在國網(wǎng)智能變電站模塊化施工圖通用設計中, 110 kV變電站常作為終端負荷站, 主變規模2 臺, 主接線(xiàn)形式為單母分段 (單母三分段) 或內橋 (擴大內橋) 的方案較為典型。本文以擴大內橋主接線(xiàn)形式的110-A3-3方案為例, 對母線(xiàn)合并單元的配置進(jìn)行分析。

在通用設計方案中, 電壓電流采樣采用“常規互感器+合并單元”方式。每段母線(xiàn)PT間隔配置1臺智能終端、1臺合并單元;線(xiàn)路、內橋間隔配置2臺合并單元智能終端一體裝置;主變高壓側間隔配置1臺合智一體裝置;主變本體智能柜配置1臺智能終端、2臺合并單元。主變低壓側每臺主進(jìn)開(kāi)關(guān)柜配置2臺合智一體裝置, 低壓側設備在方案優(yōu)化中沒(méi)有變化, 故不做統計。

根據智能變電站技術(shù)導則, 線(xiàn)路、內橋、主變保護裝置, SV、GOOSE信息遵循“直采直跳”原則, 通過(guò)光纜點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。按通用設計方案的終期規模配置, 保護設備電壓采樣邏輯關(guān)系如圖1所示。

?實(shí)線(xiàn)表示電纜接線(xiàn), 虛線(xiàn)表示光纜或尾纜接線(xiàn)。其中線(xiàn)路和主變高壓側間隔合并單元的電壓采樣, 從母線(xiàn)合并單元用9-2協(xié)議級聯(lián)方式傳輸, 可以轉發(fā)給相應的線(xiàn)路保護、電度表、主變過(guò)負荷等裝置使用。主變保護、備自投、低周減載裝置電壓采樣, 直接從母線(xiàn)合并單元“點(diǎn)對點(diǎn)傳送”。

在智能變電站中, “常規互感器+合并單元”的配置方式可靠性雖比早期“電子式互感器+合并單元”模式有很大提高, 但因合并單元比傳統保護裝置在軟硬件模塊上都有增加, 故障風(fēng)險也隨之增加, 再加上就地化布置的運行環(huán)境較差, 導致保護測控系統整體可靠性有所降低。在國網(wǎng)智能變電站通用設計方案中, 110 kV變電站按終期規模僅配置2套母線(xiàn)合并單元, 每套裝置可同時(shí)接入3組母線(xiàn)電壓量。在這種接線(xiàn)方案下, 當1套合并單元故障時(shí)會(huì )造成站內1/2主變保護裝置告警, 同時(shí)還會(huì )造成備自投、測控、計量等裝置的告警或閉鎖, 影響范圍廣?？紤]到母線(xiàn)合并單元故障風(fēng)險, 國網(wǎng)公司2016年發(fā)布《智能變電站模擬量輸入式合并單元、智能終端標準化設計規范》, 提出在110 kV變電站單母三分段接線(xiàn)時(shí)按每段母線(xiàn)配置1臺合并單元的方案, 見(jiàn)圖1。該方案中還存在幾個(gè)問(wèn)題: (1) 當一期建設2臺主變, 終期擴建時(shí), 每段母線(xiàn)配置的合并單元同時(shí)接入3組母線(xiàn)電壓量, 需相應母線(xiàn)設備停電, 增加施工風(fēng)險和技術(shù)難度。 (2) 單臺母線(xiàn)合并單元故障, 會(huì )造成至少2套主變保護裝置告警及其他部分保護測控、自動(dòng)裝置、電度表等設備告警或閉鎖, 影響范圍依然較大。 (3) 母線(xiàn)合并單元至主變保護裝置的采樣電壓和至其他間隔合并單元的級聯(lián)電壓, 需連接的光纜 (尾纜) 數量較多。

