智能变电站电压并列装置的改进

成立宇，吕巍

（1.华北电力大学，北京102206；2.国网山西省电力公司太原供电公司，山西太原030001）

智能变电站电压并列装置的改进

成立宇1，吕巍2

（1.华北电力大学，北京102206；2.国网山西省电力公司太原供电公司，山西太原030001）

指出电压并列装置是实现变电站内电压回路切换的重要装置。阐述了在现有大多数智能变电站建设中，电压并列装置仍然沿用了传统变电站的设计方法，即通过控制把手进行手动切换，这样不仅不具备远方操作的功能，而且在与智能回路的配合使用中出现了一些明显的逻辑缺陷。提出了一种电压并列装置逻辑问题的解决办法，并提出了适合用于智能变电站智能电压并列装置的设计思路。

智能变电站；电压并列；逻辑

0 引言

智能变电站为了实现模数转换，在汇控柜和端子箱使用智能终端。而电压并列装置通常会集成在智能终端中，导致一座变电站的同一电压等级中出现多个电压并列装置的情况，电压切换装置并没有随着变电站的智能化而更新，仍然采用了把手操作的传统设计方式，这样一来，使得电压并列的逻辑变得混乱，既不适合于调试、验收，也造成了误操作的可能性。本文对电压并列装置在智能变电站中的逻辑问题、定位和改进措施进行了讨论。

1 电压并列装置情况分析

某公司新建110 kV智能变电站于2013年4月投产，其中110 kV两条母线上各有一个电压间隔的智能终端，每个智能终端都具备电压并列的功能，而设计者将其全部使用，造成了极易发生使用逻辑混乱的情况。变电站内的电缆铺设如图1所示。

图1 变电站内的电缆铺设

由图1可见无论是Ⅰ母电压智能终端还是Ⅱ母电压智能终端都采集了两段母线的电压，而每个电压智能终端上，都有一个电压并列把手，把手有“电压解裂”、“Ⅰ母电压并列至Ⅱ母”和“Ⅱ母电压并列至Ⅰ母”三个位置选项。

在开关位置符合并列条件时，把电压并列把手旋转至相应位置即实现电压并列功能。但一台装置的操作无法同时实现两台电压智能终端的电压并列功能，导致从另外一台电压智能终端取电压的设备无法读取并列后的电压，出现部分装置PT（电压互感器）断线的情况。在现场验收时，工作人员对两个电压并列把手不同期时出现的状况进行了统计，经整理得到表1。表1列出了所有采集110 kV电压的设备在两个电压并列把手不同期时出现的并列现象，打“√”即说明其能采集到电压。

表1 某变电站电压并列把手不同期时各设备采集电压情况统计表

2 改进措施

在这种双母线、两套电压智能终端（电压并列装置）的设计中，如果每套电压并列装置依然使用三位置把手，就难免会出现这种并列把手不同期而导致逻辑混乱的现象。本文为解决这种问题，提出了两种改进措施。

a）模仿传统变电站，将两条母线的电压回路线引至一个电压转接柜，靠一台电压智能终端（电压并列装置）实现模数转换以及电压并列的功能（如图2所示）。这种设计方式的优点是逻辑简单，由于和传统变电站的设计理念相同，工作人员很熟悉这种设计方案，电压回路接线也不会像图1所示情况复杂，并且所有的电压回路线汇集在一个汇控柜内，易于分析解决回路问题。缺点是汇控柜内线路数量多，在布线工艺上要求更高。

图2 电压并列方式示意图

b）仍然使用图1中的回路设计，但是每个电压并列装置的并列把手设计成两位置，只有解裂和并列两个选项。正常运行时，所有采集Ⅰ母电压的设备从Ⅰ母电压智能终端上采集，Ⅱ母设备亦然。当Ⅰ母电压退出，Ⅱ母电压提供电压时，在Ⅰ母电压智能终端上进行操作，将把手打至并列位置。Ⅱ母设备的操作方法与Ⅰ母类似。为防止两台电压并列装置把手同时打至并列位置造成逻辑混乱，应在两装置之间加装闭锁信号线，任何一个电压并列装置的把手打至并列位置时，都将闭锁另外一台并列装置的并列功能。当两装置在把手都打到并列位置时，两台装置互相发闭锁信号，并列无效。

