陸玉軍，王俊，陳顥

(江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211102)

描述變電站信息采集、處理、傳輸及應用框架的IEC61850標準的頒布實施，電子式互感器技術發(fā)展及應用、網(wǎng)絡通信技術、一次設備操作智能化技術的發(fā)展，為變電站自動化技術的應用和發(fā)展注入了新的推動力[1]，使變電站自動化技術發(fā)展邁入了一個新階段。以上述技術為主要技術特征的變電站自動化技術，稱之為數(shù)字化變電站技術，代表當前變電站技術應用的方向。目前，在國內(nèi)進行變電站數(shù)字化建設應用的主要技術有：

（1）站內(nèi)通信全面采用IEC61850標準；

（2）電子式互感器實現(xiàn)數(shù)字化采樣；

（3）GOOSE通信實現(xiàn)開關狀態(tài)采集和保護跳閘、網(wǎng)絡化聯(lián)閉鎖；

（4）智能終端實現(xiàn)斷路器智能化操作。

常規(guī)變電站在設備運行多年需要改造升級時，選擇進行數(shù)字化的改造是變電站技術應用的趨勢。采用數(shù)字化的實現(xiàn)模式，與變電站的常規(guī)實現(xiàn)模式在站內(nèi)設備組成，站內(nèi)信號采集、傳輸、處理方面有著根本的差別[2]。由于數(shù)字化變電站技術實現(xiàn)目前還沒有統(tǒng)一的實現(xiàn)形式或嚴格的標準與規(guī)范出臺，針對現(xiàn)役變電站的改造應用，為需滿足地區(qū)的設備及運行監(jiān)控及管理要求，數(shù)字化方案隨著數(shù)字化實現(xiàn)范圍和實現(xiàn)程度的要求而變化，同時數(shù)字化采樣原理的差異性、設備配置可選性、設備布置布局靈活性、數(shù)字信號組網(wǎng)傳輸?shù)亩鄳B(tài)性，使得在現(xiàn)有變電站改造中呈現(xiàn)出多種方案，會在改造中遇到新的問題。

1 改造方案

110kV高港變電站是江蘇省電力公司2010年度數(shù)字化技術應用推廣的變電站。有110kV和10kV共2個電壓等級，1臺主變；110kV線路2回，為內(nèi)橋接線方式；10kV的主接線，為單母線分段，有電容器1臺，出線12回，母線分段1臺，接地變壓器2臺。

1.1 數(shù)字化改造技術應用原則

（1）按IEC61850標準統(tǒng)一建模實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)，站內(nèi)二次設備按站控層、間隔層、過程層架構組織；

（2）站控層、間隔層和過程層以網(wǎng)絡通信實現(xiàn)設備間數(shù)據(jù)交互；

（3）應用電子式互感器實現(xiàn)電量等參數(shù)的數(shù)字化采集；

（4）以智能終端實現(xiàn)斷路器智能化，實現(xiàn)數(shù)字化跳閘和信號傳輸控制。

1.2 自動化技術實現(xiàn)

（1）110kV及主變部分為全數(shù)字化。①互感器改造為電子式互感器；②采用支持IEC61850-9采樣值傳輸、GOOSE服務的數(shù)字式保護；③智能終端實現(xiàn)開關就地化操作；④過程層采用獨立GOOSE網(wǎng)絡實現(xiàn)開關及狀態(tài)信號上傳、開關跳閘、邏輯閉鎖；⑤采樣值傳輸采用點對點方式，合并器不需要外部同步。

（2）10kV部分為經(jīng)濟實現(xiàn)。①互感器不改造；②采用支持IEC61850站控層協(xié)議的數(shù)字式保護測控一體化裝置，保護帶操作箱，就地安裝于開關柜；③實現(xiàn)基于站控層網(wǎng)絡的低頻低壓減載，通過GOOSE跳10kV開關。

1.3 改造方案特點

該方案在充分分析110kV變電站數(shù)字化改造的技術及管理需求基礎上制定，在110kV/10kV部分數(shù)字化技術應用上采用了不同的實現(xiàn)模式，體現(xiàn)了數(shù)字化技術的全面應用和經(jīng)濟可靠實現(xiàn)的特征，是目前變電站改造中具有較好應用前景的方案。

