35kV智能化变电站合并单元技术的分析

2016-08-09胡霁

大科技 2016年12期

关键词：发送给电子式功能模块

胡霁

（国家新闻出版广电总局八三一台 321100）

35kV智能化变电站合并单元技术的分析

胡霁

（国家新闻出版广电总局八三一台 321100）

在国家当前的“坚强智能电网”的发展战略下，35kV变电站作为智能电网变电的最后一个节点，是电力系统中相当重要的一个环节。它在国家电力事业的发展中发挥着关键性的作用，特别是为云农用电方面提供着可靠的支撑。为适应未来对变电站的智能化要求，35kV变电站的智能化升级改造势在必行。合并单元实现了对互感器输出的电压、电流信号数字化的转换，是过程层与间隔层的重要数字接口设备。本文对35kV智能化变电站合并单元技术作为论点进行了详细的分析，以供参考。

35kV智能化变电站；合并单元；同步

目前，随着政府对电力系统的大力推进，新型工艺技术的发展以及变电站规范的不断完善和统一，我国变电站智能化将成为智能电网的重要环节，而智能变电站过程层设备合并单元连接变电站一次侧和二次侧设备，起到承上启下和汇总作用，因此，选择合并单元为研究课题，具有重要的研究意义。

1 智能化变电站

在科技迅猛发展的今天。随着变电站电子设备的软硬件技术的更新发展，特别是在电子式互感器和智能化开关的一二次设备领域研究的成熟；变电站体系架构的统一明确化、通信标准的统一规范化，整体系统功能的智能自动化；智能变电站是对已有变电站整体技术的跨越和新建变电站的全局化智能构建。在国家坚强智能电网战略的推进下，作为智能电网的重要支撑和物理基础，智能化变电站将是未来变电站发展的方向。

智能化变电站是基于智能化、一体化的电气设备，以IEC61850规约的构建标准，网络化传递信息，可互通同享的站内设备及其功能信息平台等构建的变电站。智能变电站二次侧所提供的电流、电压输出信号是以数字信号形式传送，二次侧的智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）及控制保护系统数字化、智能化。以IEC61850标准统一规范变电站信息模型，变电站自动化系统分层、分布式布置，IED设备之间的信息以网络模式互动。智能化变电站的典型应用特征体现为；智能化的一次设备、变电站系统自动化、辅助系统信息集成化。

2 35kV智能变电站的特点

35kV变电站接线方式为单母线双分段，两路进线中一路作为主电源，一路为备电源，并且都配置保护功能和测控功能一体化的装置，功能包括过流保护、故障滤波和计量等；两段分段母线各有六路馈线，分别配有过流保护、故障测距和同期检测等保护功能和测控功能一体化的装置。

35kV的两路进线和两段馈线部分都带有适用于低中压等级的电子式电流互感器，并且该互感器不仅用于保护级，也用于测量级；在两段母线出选择一个保护级和一个用于零序电压的电子式电压互感器；母联部分选择带有保护级和测量级的电子式电流互感器。

35kV变电站合并单元负责把有源互感器采集的35kV线路上电流、电压信号经标准协议经光纤以太网传输至过程总线所需保护，在35kV两段母线处各设备一台合并单元，采集两段进线和出线部分的三相线路保护和测量电流值，同时采集35kV两段母线的单相线路电压值和零序电压值。

3 合并单元的研究与设计

3.1 合并单元的介绍

合并单元是智能化变电站的一个重要的信息采集同步器件。本节根据IEC61850标准介绍合并单元的特点和功能要求。合并单元实现的主要功能是同步采集接收来自电流互感器的保护用的三相电流、测量用的三相电流和中性点电流共七组采样信号和来自电压互感器的母线电压、三相电压和中性点电压共五组电压互感器采样信号一共十二路信息。合并单元按照IEC61850通信规约对这12路电流、电压数据信息以光纤以太网方式发送给间隔层IED设备。

3.2 合并单元设计方案

本硬件平台是针对35kV智能变电站合并单元而设计，基于35kV智能变电站的特点和合并单元的基本功能要求，分为六大模块：数据接收模块、数据处理模块、同步功能模块、开入出模块、数据发送模块和电源模块；其功能结构图如图1所示。

3.2.1 数据接收与处理功能模块

数据接收与处理功能模块是合并单元与互感器接口重要功能模块。根据合并单元的技术要求，数据接收模块光要接收来自互感器的12路数据信息，还要能支持接收隔离开关和断路器的状态量信息。35kV变电站中传统互感器与电子式互感器是共存的，故本设计不仅要对电子式互感器进行采样，还需对传统互感器进行采样。传统互感器二次侧输出信号类型为模拟量信号，测量用电流、测量用电压额定值分别为5A和100V，低电压等级电子式互感器二次侧输出信号类型为模拟量小信号，测量用电流、保护用电流、电压分别为4V、225mV和4V。对于传统互感器的模拟量信号先进行CTPT转换、电子式互感器的模拟量小信号先进行放大处理，再由FPGA控制A/D转换芯片采样处理，接收模块A/D采样芯片选用6通道的AD7606芯片，故需两片AD7606对12路数据采样。在接收同步信号采样后，采样数据发送给ARM，ARM对采样数据进行数字滤波处理，最后组帧以太网发送给间隔层的设备。

3.2.2 数据同步功能模块

图1 合并单元功能结构图

同步功能模块是保证合并单元实时性高、稳定性好的重要功能模块。同步功能实现在同一时刻单一的合并单元或是不同的多个合并单元来自不同互感器获取的信号瞬时值，对12路的数据信息汇总发送给ARM处理发送。同步的方法主要分为三种：插值法、IEEE1588时钟同步法和GPS时钟法。鉴于GPS时钟同步法采样率可按照需要分配、网络传输数据信息且对网络接口没有特殊的要求等优点，本设计选用GPS秒脉冲作为同步功能模块的同步方法。GPS秒脉冲作为外部精确的基准时钟发送给合并单元FPGA同步功能模块，根据合并单元采样率的要求，对FPGA时钟电源分频处理，产生_同步信号发送给A/D转换芯片，提供A/D采样的同步信号。