浅析智能变电站过程层设备

刘世立　王晓东

摘 要：智能变电站过程层设备是变电站二次系统和一次设备的接口，主要包括合并单元、智能终端等设备，文章主要介绍过程层设备的功能、原理和设计实现方法。

关键词：智能变电站；过程层设备；研究分析

引言

IEC 61850系列标准规定了一个满足变电站自动化系统功能和性能要求的通信网络和系统，使变电站内不同设备制造厂的智能电子设备间能够自由地交换信息。该标准按照功能分解、数据流分析和信息建模三个步骤，使用面向对象的建模方法，建立了逻辑节点和数据模型，提出抽象通信服务接口，并映射到具体的应用与通信协议服务集。基于IEC 61850标准的智能变电站的一个显著特点是各种保护控制设备间均具备了数字通讯接口，成为通信网路上的一个通信节点，利用通信网络完成信息的传递和逻辑的相互配合，这为过程层设备的产生奠定了信息通信基础。

1 智能变电站过程层设备配置原则

根据智能变电站的配置要求，对于220kV及以上电压等级的合并单元、智能终端应双重化配置，每套合并单元、智能终端的功能应独立完备、安全可靠；对于110kV及以下电压等级的合并单元、智能终端一般单套配置，宜采用合并单元智能终端集成装置；对于35kV及以下电压等级的各间隔保护装置按照单套配置，宜使用常规互感器，电缆直接跳闸，一般不配置合并单元、智能终端，在开关柜安装时宜集成保护、测控、合并单元和智能终端功能。以下按照过程层设备的分类来说明过程层设备的配置原则。

1.1 合并单元。对于220kV及以上电压等级双重化配置保护所采用的电子式电流互感器一、二次转换器及合并单元应双重化配置，双套配置的合并单元与电子式互感器两套独立的二次采样系统一一对应，或者接入常规电子互感器的两套独立的绕组。110kV及以下电压等级一般单套配置合并单元，但110kV变压器保护宜按双套进行配置，双套配置时应采用主、后备保护一体化配置。当变压器保护采用双套配置时，各侧合并单元宜采用双套配置。一般是按间隔配置合并单元，获得本间隔的电流、电压数据。各间隔合并单元所需母线电压通过母线电压合并单元转发，用于检同期的母线电压，由母线合并单元对点点级联到间隔合并单元。变压器公共绕组可单独配置合并单元、中性点电流、间隙电流并入相应侧间隔合并单元。母线差动保护，变压器差点保护，高压电抗差动保护用电子式电流互感器相关特性宜相同。新一代智能变电站要求合并单元就地安装于智能组件柜或预制小室。

1.2 智能终端。220kV及以上电压等级智能终端按断路器双重化配置，每套智能终端包括完整的断路器信息交互功能，两套智能终端应与断路器的两个跳闸线圈分别一一对应，其合闸命令输出并接至合闸线圈。220kV及以上电压等级变压器各侧智能终端均按双重化配置；110kV变压器各侧智能终端宜按双套配置。智能终端采用就地安装方式时，放置在智能控制柜中，智能终端跳合闸出口回路应设置硬压板。

1.3 合并单元智能终端集成装置。新一代智能变电站要求，对于110kV及以下电压等级，宜采用合并单元智能终端集成装置，线路保护、母线保护、变压器保护等继电保护装置采用光纤点对点方式与合并单元智能終端集成装置连接，SV和GOOSE数据应能共以太网接口传输。

2 合并单元功能及技术原理

合并单元是针对数字化输出的电子式互感器连接而在TEC60044-8中首次定义的，其主要功能是同步采集多路ECT/EVT输出的数字信号或常规互感器输出的模拟量信号，按照标准化格式发送给保护、测控设备。合并单元按照功能一般分为间隔合并单元和母线合并单元。间隔合并单元用于线路、变压器和电容器等间隔电气量采集，发送一个间隔的电气量数据。母线合并单元一般采集母线电压或者同期电压，在需要电压并列时可实现各段母线电压的并列，并将处理后的数据发送至所需要装置使用。技术原理包括电气量采集技术、接口与协议、状态量采集与发送、合并单元时钟同步、合并单元失步到同步实现、守时、电压并列功能及电压切换功能。