2 采樣值同步與采集器供能實現(xiàn)

電子式互感器以數(shù)字式的信號輸入合并單元，間隔合并單元將合成的間隔電壓電流信號送入后端的數(shù)字式保護測控裝置，保護測控裝置要求是輸入信號必須同步[3]。由于采樣信號來自多個電壓互感器/電流互感器（TV/TA），各路信號經(jīng)通信傳輸時，路徑是多樣的，因此間隔合并器的信號在輸出前必須同步。

為本站改造方案提供的電子式互感器采用雙采集器設計，每個采集器提供1個保護和1個測量電流采樣輸出，位于TA內(nèi)高壓側(cè)的采集器需要由低壓側(cè)的合并器供能，而每個合并器只能為一個采集器進行激光供能。如同時使用TA中高壓側(cè)的2個采集器必須有2個獨立的合并器供能。

本站一次接線為兩線一主變方式，總體而言信號傳輸不復雜，但對于同時實現(xiàn)進線測控、備投保護、主變差動等多個保護測控功能時，需認真處理采樣信號傳輸至保護裝置的同步問題。對于測控及后端電能表計而言，電壓電流的采樣值必須同步；對于跨間隔的差動保護，需要各支路的電流采樣值必須嚴格同步，否則會產(chǎn)生差動電流。

由于本站的改造方案中合并器至數(shù)字式保護的采樣值傳輸為點對點方式，為滿足上述的保護測控功能要求，設計的采樣值傳輸?shù)奖Ｗo的路徑，如圖1所示。

圖1 采樣值信號傳輸示意圖

（1）差動保護采樣值傳輸路徑。進線1、進線2均有2組保護TA，其中進線1一組采樣至差動合并器，進線2一組采樣進橋合并器（該合并器為采集器供能，以FT3接口輸出采樣數(shù)據(jù)至差動合并器），低壓側(cè)也有2組保護TA，一組接入差動合并器，三側(cè)電流在差動合并器內(nèi)進行同步后以IEC61850-9輸出給差動保護。

（2）進線測控/備投保護采樣值傳輸路徑。進線1、進線2的另一組保護TA、測量TA進入進線1、進線2合并器；進線電壓由TV采集器進入110kV TV合并器后，再通過FT3輸入進線1/進線2合并器，在進線1/進線2合并器內(nèi)將電壓、電流同步后以IEC61850-9輸出至進線測控/備投保護。

該設計可以確?？玳g隔的差動保護、進線測控/備投保護功能實現(xiàn)，但卻多出了1個“多余”的合并器（橋合并器）。此處使用橋合并器：是因為110kV戶外獨立的電子式TA中2個采集器都需要獨立的激光供能，供能組件設在戶內(nèi)的合并器中。而本站的每個進線間隔TA的兩個采集器均需供能，即需要4個合并器為進線TA的采集器供能，所以需要增加1個橋合并器。由于沒有橋TA存在，采用橋合并器則顯出多余。

本站方案設計中，認為可通過進線2合并器將進線2的電流傳輸給差動合并器，而不需要增加橋合并器，即進線2合并器輸出FT3信號至差動合并器、三側(cè)電流在差動合并器進行同步即可，這樣現(xiàn)場就不需要“多余”的橋合并器。實際上，從110kV的TV合并器取電壓信號進入進線2合并器進行電壓電流同步后，從其輸出的電流信號，將比橋合并器輸出的電流信號還多出一級延時，兩級延時再進入差動合并器將使得差動合并器輸出的電流和實際的電流時差達三級（時差超過3ms），由于這種方案產(chǎn)生的延時較大，互感器廠家并不支持這樣實現(xiàn)。

針對現(xiàn)場沒有橋合并器，如何確保差動電流延時小，又滿足進線測控/備投保護的功能要求，現(xiàn)場的解決方案如下。

從進線2的TV中引出第2組信號，直接接入進線2合并器，這樣進入進線2合并器的電壓電流是同步的，不需要輸入電流進行延時來確保信號同步，同時進線2合并器具有前文“橋”合并器的功能，通過FT3將信號傳給差動合并器時的延時小，確保差動合并器的輸出信號同步能滿足現(xiàn)場需要，如圖2所示。

