在國網(wǎng)智能變電站模塊化施工圖通用設(shè)計(jì)中, 110 kV變電站常作為終端負(fù)荷站, 主變規(guī)模2 臺(tái), 主接線形式為單母分段 (單母三分段) 或內(nèi)橋 (擴(kuò)大內(nèi)橋) 的方案較為典型。本文以擴(kuò)大內(nèi)橋主接線形式的110-A3-3方案為例, 對(duì)母線合并單元的配置進(jìn)行分析。

在通用設(shè)計(jì)方案中, 電壓電流采樣采用“常規(guī)互感器+合并單元”方式。每段母線PT間隔配置1臺(tái)智能終端、1臺(tái)合并單元;線路、內(nèi)橋間隔配置2臺(tái)合并單元智能終端一體裝置;主變高壓側(cè)間隔配置1臺(tái)合智一體裝置;主變本體智能柜配置1臺(tái)智能終端、2臺(tái)合并單元。主變低壓側(cè)每臺(tái)主進(jìn)開關(guān)柜配置2臺(tái)合智一體裝置, 低壓側(cè)設(shè)備在方案優(yōu)化中沒有變化, 故不做統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)智能變電站技術(shù)導(dǎo)則, 線路、內(nèi)橋、主變保護(hù)裝置, SV、GOOSE信息遵循“直采直跳”原則, 通過光纜點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。按通用設(shè)計(jì)方案的終期規(guī)模配置, 保護(hù)設(shè)備電壓采樣邏輯關(guān)系如圖1所示。

?實(shí)線表示電纜接線, 虛線表示光纜或尾纜接線。其中線路和主變高壓側(cè)間隔合并單元的電壓采樣, 從母線合并單元用9-2協(xié)議級(jí)聯(lián)方式傳輸, 可以轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的線路保護(hù)、電度表、主變過負(fù)荷等裝置使用。主變保護(hù)、備自投、低周減載裝置電壓采樣, 直接從母線合并單元“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳送”。

在智能變電站中, “常規(guī)互感器+合并單元”的配置方式可靠性雖比早期“電子式互感器+合并單元”模式有很大提高, 但因合并單元比傳統(tǒng)保護(hù)裝置在軟硬件模塊上都有增加, 故障風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加, 再加上就地化布置的運(yùn)行環(huán)境較差, 導(dǎo)致保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)整體可靠性有所降低。在國網(wǎng)智能變電站通用設(shè)計(jì)方案中, 110 kV變電站按終期規(guī)模僅配置2套母線合并單元, 每套裝置可同時(shí)接入3組母線電壓量。在這種接線方案下, 當(dāng)1套合并單元故障時(shí)會(huì)造成站內(nèi)1/2主變保護(hù)裝置告警, 同時(shí)還會(huì)造成備自投、測(cè)控、計(jì)量等裝置的告警或閉鎖, 影響范圍廣。考慮到母線合并單元故障風(fēng)險(xiǎn), 國網(wǎng)公司2016年發(fā)布《智能變電站模擬量輸入式合并單元、智能終端標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》, 提出在110 kV變電站單母三分段接線時(shí)按每段母線配置1臺(tái)合并單元的方案, 見圖1。該方案中還存在幾個(gè)問題: (1) 當(dāng)一期建設(shè)2臺(tái)主變, 終期擴(kuò)建時(shí), 每段母線配置的合并單元同時(shí)接入3組母線電壓量, 需相應(yīng)母線設(shè)備停電, 增加施工風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)難度。 (2) 單臺(tái)母線合并單元故障, 會(huì)造成至少2套主變保護(hù)裝置告警及其他部分保護(hù)測(cè)控、自動(dòng)裝置、電度表等設(shè)備告警或閉鎖, 影響范圍依然較大。 (3) 母線合并單元至主變保護(hù)裝置的采樣電壓和至其他間隔合并單元的級(jí)聯(lián)電壓, 需連接的光纜 (尾纜) 數(shù)量較多。

