220 kV閔東智能變電站合并單元與常規變電站設備對比分析

羅　毅，高繼勇，孫　琛，黃帥棟

(國網上海市電力公司檢修公司，上海　200063)

隨著智能變電站的發展以及IEC 61850協議的推廣，智能變電站的建設已由理論研究階段走向工程實踐階段，目前智能變電站已經開始大量新建和改造。上海220 kV閔東變電站根據部分智能化標準新建的智能變電站，其一次設備仍使用常規化設備，互感器仍為電磁型互感器；二次設備部分采用智能化設備，220 kV系統及主變各側保護采用智能化配置，110 kV及35 kV系統保護采用常規配置。

智能設備基本取消了硬接線，所有的開入、模擬量的采集均在就地完成，轉換成數字量后通過標準規約從網絡傳輸，因此提出一個全新的概念：合并單元(Merging Unit,簡稱MU)。

合并單元是用來對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數字信號按照特定格式轉發給間隔層相關設備使用的裝置。合并單元在一定程度上實現了過程層數據的共享和數字化，作為遵循IEC61850標準的智能變電站間隔層、站控層設備的數據來源，作用十分重要。隨著智能變電站自動化技術的推廣和工程建設，對合并單元的功能和性能要求也越來越高。

1　閔東站合并單元配置情況介紹

現場使用的合并單元主要分為間隔合并單元和電壓合并單元。間隔合并單元，采集來自一次互感器的模擬信號及接收電壓合并單元的電壓信號或其他合并單元的數字信號，進行同步處理后通過光纖給保護、測控、數字式電度表、數字式錄波儀等多個二次設備提供采樣信息。電壓合并單元，采集來自一次互感器的電壓模擬信號，進行同步處理后通過以光纖給間隔合并單元、 保護、測控、數字式電度表、數字式錄波儀等多個二次設備提供采樣信息。合并單元數據輸出格式符合數字化變電站IEC 61850標準。

220 kV閔東站220 kV線路(主變)間隔、220 kV母線間隔均雙重化配置了合并單元。其中，220 kV線路(主變)間隔合并單元采用了合并單元A(深瑞PRS-7393-1A-G)、合并單元B(許繼DMU-831/G1)；220 kV母線電壓合并單元正、副母線共用一個合并單元，配置情況為合并單元A(深瑞PRS-7393-3B-G),合并單元B(許繼DMU-833/G)裝置。

2　智能變電站合并單元功能與常規站對比分析

合并單元主要作用是將互感器采集的模擬量轉化為數字量，包括電流量、電壓量，還有母線電壓切換及并列、規約轉換、數據同步、通道監測等。

2.1　互感器次級配置的變化

常規變電站的電流互感器次級通過電纜傳輸模擬量直接分配給保護裝置，再由保護裝置進行模數轉換(圖1為常規變電站電流互感器次級配置)。在考慮雙重化配置的前提下，即雙重化配置的保護采樣值必須通過不同的電流互感器次級的情況下，如果1LH次級接第一套線路保護，后再串接第一套母差保護，這種情況若任一保護停役時其他相應保護均需要陪停，否則會造成電流互感器次級開路故障。因此，常規變電站僅單一配置的測量、表計等進行串接。間隔的保護電流互感器次級靠近母線側，母差保護的電流互感器次級靠近線路側。間隔保護和母差保護均為雙重化配置，故障錄波、測控、電度表及PMU為單套配置。圖1中電流互感器6個次級已全部用滿。

智能變電站通過把模數轉換提前至合并單元進行，之后合并單元將數字數據拷貝分別通過光纖進行分配，使得電流互感器次級的需求降低，只考慮雙重化，由圖2可見常規變電站電流互感器次級配置。間隔保護、母差保護及故障錄波均為雙重化配置，測控、電度表及PMU為單套配置。

圖2中6個次級僅適用了三個：

(1)1 LH提供給合并單元A，由合并單元A分配給第一套線路保護裝置、第一套母差保護裝置、故障錄波A。

(2)2 LH提供給合并單元B，由合并單元B分配給第二套線路保護裝置、第二套母差保護裝置、故障錄波B。

(3)4 LH提供給合并單元A，由合并單元A分配給電度表、測控裝置和PMU。

今后智能變電站電流互感器次級的數量會從6個降低至4個。

圖1　常規變電站電流互感器次級配置(1)