按照全站終期規模, 在110 k VⅠ、Ⅲ母電壓互感器PT匯控柜內分別安裝1臺常規電壓并列裝置, 實(shí)現相鄰母線(xiàn)間的電壓并列功能, 在Ⅱ母線(xiàn)PT匯控柜內安裝2臺母線(xiàn)合并單元, 采集三段母線(xiàn)電壓量。線(xiàn)路、內橋和主變高壓側間隔分別配置2臺合智一體裝置, 取消主變本體智能柜的合并單元配置, 將中性點(diǎn)零序和間隙電流用電纜接入主變高壓側間隔合并單元。過(guò)程層設備電壓采樣邏輯關(guān)系得到適當簡(jiǎn)化。

母線(xiàn)電壓通過(guò)電纜接入線(xiàn)路和主變高壓側間隔, 取消從母線(xiàn)合并單元級聯(lián)回路。主變保護電壓采樣從主變高壓側點(diǎn)對點(diǎn)直采, 備自投、低周減載等公用設備的采樣可從Ⅱ母PT匯控柜的合并單元直采。為降低合并單元故障的影響范圍, 母線(xiàn)合并單元設置2臺, 光纖接口合理分配給其他公用設備使用。

與通用設計方案相比, 本方案的優(yōu)點(diǎn)有: (1) 間隔層保護測控系統可靠性增強。母線(xiàn)電壓經(jīng)電纜接入線(xiàn)路、主變間隔合并單元, 回路可靠性更高, 可以避免母線(xiàn)合并單元采樣及轉換產(chǎn)生的延時(shí)以及裝置故障對本間隔保護測控裝置的不利影響。當間隔內單臺合并單元故障時(shí), 只會(huì )造成單套主變保護測控裝置告警, 故障影響范圍減少1/2。 (2) 簡(jiǎn)化母線(xiàn)合并單元光纜接線(xiàn)。圖2與圖1比較, 保護及自動(dòng)裝置配置不變, 過(guò)程層設備 (含2臺常規并列裝置) 數量減少2臺, 占用的母線(xiàn)合并單元光口數量由22個(gè)減少到7個(gè)。 (3) 擴建Ⅲ母線(xiàn)時(shí)施工方便, 停電范圍較少。僅需Ⅱ母線(xiàn)配合停電, 不改動(dòng)Ⅰ母線(xiàn)設備。 (4) 降低設備采購成本。改進(jìn)后方案過(guò)程層設備數量減少2臺, 其中2臺常規電壓并列裝置價(jià)格明顯低于合并單元設備, 總體成本降低。當110 kV設備電能表下放在智能匯控內布置時(shí), 可以采用模擬量輸入電表, 價(jià)格比數字量輸入電表低很多, 進(jìn)一步降低工程設備成本。

不足之處有: (1) 母線(xiàn)匯控柜內安裝設備數量增加。對于A(yíng)3-3方案, 由于主變高壓側間隔和母線(xiàn)PT間隔布局合并, 母線(xiàn)匯控柜要同時(shí)安裝主變間隔合智單元和母線(xiàn)合并單元、智能終端設備。原通用設計方案每個(gè)母線(xiàn)匯控柜內需安裝3臺裝置;而優(yōu)化方案Ⅰ母及Ⅲ母匯控柜內需安裝4臺裝置, Ⅱ母匯控柜內需安裝5臺裝置。施工圖設計時(shí)可與GIS設備廠(chǎng)家溝通, 增大柜體尺寸或者在GIS室內增加1面保護屏柜安裝。 (2) 電壓回路采用電纜接入線(xiàn)路間隔合智單元后, 將增加柜內接線(xiàn)回路及電壓空開(kāi)等附件, 但數量不多, 回路接線(xiàn)簡(jiǎn)單, 對施工過(guò)程影響不大。

110 kV智能變電站設置常規電壓并列裝置, 線(xiàn)路、主變保護的電壓采樣用電纜接入相應間隔合并單元, 在提高保護測控系統整體可靠性, 降低單臺合并單元故障對保護裝置的影響范圍方面有明顯優(yōu)勢。同時(shí), 設置2臺母線(xiàn)合并單元分別采集110 kV母線(xiàn)電壓量, 供備自投等其它公用設備使用, 可以滿(mǎn)足智能變電站數字化采集、數據共享的技術(shù)特點(diǎn)。