縱向集成及小型化保護設備在南方電網智能變電站示范工程中的應用

劉昱彤

（中國南方電網廣東南海電力設計院工程有限公司，廣東 佛山 528200）

0 引言

南方電網公司提出全面打造“安全、可靠、綠色、高效”的智能電網，變電站作為電網的基礎運行單元，其智能化水平是影響智能電網建設成效的關鍵環節。為落實南方電網智能電網“智能化、模塊化、集成化”的設計理念，本著趨勢明確、技術先進、方案合理、運維便捷的原則，開展智能變電站試點項目建設。通過試點項目促進技術迭代，推動創新發展，總結積累經驗及技術推廣應用條件，形成有效模式，指導南方電網智能變電站未來發展[1]。

電氣二次設備從早期的機械電磁式、晶體管式、集成電路式發展到微機自動化裝置，再到應用數字化采樣、支持IEC 61850規約，經歷了很長的發展時間。現如今的智能變電站，電氣二次設備仍然以面向間隔配置設備的方式為主，保護、自動化功能分層分布于間隔層、過程層、站控層多個裝置中，以實現信息數字化和數據共享。但智能變電站也存在很多問題：由于光纖連接復雜、虛端子配置工作量大，虛回路難以維護，采樣值同步復雜；電氣二次設備功能縱向分布可靠性快速下降；過程層設備功能橫向耦合，業務相互影響；光口發熱，數據同步復雜；每個間隔均配置保護裝置、測控裝置、合并單元或智能終端、錄波、計量等裝置，各裝置功能相互獨立，使得硬件配置重復、全站接線復雜、信息共享不充分、缺乏全站系統層的協調和功能優化、投資成本大等。

本文主要介紹肇慶110 kV港口輸變電工程電氣二次專業中對縱向集成、小型化二次設備等智能化變電站新技術的試點應用方案。

1 網絡結構

肇慶110 kV港口變電站采用常規互感器+合并單元，實現數字化采樣；SV與GOOSE共同組網，實現信息共享，網采網跳。網絡結構如圖1所示。

肇慶110 kV港口變電站采用“三層兩網”網絡結構，三層分別為站控層、間隔層、過程層，兩網分別為站控層網絡、過程層網絡。站控層網絡采用雙星型冗余網絡結構，配置MMS A、MMS B網；過程層網絡GOOSE網與SV網合并，采用雙星型冗余配置，使通信環節N-1故障不影響任何一套保護功能。間隔保護采用直采直跳，跨間隔保護如主變保護、母差保護，通過過程層GOOSE+SV網絡采集電流、電壓、測量及控制信息，并通過GOOSE網絡發出跳閘報文，實現網采網跳。

站控層設備主要功能是通過網絡匯集全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，并定時將數據轉入歷史數據記錄庫；按需要將有關實時數據信息送往調度端；接收電網調度或控制中心的控制調節命令并下發到間隔層、過程層執行；具有全站操作閉鎖控制功能和站內當地監控、人機聯系功能；具有對間隔層、過程層二次設備的在線維護、參數修改等功能。

間隔層配置主要設備包括各種保護裝置、測控裝置、智能錄波器、站域保護等，其主要功能是各個間隔過程層實時數據信息的匯總；完成各種保護、自動控制、邏輯控制功能的運算、判別、發令；完成各個間隔及全站操作聯/閉鎖以及同期功能的判別；執行數據的承上啟下通信傳輸功能，同時完成與過程層及站控層的網絡通信功能。

過程層主要設備為合并單元、智能終端以及保測合智一體化設備，其主要功能是完成設備運行狀態的監測、控制命令的執行等。

2 縱向集成

縱向集成方案是基于間隔硬件集成裝置，面向間隔將合并單元、智能終端、保護、測控等設備集成，就地布置，簡化間隔內邏輯，實現跨間隔信息網絡共享，以間隔就地控制柜的形式實現與一次設備的標準化接口，預制光電纜連接，跨間隔信息網采網跳，信息共享，網絡優化，解決電氣二次設備面臨的難題。

肇慶110 kV港口變電站采用基于間隔硬件集成裝置，110 kV線路面向間隔將合并單元、智能終端、保護、測控等設備集成，就地布置，簡化間隔內邏輯，跨間隔信息網絡共享。

3 小型化二次設備

集中布置，通過小型化設備組建二次設備柜，優化整合屏位，實現標準化接口。網采網跳，信息共享，網絡優化。

3.1 110 kV小型化母線保護方案

肇慶110 kV港口變電站配置一套110 kV小型化母線保護裝置，含110 kV分段過流保護功能，SV網絡采樣，GOOSE網絡跳閘，采用4U高度19/2英寸插件式機箱。110 kV小型化母線保護方案如圖2所示。

現階段南方電網V2.1版智能變電站110 kV母線保護屏配置110 kV母線保護（含分段保護功能）1臺、打印機1臺；110 kV母線PT及分段測控屏配置110 kV母線PT測控裝置2臺、110 kV分段測控裝置1臺。

肇慶110 kV港口變電站的110 kV母線保護屏配置110 kV小型化母線PT測控裝置1臺，110 kV小型化分段測控裝置1臺，110 kV小型化母線保護（含分段保護功能）1臺，網絡打印，對比南方電網V2.1版智能變電站節約1面屏柜、1臺110 kV母線PT測控裝置以及1臺打印機。

3.2 110 kV小型化主變保護方案

肇慶110 kV港口變電站主變配置雙重化的主、后一體小型化變壓器電氣量保護和一套本體非電量保護，本體非電量保護集成于本體智能終端，非電量保護采用就地直接電纜跳閘，信息通過本體智能終端上送過程層GOOSE網。主變保護屏內取消打印機，改為采用網絡打印的方式，設備采用4U高度19/2英寸插件式機箱。110 kV小型化主變保護方案如圖3所示。

以單分支主變為例，現階段南方電網V2.1版智能變電站110 kV主變保護屏A配置主變保護1臺、打印機1臺；主變保護屏B配置主變保護1臺、打印機1臺；主變測控屏配置高壓側及本體測控裝置1臺、低壓側測控裝置1臺。

肇慶110 kV港口變電站110 kV主變保護屏A小型化主變保護1臺，小型化主變高壓側及本體測控1臺，小型化主變低壓側測控1臺，采用網絡打印；主變保護屏B小型化主變保護1臺，采用網絡打印；對比南方電網V2.1版智能變電站節約1面屏柜、2臺打印機。

4 其他智能化技術應用

肇慶110 kV港口變電站作為南方電網示范工程，除縱向集成及小型化二次設備外，在該項目中還包括如表1所示的智能化試點應用。

表1 其他智能化試點應用清單

5 結語

縱向集成裝置，單裝置實現間隔保護、測控、合并單元/智能終端的功能，采樣環節少，響應快速，裝置光口數量少，發熱量小，SCD工作量較少，集成和調試簡單清晰，節約了裝置數量，減少了交換機端口，減少了光纖量；小型化二次設備，減少了屏柜數量和裝置間電纜光纜長度，節約了占地面積，降低了造價成本。肇慶110 kV港口變電站中，縱向集成、小型化二次設備以及其他智能化應用的試點，能夠促進技術迭代，推動創新發展，總結積累經驗及技術推廣應用條件，形成有效模式，為探索南方電網智能變電站未來發展方向貢獻一份力量。