一次设备二次回路集成优化方案研究

张延辉

摘 要：相比较于传统方案，本工程将智能控制部分集成于智能终端中，优化了二次回路的设计，为今后实现一体化的智能一次设备打下坚实的基础。

关键词：一次设备；集成优化；设计；方案

1 一次设备二次回路的集成优化

智能组件是可灵活配置的智能电子装置，现阶段一次设备智能组件一般包括：智能终端、合并单元、状态监测IED等，或是能集成上述功能的一体化装置。利用智能组件的信息传输共享机制可以节省一次设备辅助接点等硬件资源，智能组件与一次设备本体采用一体化设计，简化一次设备二次控制回路，取消独立的控制装置。

1.1 智能变压器二次线与智能终端的优化集成

1.1.1 风冷控制的优化集成

常规变压器风冷控制由变压器厂家来完成，由两种实现方式：方式一采用继电器搭接实现，控制柜内二次设备数量多、接线复杂；方式二采用PLC模块来实现，需要设置较多的中间继电器。两种方式下的变压器各侧断路器位置接点均要采用电缆引接，占用较多的控制柜空间。而智能变电站配置的智能终端具有风冷控制功能，且动作逻辑可编辑，可根据冷却装置数量分组，实时采集变压器温度及负荷电流，并基于各组冷却装置的运行状态，累计运行时间等参数进行综合分析，进而自动均衡地投切每组变压器冷却装置。智能终端风冷控制框图如图1所示。

以500kV三相变压器为例，传统风机控制为正常-辅助-备用来依次投入，本工程中风机按各组累计运行时间的长短，优先投入运行时间短的组，对风机组的具体控制是：

（1）变压器投入运行时即采用分时投入的方法投入两组风机，当油温高于50°C时，再投入一组风机，剩余的那组风机作为备用，当以上投入的风机出现故障，该组风机立即投入运行；

（2）切除风机时，采用延时切除的方法，当油温下降到45°C时，切除累计运行时间最长的一组，因此即使在同一温度值上升和下降时也可能投入不同的风机组数。

（3）通过电流传感器采集变压器负荷电流来判断变压器负载情况。当变压器满负荷运行时，延时投入冷却装置。

（4）当冷却装置全部停止运行时，延时发出冷却装置全停故障信号。

利用本体智能终端实现风冷控制除了能够极大简化主变本体二次回路外，还具有如下优点：

（1）本体智能终端实时监测环境温度、变压器油温、变压器负荷的变化以及所有设备的运行和故障情况，并根据控制策略随时调节，以达到变压器的最佳冷却和智能冷却，并且实现节能的目的。

（2）本体智能终端通过过程层SV网络接收主变高压侧、中压侧、低压侧的负荷，实时监测变压器负荷的变化。

（3）灵活的通信接口方式，无缝接入变电站站控层系统。

（4）在自动控制方式下，当变压器投运时，控制系统自动投入运行；当变压器停运时，控制系统自动切除电源和全部冷却器组。

（5）在手动控制方式下，能够手动控制每组冷却器组的启动与停止，这时所有冷却器组不受温度、负载电流的控制，大大方便了控制箱在变压器运行时的检修。

1.1.2 有载调压控制的优化集成

变压器有载调压机构通常带有完整的二次控制回路，并预留了远方控制接口。而智能终端中不再配置机构的控制回路，仅提供遥控升、降、停接点，并接受机构的异常信号和档位位置信号。

1.1.3 非电量保护功能优化

常规变电站非电量保护配置独立的保护装置，组柜安装在二次设备室内；本体各非电量接点通过电缆接入非电量保护装置，保护动作需要跳闸的通过不同接点接入各侧操作箱来实现，信号通过测控装置上传。智能变电站各侧则不配置独立的非电量保护装置，其功能集成于本体智能控制柜内；本体各非电量接点就地接入智能终端，非电量保护动作需要跳闸的通过电缆接入各侧智能终端实现，信号直接通过智能终端上传，省去了中间环节。