圖2　常規變電站電流互感器次級配置(2)

2.2　電流、電壓回路的變化

常規變電站的電流回路，電流互感器次級經二次電纜接入保護裝置，在保護裝置內進行模數轉換，供本保護使用。

智能變電站電流回路，傳統電流互感器相應次級經二次電纜接入對應合并單元，按照雙重化對應。合并單元將電流模擬量轉化為數字量，通過對數字量數據拷貝并通過直采或網采的形式分配給相應的保護裝置、測控裝置及其他輔助設備。

如圖3為220 kV閔東站間隔合并單元電流回路圖。

圖3　智能變電站間隔合并單元配置圖

(1)1 LH電流模擬量在合并單元A內轉化為數字量，對應分配給母線第一套保護、第一套線路保護、故障錄波A。

(2)4 LH電流模擬量在合并單元A內轉化為數字量，對應分配給測控裝置、PMU、電度表。

(3)2 LH電流模擬量在合并單元B內轉化為數字量，對應分配給母線第二套保護、第二套線路保護、故障錄波B。

2.3　母線電壓切換的變化

常規變電站的母線電壓解并列操作的方式(見圖4)，通過母聯匯控柜發至電壓切換屏的母聯斷路器、隔離開關的三副常開接點，當母聯運行狀態時接點閉合狀態。解并列把手1BK切至并列，回路溝通，QJ繼電器動作，QJ切換回路溝通，正副母線電壓并列。當QJ電壓切換回路閉合溝通后，三相電壓和3 V 0電壓并列，計量電壓一般不進行電壓并列。

圖4　常規變電站母線電壓并列邏輯

常規變電站的母線電壓通過電壓轉接屏把正、副母線電壓分配給各個回路保護裝置智能變電站母線電壓切換邏輯(如表1)，其中母線電壓合并單元通過母聯斷路器分合位、兩把母聯隔離開關分合位的開入量硬接點來判斷母聯位置。母線電壓通過母線匯控柜的上的電壓并列小開關進行切換使用正母或副母電壓。

常規變電站電壓并列使用的是解并列方式，而智能變電站電壓并列使用的是切正母或副母的方式。在變電站倒母線操作中，常規變電站除母聯合位使一次并列外，二次通過并列小開關進行并列，以防止YQJ接點在拉弧過程中燒壞；智能變電站中電壓通過合并單元分配，不存在YQJ接點，所以在倒母線操作中不需要操作電壓切換開關。當母線壓變故障，需要緊急單停時，常規變電站需要二次并列，智能變電站需要二次電壓切換。

2.4　電壓回路電壓切換的變化

220 kV雙母線接線的變電站，間隔裝置需要判斷間隔隔離開關是合于正母還是副母，來使用對應的母線電壓來進行保護邏輯判斷。

常規變電站電壓回路線路同期電壓通過線路壓變繞組經同期電壓小開關至保護裝置。母線電壓經過電壓切換屏分別至本間隔，間隔操作箱內YQJ接點切換母線電壓后經母線電壓小開關至保護裝置。

智能變電站的電壓回路線路同期電壓通過線路壓變繞組經同期電壓小開關至合并單元。本間隔合并單元級聯母線合并單元電壓，電壓切換通過正、副母隔離開關分合位置開入量硬接點接入本間隔合并單元，在合并單元實現母線電壓切換。合并電壓電壓切換原則如表2所示。

表1　智能變電站母線合并單元電壓并列邏輯

表2　智能變電站母線合并單元電壓切換邏輯

220 kV閔東智能變電站合并單元A、B均支持軟電壓切換：即通過訂閱GOOSE報文獲得I、II母隔離開關位置，實現電壓切換，現場使用了硬接點開入實現。

3　合并單元延時和同步問題

智能變電站合并單元需要將現場互感器輸出的電流、電壓信號合并處理，然后按規定的幀格式傳送給變電站的二次設備，整個過程需要一定的時間，因此智能變電站數據采集反應速度相對常規站有一定的延時。對于間隔保護，如果兩個間隔合并單元之間延時過大就可能導致差動保護出現誤動或者拒動。

消除延時不一致問題方式：

直采方式下，采樣延時固定，通常采用差值同步的方法來解決；

網采情況下，由于交換機延時不確定，通過將采樣值還原到一次系統發生時刻的方式來同步。