圖2 不采用橋合并器的傳輸示意圖

對于進線測控/備投保護而言，做上述改動，也能滿足進線測控功能的要求（因為無論進線1或進線2電壓、電流都是同步的），對于備投保護而言，雖然進線1進入備投的信號較進線2進入備投的信號多一級延時（并不同步），但由于備投保護從邏輯上，對輸入信號沒有嚴格的要求，可以接受2個進線合并器的信號不同步。

改造后，通過在備自投保護比對2組采樣值輸入的電壓信號存在的相差，可以發(fā)現(xiàn)，進線1確實較進線2的信號輸入多一級延時。

3 電壓并列實現(xiàn)

從圖2看到，該站110kV部分的TV位于進線側(cè)，而對于主變上面的I母、II母（橋間隔沒有斷路器，只有隔離刀閘）而言，其上的電壓是自動化/監(jiān)控中心監(jiān)控的電壓點，如何真實的反應母線上的電壓尤為必要。由于采用了圖2的信號傳輸方式，110kV的TV合并器沒有將電壓送給進線2合并器，因此采用TV合并器提供電壓并列反映母線電壓則顯得比較困難，由于進線1、進線2測控均在備自投保護裝置內(nèi)實現(xiàn)，采取在備自投保護實現(xiàn)電壓并列、可真實地反映母線電壓。

實現(xiàn)電壓并列的方法首先是取并列前的電壓信號輸入進線1合并器，則備投獲取的電壓信號均為線路側(cè)的真實電壓。其次，對于I母、II母而言，母線上帶電是通過TV1重動、TV2重動信號（現(xiàn)場將斷路器及兩端的隔離刀閘合位串接后生成）及橋隔離刀閘合位信號實現(xiàn)電壓并列的。判據(jù)如下：

（1）TV 1重動、TV 2無重動、橋合，則將進線1電壓作為I母、II母電壓；

（2）TV 1重動、TV 2無重動、橋分，則將進線1電壓作為I母電壓，且II母無壓；

（3）TV 1無重動、TV 2重動、橋合，則將進線2電壓作為I母、II母電壓；

（4）TV 1無重動、TV 2重動、橋分，則將進線2電壓作為II母電壓，且I母無壓。

當采用進線測控/備投保護實現(xiàn)母線電壓并列時，可同時看到進線側(cè)2路電壓，同時也可實現(xiàn)對2路進線電壓的核相。

4 結束語

通過對目前運行中的變電站數(shù)字化改造需求分析、方案制定及信號處理實現(xiàn)的研究，采用數(shù)字化技術具有下述優(yōu)勢：

（1）有利于信號傳輸和處理。本方案充分利用了信號采集和傳輸?shù)臄?shù)字化特征，為多個保護測控設備設計了所需輸入的信號。

（2）可將多個功能在一個設備內(nèi)集成。例如，本方案中將110kV進線測控、備自投保護及110kV母線測控、TV并列等功能集成在備自投裝置內(nèi)，減少了母線測控等公用測控設備配置。

（3）信號傳輸方便，提供了豐富的監(jiān)視和監(jiān)控手段。數(shù)字式保護測控裝置可通過網(wǎng)絡接收多個過程層設備傳輸?shù)男盘枺欣趯崿F(xiàn)多個設備及狀態(tài)的監(jiān)控。

對于運行多年的常規(guī)變電站進行數(shù)字化改造，由于站內(nèi)一二次設備存在一些特殊的設計與應用，這將成為變電站數(shù)字化改造面臨的問題，需通過深入分析，制定可行的方案，方能滿足改造實施需求。

[1] 高翔.數(shù)字化變電站應用技術[M］.北京：中國電力出版社，2008.

[2] 張沛超，高翔.數(shù)字化變電站系統(tǒng)結構[J］.電網(wǎng)技術，2006，30（24）：74-77.

[3] 殷志良.數(shù)字化變電站中采樣值同步技術研究[J］.華東電力，2008，36(7)：38-41.