3 智能终端功能及技术原理

智能变电站中保护装置和测控装置先通过光缆连接智能终端，再由智能终端通过电缆连接一次设备，保护装置通过GOOSE通信向智能终端发送跳合闸命令，由智能终端对一次设备进行操作。智能终端与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（断路器、隔离开关、主变压器等）的测量、控制功能。根据控制对象的不同，智能终端可以分为断路器智能终端和本体智能终端两大类。断路器智能终端主要功能包括：采集断路器位置、隔离开关位置等一次设备的开关量信息，以GOOSE通信方式上送给保护、测控等二次设备；接收和处理保护、测控装置下发的GOOSE命令，对断路器、隔离开关和接地开关等一次设备进行分和操作；控制回路断线监视功能；断路器跳合闸压力监视与闭锁功能；闭锁重合闸功能；环境温度和湿度的测量功能。本体智能终端功能包括：采集一次设备的状态信息；接收和处理保护、测控装置下发的GOOSE命令，完成启动风冷、接地开关分和操作、主变压器分接头调档功能，并提供闭锁调压、启动充氮灭火等出口触点；非电量保护功能；环境温湿度、主变压器本体油面温度和绕组温度等的测量功能。智能终端技术原理包括：开关量采集；直流量采集；一次设备控制；GOOSE通信；时件记录。

4 合并单元智能终端集成装置功能

在智能变电站内，合并单元和智能终端设备一般安装于就地控制柜中，部分工程就地智能控制柜出现空间紧张、难散热等问题，对设备的安全带来了安全隐患。为进一步实现设备集成和功能整合，简化全站设计，减少建设成本，研制并采用了合并单元和智能终端集成装置，其基本原理是把合并单元的功能和智能终端的功能集成在一个装置中，一般以间隔为单位进行装置集成，但不仅仅是简单的集成，集成后的装置共用一些模块（如电源模块、GOOSE接口模块等），而且必须同时达到单独装置的性能要求。集成装置有两个重要的特点：在合并单元功能或者智能终端功能出现故障时，应互不影响，如合并单元功能失效时，应不影响变电站内保护控制设备通过该装置对断路器和隔离开关的控制操作；采用了SV/GOOSE报文共口技术，在同一个光纤以太网内接口既处理GOOSE报文，也处理SV报文，以减少整个装置的光纤接口数目，降低整个装置的功耗。在目前的智能变电站建设中，合并单元智能终端集成装置一般限定于110（66）及以下电压等级，110kV及以上电压等级的合并单元和智能终端装置应独立设置，合并单元智能终端集成装置按功能类型分为：间隔合并单元智能终端集成装置和母线合并单元智能终端集成装置两种。前者可以采集发送一个间隔的电气量数据与三相操作箱的断路器配合使用。保护装置或其他设备可通过本装置对一次开关设备进行分行操作。后者接入多组母线电压，实现母线电压的并列功能，并可同时完成对母线TV隔离开关和接地开关的监视和控制功能。

5 结束语

合并单元和智能终端的采用也有不利的一面，突出表现在站内二次设备总体数量增加，控制柜体安装空间紧张、温升控制困难等。新一代智能变电站考虑到提高设备集成化水平，降低变电站设备成本，降低电压等级同一间隔内的合并单元与智能终端进行功能整合，研制合并单元智能终端集成装置，合并单元智能终端集成装置将用于越来越多的智能变电站。

参考文献

[1]曹团结，黄国方，智能变电站继电保护技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2013.

[2]国家电网公司基建部.智能变电站建设技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[3]王松，陆承宇.数字化变电站继电保护的GOOSE网络方案[J].电力系统自动化，2009（3）.

作者简介：刘世立（1974-），男，汉族，山东菏泽人，工程师，从事营销管理工作。

王晓东（1975-），男，汉族，黑龙江五常人，工程师，从事营销管理工作。