3 存在问题分析

以上的两种方案，仅仅能在传统的操作模式下，解决两条母线的并列问题，如果变电站中有三段或更多的母线，则需要更为复杂的逻辑结构。多个电压并列装置的应用将会导致逻辑的复杂化；而如果将多母线的电压回路都引至一座汇控柜进行转换，则必然会导致电缆的增多以及工艺和布线上的麻烦。应该认识到，无论是何种型号的电压并列装置，电压二次回路运行状态需与一次系统相对应，应能适应一次运行方式的灵活调整[1]。

综上所述，单一的电压并列装置和多个电压智能终端同时使用将是解决智能变电站电压并列问题的良好途径。并且，随着电压智能终端与一次设备的融合，光电PT和CT（电流互感器）会直接为二次设备输出数字信号，电压并列装置不能再是智能终端的附属配件，而是成为一种独立的二次装置。

如图3所示，将智能终端和电压并列单元分开，由智能终端实现模数转换，而电压并列单元处理并列逻辑，并将电压信号分配给其他二次设备，如此可以使逻辑大大简化，不容易出现漏洞；此外，在变电站进行光电PT的改造时，也更为方便。

图3 独立电压并列装置示意图

就当今的电压并列装置来说，依然停留在传统变电站的范畴，操作把手的使用导致必须有工作人员进行就地操作，并且在装置内部已经对线路的并列逻辑进行了预设，这与智能变电站提供远方操作以及适应各种复杂情况的设计理念相冲突。所以在电压并列装置的设计方面，还有很多待解决的问题。罗玖珍等人在《电压切换箱自动并列方法研究》一文中探讨了面对传统变电站的电压并列装置的改进方法[2]，在此基础上，本文提出了一个适用于智能变电站的智能电压并列装置的设计思路。

4 智能电压并列装置的设计思考

智能变电站用电压并列装置的内部基本逻辑如图4所示。由SV IN的4个（可扩容）SV模拟量采集模块A、B、C、D，SVOUT的4个（可扩容）SV模拟量输出模块a、b、c、d，GOSSE开关量采集模块G，网络模块W，逻辑控制模块L和人机对话板块P组成。对应A、B、C、D 4条母线的SV输入，有a、b、c、d 4组输出口（考虑到目前的智能站通常采取直采直跳的设计方案，a、b、c、d为4个输出组，每个组别中能有若干个输出口，为多个直采电压的装置提供电压；一旦变电站可以允许二次装置网采数据，那么就只需要一个输出口将数据送至SV网络即可）。

图4 智能并列装置结构图

A、B、C、D 4个模块除了接收SV信号并传送给逻辑板块之外，根据采集到的电压量，判断是否有PT断线的事故，并产生装置内部的实遥信，兼具电压数据缺失报警的功能和本模块的电压是否可以被允许输出的判据条件。以A模块为例，当它接收不到A母PT传送来的电压信号时，就会直接向W网络模块报送A母PT断线的信号。与此同时，任何输出口不能正常输出A模块的电压，A母上的所有保护装置同时会失去A母的电压量，也会报送PT断线的消息，而A模块的报警可以帮助工作人员迅速排查PT断线点的位置。同样的，G模块可以向网络模块报送GOOSE断线信息，L逻辑模块可以通过网络模块报送装置闭锁等异常信息。

在智能电压并列装置的设计中，不包含传统的并列把手，其功能由逻辑控制板块L来实现，通过人机对话板块P进行操作。与保护装置类似，智能电压并列装置也需要进行整定设置，在装置的整定界面中，可以对各个母线的情况进行设置，包括GOOSE网输入的各个信号的对应关系，A、B、C、D 4条母线的相互连接关系，以及是否采用该母线等。只有在设置A、B母线为相邻母线，并能够采集到AB母联断路器和相关刀闸位置时，A、B母的并列逻辑才会得到启用。

正常运行方式下，当A模块能够获得A母电压的电压信号，A母PT刀闸处在合闸位置时，a口允许输出A电压，只要通过人机界面的选择或者启用智能并列功能，a口就会输出A电压。B、C、D母同样。

