智能变电站220kV智能终端合并单元一体化装置应用研究

吴锴

摘  要：智能变电站智能终端合并单元一体化装置在110 kV电压等级已得到广泛的应用，达到节省就地智能控制柜空间、节约占地、节省投资的目的，也积累了大量的运行经验。文章在此基础上对220 kV智能终端合并单元一体化装置的应用进行分析，通过对装置集成的可行性、装置集成方案、集成后装置的可靠性、对运维的影响、经济效益等进行全面的研究，建议220 kV采用智能终端合并单元一体化装置，以推动智能变电站技术的进步。

关键词：智能变电站;二次设备;智能终端;合并单元

中图分类号：TM63     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2014）35-0097-01

智能终端合并单元一体化装置在110 kV电压等级已得到广泛应用，达到节省就地智能控制柜空间、方便运维等目的。

随着智能变电站的广泛建设，220 kV智能控制柜内配置独立合并单元、智能终端，使得智能控制柜柜体增大，柜内布线拥挤，不便于运行维护;并且装置多，柜内发热量大，影响了设备的安全可靠性及运行寿命;此外，220 kV过程层设备为双套配置，使得过程层设备、柜体、光缆数量远远多于110 kV过程层设备。以上这些因素严重制约了220 kV智能变电站二次设备的布置优化。

因此，本文提出在220 kV电压等级采用智能终端合并单元一体化装置，以优化布局，简化接线。下文对采用智能终端合并单元的可行性、技术方案、可靠性、对运行维护的影响、效益等进行分析。

1  装置集成方案

220 kV合并单元智能终端一体化置采用双CPU配置方式。其中，CPU1主要负责智能终端功能，实现对一次设备控制驱动与状态采集、GOOSE点对点或组网收发功能;CPU2主要负责合并单元功能，实现对电流电压模拟量或数字量采样、SV点对点或组网收发功能。双CPU独立工作、互不影响，同时又通过内部高速总线交互实时采样和GOOSE信息，实现双CPU复采、SV、GOOSE共口传输等功能。

合并单元智能终端一体化装置主要安装在GIS本体汇控柜或一次设备就地智能柜中，既可通过模拟量输入方式实现传统互感器的数字化，也可通过IEC 61850-9-2或FT3等规约接入电子式互感器的数字采样信息;可以点对点或组网方式为多个装置共享采样数据。与此同时，装置还可作为一次开关设备的数字接口，提供GOOSE点对点和组网用的以太网口。由于合并单元与智能终端在装置内通过板卡级的总线互通，因此可以实现SV、GOOSE报文通过同一接口输出，节省了交换机与装置的光口数量，减少了发热量。

一体化装置内的合并单元与智能终端模块之间，共用电源模块、人机接口模块、光纤数据收发模块与对时模块，进一步节约了站内资源，减少了站内设备之间的接线。

2  可靠性分析

在性能与停运影响方面，合并单元、智能终端在集成前，数据处理与命令执行均独立进行、互不影响，但其中一台装置停运，单间隔本套内的所有二次装置（包括保护、测控）均要陪停。集成后，合并单元与智能终端CPU独立，数据处理与命令执行与集成前同样相互独立。一体化装置停运，与集成前的影响范围完全相同。因此，在性能方面与停运的影响范围方面，一体化装置与集成前相同。

在与一次设备接口方面，合并单元、智能终端在集成前，与一次设备的接口相互独立。一体化装置中二者与一次设备的接口仍是相互独立，互不影响。因此在与一次设备接口方面，一体化装置与集成前相同。

在对时与电源方面，若在时间同步主机或电源主机端出现故障，则与之相连的设备均停运，集成前与集成后情况相同。若故障出现在装置内的对时模块或电源模块中时，集成前的独立装置虽然不会相互影响，但是合并单元装置停运或智能终端的停运，均会导致该间隔本套内的其他所有装置陪停，因此集成后的影响范围与集成前相同。但由于220 kV电压等级二次设备均为双套配置，因此不论集成前或集成后，即使一套系统故障，另一套二次系统仍能正常运行，不影响可靠性。此外，由于电源与对时模块公用，减少了电源电缆与对时光缆，减少对时主机与电源主机负荷的同时，也提高了设备稳定性，降低设备成本。

在光缆连接方面，装置集成后，由于SV、GOOSE可以共口传输，装置用于组网的光口、光纤熔接点及光缆数量可以减少一半，同时可减少过程层网络交换机光口数量，甚至减少交换机数量。光口的减少可大幅改善装置散热，同时减少连接点故障概率，有效提高可靠性。若将来采用220 kV保护测控一体化装置，此方面的效益将更为明显。

在主变本体合并单元与智能终端方面，由于主变智能终端集成了非电量保护功能，考虑保护的独立性与可靠性，在220 kV保护装置不与其它装置集成的前提下，主变本体智能终端与合并单元暂不宜进行集成。

从以上分析来看，采用合并单元智能终端一体化装置，相较独立装置而言，运行可靠性基本相当，且220 kV电压等级装置均为双套配置，即使单套故障，也不影响一套系统。

3  对运维的影响、问题及建议

在互感器配置方面，按照传统互感器的配置原则，测量线圈和计量线圈分开、线路保护用线圈和母线保护线圈用分开，合并单元需要接收所有线圈的二次信号并进行AD转换，再发送至相应装置。这样会造成合并单元机箱内的小CT、小PT数量众多，导致AC插件放不下。目前的解决措施是，改变互感器配置方式，将测量用和计量用线圈合一，线路保护用线圈和母线保护用线圈合一，从而解决多合一装置内空间局促的问题;同时，通过优化操作回路，减少相关插件数量，内部空间还有进一步优化的空间。此外，若智能变电站中采用电子式互感器，AD转换在互感器远端模块中完成，互感器与合并单元之间通过光缆连接，一体化装置不会出现以上问题。

在设备操作方面，根据现场实现运行情况，35 kV及以下电压等级智能终端操作运作的频率要远大于110 kV及以上电压等级，也未出现控制时智能终端对合并单元造成影响，并且110 kV的合并单元智能终端一体化装置也已经过长期运行，性能稳定，完全能够满足运行要求。因此在运行方面，220 kV一体化装置可参照110 kV一体化装置执行。

在相关技术规范方面，现阶段还缺乏运行经验，也没有相关的技术规范，各厂家的一体化装置软硬件结构存在一定的差异。因此，建议基建与生产部分尽快制定220 kV智能终端合并单元一体化装置的技术规范，并扩大试点范围。

4  结  语

①主流二次设备厂家具备生产一体化装置的能力。一体化装置技术可行，国内主流二次设备厂家均可生产。

②可靠性有所提升。由于一体化装置共享电源及通信模块、减少了外部接线、相应地减少故障元件，总体可靠性较两台独立装置有所提升。

③减少了运维工作量。采用一体化装置，减少了设备数量，相应地减少了运维工作量。

④经济效益显著，每座220 kV变电站约可节省投资160万元。

参考文献：

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