按照全站終期規(guī)模, 在110 k VⅠ、Ⅲ母電壓互感器PT匯控柜內(nèi)分別安裝1臺(tái)常規(guī)電壓并列裝置, 實(shí)現(xiàn)相鄰母線間的電壓并列功能, 在Ⅱ母線PT匯控柜內(nèi)安裝2臺(tái)母線合并單元, 采集三段母線電壓量。線路、內(nèi)橋和主變高壓側(cè)間隔分別配置2臺(tái)合智一體裝置, 取消主變本體智能柜的合并單元配置, 將中性點(diǎn)零序和間隙電流用電纜接入主變高壓側(cè)間隔合并單元。過程層設(shè)備電壓采樣邏輯關(guān)系得到適當(dāng)簡(jiǎn)化。

母線電壓通過電纜接入線路和主變高壓側(cè)間隔, 取消從母線合并單元級(jí)聯(lián)回路。主變保護(hù)電壓采樣從主變高壓側(cè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直采, 備自投、低周減載等公用設(shè)備的采樣可從Ⅱ母PT匯控柜的合并單元直采。為降低合并單元故障的影響范圍, 母線合并單元設(shè)置2臺(tái), 光纖接口合理分配給其他公用設(shè)備使用。

與通用設(shè)計(jì)方案相比, 本方案的優(yōu)點(diǎn)有: (1) 間隔層保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)。母線電壓經(jīng)電纜接入線路、主變間隔合并單元, 回路可靠性更高, 可以避免母線合并單元采樣及轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的延時(shí)以及裝置故障對(duì)本間隔保護(hù)測(cè)控裝置的不利影響。當(dāng)間隔內(nèi)單臺(tái)合并單元故障時(shí), 只會(huì)造成單套主變保護(hù)測(cè)控裝置告警, 故障影響范圍減少1/2。 (2) 簡(jiǎn)化母線合并單元光纜接線。圖2與圖1比較, 保護(hù)及自動(dòng)裝置配置不變, 過程層設(shè)備 (含2臺(tái)常規(guī)并列裝置) 數(shù)量減少2臺(tái), 占用的母線合并單元光口數(shù)量由22個(gè)減少到7個(gè)。 (3) 擴(kuò)建Ⅲ母線時(shí)施工方便, 停電范圍較少。僅需Ⅱ母線配合停電, 不改動(dòng)Ⅰ母線設(shè)備。 (4) 降低設(shè)備采購成本。改進(jìn)后方案過程層設(shè)備數(shù)量減少2臺(tái), 其中2臺(tái)常規(guī)電壓并列裝置價(jià)格明顯低于合并單元設(shè)備, 總體成本降低。當(dāng)110 kV設(shè)備電能表下放在智能匯控內(nèi)布置時(shí), 可以采用模擬量輸入電表, 價(jià)格比數(shù)字量輸入電表低很多, 進(jìn)一步降低工程設(shè)備成本。

不足之處有: (1) 母線匯控柜內(nèi)安裝設(shè)備數(shù)量增加。對(duì)于A3-3方案, 由于主變高壓側(cè)間隔和母線PT間隔布局合并, 母線匯控柜要同時(shí)安裝主變間隔合智單元和母線合并單元、智能終端設(shè)備。原通用設(shè)計(jì)方案每個(gè)母線匯控柜內(nèi)需安裝3臺(tái)裝置;而優(yōu)化方案Ⅰ母及Ⅲ母匯控柜內(nèi)需安裝4臺(tái)裝置, Ⅱ母匯控柜內(nèi)需安裝5臺(tái)裝置。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)可與GIS設(shè)備廠家溝通, 增大柜體尺寸或者在GIS室內(nèi)增加1面保護(hù)屏柜安裝。 (2) 電壓回路采用電纜接入線路間隔合智單元后, 將增加柜內(nèi)接線回路及電壓空開等附件, 但數(shù)量不多, 回路接線簡(jiǎn)單, 對(duì)施工過程影響不大。

110 kV智能變電站設(shè)置常規(guī)電壓并列裝置, 線路、主變保護(hù)的電壓采樣用電纜接入相應(yīng)間隔合并單元, 在提高保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)整體可靠性, 降低單臺(tái)合并單元故障對(duì)保護(hù)裝置的影響范圍方面有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí), 設(shè)置2臺(tái)母線合并單元分別采集110 kV母線電壓量, 供備自投等其它公用設(shè)備使用, 可以滿足智能變電站數(shù)字化采集、數(shù)據(jù)共享的技術(shù)特點(diǎn)。