如图5所示，当AB母设定为相邻母线，AB母联断路器合位，AB母隔离刀闸1和2合位，b口输出B电压允许时，a口即允许输出B电压，此时显示屏会提醒a输出口可以从B母采集电压。相应的，如果此时a输出口允许输出A电压，那么b口此时也允许输出A电压。如果需要将A母电压退出运行并进行检修，那么可以在人机界面上点选a输出口从B母读取电压，从而实现电压并列功能。如果a已经读取B母电压，而此时A模块仍然可以读取到电压量，A母电压刀闸也在合位，a口允许输出A电压，那么装置会提醒可以恢复正常运行状态。

图5 电压并列允许信号逻辑图

在上述逻辑回路中，A、B有电压的信号是由A、B两个模块根据所带电压情况产生的装置内部实遥信信号，A、B母设定为相邻母线的信号由装置整定产生，AB母联断路器的合位信号以及AB母联刀闸合位的信号由模块G从GOOSE网上读取。智能电压并列装置可以实现A、B、C、D（或更多条）母线之间的电压并列设置。只要装置能够获取到母线电压的数字信号，以及相应的开关、刀闸位置信号，并对母线是否相邻进行设置（每条母线都可以与多条其他母线相邻），智能电压并列装置就可以通过人机界面实现各种并列方式的选择。

作为智能变电站的一环，本装置的“智能”还应当表现在一些传统变电站的电压并列装置不具备的功能上。比如可以开启智能并列模式，在a口如果同时能够采集A、B两条母线的电压时，会优先从A模块进行采集，当A母电压需要检修退出运行时，a口采集的电压自动从A模块跳转到B模块。这样在A母电压检修结束后，合上A母电压刀闸，则该装置可以自动将a口的采集电压从B母电压倒回A母电压。可以通过设定a口输出电压的优先级来实现多个模块电压能够同时输出时的自动选择。b、c、d口的输出逻辑与a口类似。

智能电压并列装置输出电压是依靠逻辑实现的，所以完全能够提供更多的操作方式，如图6所示，当A、B母的PT刀闸打开，PT检修，C母PT正常工作时，可以选择强制a、b口从C模块读取电压并输出。强制输出电压适用于一些特殊情况，需要由操作人员专门操作，在操作过程中不判逻辑，可在人机界面或者远方操作。

图6 三母线接线示意图

二次设备网络化、管理运维自动化是智能变电站的必然要求[3]，放弃电压并列把手采取逻辑模块不仅仅是为了将就地的把手工作转移到电子显示屏上，通过这种设计，由电压并列装置提出可选的并列方案，并由操作人员进行选择可以有效避免误操作。另外将传统的把手转动更换为人机交互的点选，可以实现后台和集控站的远方操作。

5 结束语

本文对电压并列装置存在的问题进行了探讨，并给出了可供同行参考的改进方案。智能变电站的建设在理论上和实践上还有很多不足和有待探讨及改进之处，需要在今后的工作中不断发现问题，并提出合适的解决办法。

［1］张闻勤.对变电站电压并列装置回路设计优化的探讨［J］.安徽电力，2012，29（3）：50-52.

［2］罗玖珍.电压切换箱自动并列方法研究［J］.电气自动化，2013，35（1）：47.

［3］冯秀宾.智能变电站的涵义及发展探讨［J］.高压电器，2013,49（2）：116-119.

Im provement of Voltage Paralleling Device in Smart Substation

CHENG Li-yu1，LVW ei2
（1.North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.State Grid Taiyuan Power Supply Com pany of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Voltage paralleling device is an importantequipment to implementvoltage circuitswitching.In the construction of smart substation，voltage paralleling devicesare stillswitchedmanually by handle，which isa traditionalmethod.Thismethod isnotonly limited in remote operation，but also leads to obvious logical errors.In this paper，solutions are proposed to solve logic problems in voltage parallelingdevicesand a suitable designing conceptisput forward for voltageparallelingdevices in smartsubstation.

smartsubstation；voltage paralleling；logic

TM774

B

1671-0320（2014）02-0027-04

2013-11-10，

2014-01-02

成立宇（1986-），男，河北永年人，2013年就读于华北电力大学电气工程专业，硕士，助理工程师，从事继电保护专业；

吕巍（1986-），女，山西古交人，2009年毕业于北京化工大学工商管理专业，助理工程师，从事变电运维工作。