在警衛室內設置火災報警控制器，并在主控制室、計算機室、繼電器室、通信機房、蓄電池室、500 kV變壓器（采用感溫電纜探測）等火災探測區域配置火災報警探測器。

交直流合建后，在換流站內新建智能輔助系統平臺主機及各子系統設備。在1 000 kV、500 kV交流場、直流場戶外配電裝置及換流變、主控樓、輔控樓、綜合樓、閥廳、保護小室、圍墻等重要區域和地點設置視頻監控設備；在新建圍墻上擴建電子圍欄；在本次新建建筑物出入口全部設置門禁裝置；在換流站范圍內新增環境監測設備。另外，兩站合建后，運行人員將搬遷至臨沂換流站主控樓內辦公，則換流站主控室內需增加相關的工作站及大屏幕顯示器。合建后將智圣站的已有智能輔助設備接入換流站的智能輔助控制系統主機；全站視頻監控需通過綜合數據網上傳至國調。

在換流站內新配置1套火災探測報警系統，火災報警控制器的容量、性能要求及相應接口均按照換流站交直流合建的終期建設規模考慮，各類探測器按本期規模配置。智圣變電站的火災報警系統設備已按變電站現有規模配置，與換流站合建后，如換流站火災報警系統與智圣站同一廠家，則智圣站火災報警系統控制器可作為區域控制器，接入換流站火災報警系統主機。如設備為不同廠家，火災報警系統主機間存在通信接口問題，則考慮將智圣站已由火災報警系統控制器搬遷至換流站主控樓，并將火災信號送至換流站主控盤及換流站SCADA系統。

5.3　廣播呼叫系統

由于換流站面積很大，全站配置1套廣播呼叫系統，由前置放大器、功率放大器、廣播呼叫站、音源設備、話筒、揚聲器和連接外部系統的高電、低電平的接口等設備組成。

換流站內廣播呼叫系統的設置區域應包括：主控樓、輔控樓、綜合樓、GIS室、備品備件庫、高、低端閥廳、繼電器室、綜合泵房、消防泵房、站用電室、警衛室、特殊材料庫、交流濾波器場、直流場等區域。

智圣500 kV變電站未配置廣播呼叫系統，為便于統一管理和巡視，在兩站合建后，交流站內應增加相應的呼叫系統前端設備，并接入換流站的呼叫主機。

6　結語

確定了臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站合建后二次系統設計的方案，對合建后的二次系統進行了描述，并提出了合建過程中過渡階段的系統設計。對合建后的各二次子系統進行了論述，系首次在換流站工程采用的設計方案。

[1]劉振亞.國家電網公司特高壓直流輸電工程通用設計±800 kV換流站分冊[M].北京：中國電力出版社，2013.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.±800 kV直流換流站設計規范：GB／T 50789—2012[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]電力行業電力規劃設計標準化技術委員會.高壓直流換流站設計技術規定：DL／T 5223—2005[S].北京：中國電力出版社，2005.

[4]全國量度繼電器和保護設備標準化委員會靜態繼電保護裝置分標準化技術委員會.繼電保護和安全自動裝置技術規程：GB 14285—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.