2 GIS控制回路优化研究

2.1 断路器防跳回路优化

新的设计在智能终端的防跳回路的基础上加入机械故障防跳机制。智能终端的防跳回路在印制板上实现，简化智能控制柜内接线，使得智能控制柜体积减小，经典的回路设计兼顾了一次和二次防跳的侧重点，保证了防跳功能动作的可靠，因此建议采用智能终端的防跳回路，取消一次设备机构的防跳回路。

2.2 断路器、刀闸辅助接点数量优化

传统变电站设计时，断路器和刀闸的辅助节点数目很多情况下都为20副以上，其中有常开接点，有常闭接点；有用于本间隔的，有用于跨间隔的；有用于保护的，有用于测控的；有用于位置指示的，有用于构建回路的等等，繁多的位置辅助接点，不仅占用了大量的接线端子，而且使用源的不同会造成不同地方所获得开关位置状态的不同。

智能终端可以将一副常开、一副常闭辅助接点通过开入板采集到CPU，通过GOOSE发送信息的功能将开关信息发送到各需要的保护、测控装置、故障录波等装置。各装置收到的遥信源头只有一个，经过优化之后，辅助接点总数降到原数量的一半以下。

2.3 断路器非全相保护的优化集成

常规HGIS（GIS）断路器非全相保护是采用断路器常开常闭辅助接点相互并联、串联，再加中间继电器和延时继电器来实现的。而智能变电站智能终端已采集了断路器分相的开、闭位置接点，可通过智能终端内部软逻辑“与”“或”来进行判别，实现起来更加方便，因此可取消相关的继电器元件。

2.4 断路器压力闭锁回路优化

传统变电站的设计时，断路器的压力闭锁回路分为SF6气体压力闭锁和液压机构的油压闭锁，断路器及智能终端的二次回路中都有压力闭锁回路。SF6气体压力闭锁可以防止当断路器绝缘气体压力不足时分、合操作造成的一次事故。因此，SF6气体压力闭锁一般设计在断路器机构的电气回路中，当气压异常时切断回路。对于液压机构的油压闭锁，是防止在油压不足的时候，分、合断路器造成液压机构的损坏。传统的油压闭锁做法是在操作箱中用继电器搭建保护回路，通过判断继电器辅助接点的状态来达到闭锁的功能。

使用智能终端以后，所有的开关分合操作都是通过GOOSE报文，到智能终端的开出板出口，液壓的闭锁信息也可以通过开入被智能终端采集。因此，智能终端可以根据开关分、合命令以及油压闭锁状态，对开出板的出口节点进行控制，完成油压闭锁的功能。

通过取消操作箱的油压闭锁回路，保留气压闭锁的回路，既简化了回路又保证了可靠性。

2.5 汇控柜内模拟屏的优化集成

常规站HGIS（GIS）汇控柜内通常设有本间隔的模拟接线面板，并将断路器、刀闸的位置指示、控制开关安装在模拟接线对应的位置，需要占用汇控柜内较大空间。而智能终端下放到汇控柜安装，并可在其显示屏上查看本间隔的模拟接线，从而实现本间隔断路器、刀闸的控制，因此可取消汇控柜的模拟接线面板和断路器、刀闸的位置指示、控制开关。

2.6 信号回路的优化集成

常规站HGIS（GIS）机构内的原始报警信号接点只有一副，为实现信号远传及就地的信号指示，在汇控柜内还需要设备相应的中间继电器。而智能变电站配置了智能终端（就地安装在汇控柜内）来采集断路器、隔离开关、接地开关的位置状态信号及各种报警信号，利用GOOSE网络实现信号的远传和共享，且所有信号均可在间隔层测控装置、站控层主机及调度端显示，因此可取消汇控柜内的信号指示灯和中间继电器。

3结语

随着智能设备的发展，许多新的优化设计将得到不断的开发和利用。这些优化设计不仅为传统电力系统注入了新的活力，而且对许多专用供电系统的发展起到了积极的作用。且智能电气设备的全面推广和应用，将为智能电网的发展奠定坚实的基础。