110kv智能变电站设置方案

在国网智能变电站模块化施工图通用设计中, 110 kV变电站常作为终端负荷站, 主变规模2 台, 主接线形式为单母分段 (单母三分段) 或内桥 (扩大内桥) 的方案较为典型。本文以扩大内桥主接线形式的110-A3-3方案为例, 对母线合并单元的配置进行分析。

在通用设计方案中, 电压电流采样采用“常规互感器+合并单元”方式。每段母线PT间隔配置1台智能终端、1台合并单元;线路、内桥间隔配置2台合并单元智能终端一体装置;主变高压侧间隔配置1台合智一体装置;主变本体智能柜配置1台智能终端、2台合并单元。主变低压侧每台主进开关柜配置2台合智一体装置, 低压侧设备在方案优化中没有变化, 故不做统计。

根据智能变电站技术导则, 线路、内桥、主变保护装置, SV、GOOSE信息遵循“直采直跳”原则, 通过光缆点对点传输。按通用设计方案的终期规模配置, 保护设备电压采样逻辑关系如图1所示。

 实线表示电缆接线, 虚线表示光缆或尾缆接线。其中线路和主变高压侧间隔合并单元的电压采样, 从母线合并单元用9-2协议级联方式传输, 可以转发给相应的线路保护、电度表、主变过负荷等装置使用。主变保护、备自投、低周减载装置电压采样, 直接从母线合并单元“点对点传送”。

在智能变电站中, “常规互感器+合并单元”的配置方式可靠性虽比早期“电子式互感器+合并单元”模式有很大提高, 但因合并单元比传统保护装置在软硬件模块上都有增加, 故障风险也随之增加, 再加上就地化布置的运行环境较差, 导致保护测控系统整体可靠性有所降低。在国网智能变电站通用设计方案中, 110 kV变电站按终期规模仅配置2套母线合并单元, 每套装置可同时接入3组母线电压量。在这种接线方案下, 当1套合并单元故障时会造成站内1/2主变保护装置告警, 同时还会造成备自投、测控、计量等装置的告警或闭锁, 影响范围广。考虑到母线合并单元故障风险, 国网公司2016年发布《智能变电站模拟量输入式合并单元、智能终端标准化设计规范》, 提出在110 kV变电站单母三分段接线时按每段母线配置1台合并单元的方案, 见图1。该方案中还存在几个问题: (1) 当一期建设2台主变, 终期扩建时, 每段母线配置的合并单元同时接入3组母线电压量, 需相应母线设备停电, 增加施工风险和技术难度。 (2) 单台母线合并单元故障, 会造成至少2套主变保护装置告警及其他部分保护测控、自动装置、电度表等设备告警或闭锁, 影响范围依然较大。 (3) 母线合并单元至主变保护装置的采样电压和至其他间隔合并单元的级联电压, 需连接的光缆 (尾缆) 数量较多。

按照全站终期规模, 在110 k VⅠ、Ⅲ母电压互感器PT汇控柜内分别安装1台常规电压并列装置, 实现相邻母线间的电压并列功能, 在Ⅱ母线PT汇控柜内安装2台母线合并单元, 采集三段母线电压量。线路、内桥和主变高压侧间隔分别配置2台合智一体装置, 取消主变本体智能柜的合并单元配置, 将中性点零序和间隙电流用电缆接入主变高压侧间隔合并单元。过程层设备电压采样逻辑关系得到适当简化。

母线电压通过电缆接入线路和主变高压侧间隔, 取消从母线合并单元级联回路。主变保护电压采样从主变高压侧点对点直采, 备自投、低周减载等公用设备的采样可从Ⅱ母PT汇控柜的合并单元直采。为降低合并单元故障的影响范围, 母线合并单元设置2台, 光纤接口合理分配给其他公用设备使用。

与通用设计方案相比, 本方案的优点有: (1) 间隔层保护测控系统可靠性增强。母线电压经电缆接入线路、主变间隔合并单元, 回路可靠性更高, 可以避免母线合并单元采样及转换产生的延时以及装置故障对本间隔保护测控装置的不利影响。当间隔内单台合并单元故障时, 只会造成单套主变保护测控装置告警, 故障影响范围减少1/2。 (2) 简化母线合并单元光缆接线。图2与图1比较, 保护及自动装置配置不变, 过程层设备 (含2台常规并列装置) 数量减少2台, 占用的母线合并单元光口数量由22个减少到7个。 (3) 扩建Ⅲ母线时施工方便, 停电范围较少。仅需Ⅱ母线配合停电, 不改动Ⅰ母线设备。 (4) 降低设备采购成本。改进后方案过程层设备数量减少2台, 其中2台常规电压并列装置价格明显低于合并单元设备, 总体成本降低。当110 kV设备电能表下放在智能汇控内布置时, 可以采用模拟量输入电表, 价格比数字量输入电表低很多, 进一步降低工程设备成本。

不足之处有: (1) 母线汇控柜内安装设备数量增加。对于A3-3方案, 由于主变高压侧间隔和母线PT间隔布局合并, 母线汇控柜要同时安装主变间隔合智单元和母线合并单元、智能终端设备。原通用设计方案每个母线汇控柜内需安装3台装置;而优化方案Ⅰ母及Ⅲ母汇控柜内需安装4台装置, Ⅱ母汇控柜内需安装5台装置。施工图设计时可与GIS设备厂家沟通, 增大柜体尺寸或者在GIS室内增加1面保护屏柜安装。 (2) 电压回路采用电缆接入线路间隔合智单元后, 将增加柜内接线回路及电压空开等附件, 但数量不多, 回路接线简单, 对施工过程影响不大。

110 kV智能变电站设置常规电压并列装置, 线路、主变保护的电压采样用电缆接入相应间隔合并单元, 在提高保护测控系统整体可靠性, 降低单台合并单元故障对保护装置的影响范围方面有明显优势。同时, 设置2台母线合并单元分别采集110 kV母线电压量, 供备自投等其它公用设备使用, 可以满足智能变电站数字化采集、数据共享的技术特点。