魯東海，蘇 麟，婁 悅

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 211102)

目前，在國(guó)家電網(wǎng)公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)網(wǎng)公司）主導(dǎo)的智能變電站試點(diǎn)站建設(shè)中，關(guān)于保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量等裝置的電壓電流輸入有電子式互感器+合并單元輸入[1]、常規(guī)互感器+合并單元輸入[2]及直接由常規(guī)互感器輸入[3]3種模式。在試點(diǎn)站建設(shè)過(guò)程中，電子式互感器暴露出較多的問(wèn)題[4，5]，變電站設(shè)計(jì)與運(yùn)行人員越來(lái)越傾向于采用后2種方式。國(guó)網(wǎng)公司《智能變電站通用設(shè)計(jì)》中推薦采用常規(guī)互感器+合并單元的設(shè)計(jì)方案[6]，但在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，合并單元設(shè)置與否與一次配電裝置形式、二次設(shè)備布置方式等因素密切相關(guān)。根據(jù)智能變電站實(shí)際工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)采用常規(guī)互感器的智能變電站中合并單元設(shè)置與不設(shè)置的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和比較，并提出了智能變電站合并單元是否設(shè)置的合理建議。

1 智能變電站合并單元設(shè)置與否的設(shè)計(jì)方案

當(dāng)智能變電站采用常規(guī)互感器+合并單元(即設(shè)置合并單元)的設(shè)計(jì)方案時(shí)，根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》以及目前智能變電站的實(shí)現(xiàn)方式，合并單元至保護(hù)按點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采樣，至測(cè)控、計(jì)量、故障錄波等按網(wǎng)絡(luò)模式采樣[7]。智能變電站為戶(hù)內(nèi)站時(shí)，合并單元通常安裝在配電裝置智能控制柜內(nèi)或斷路器端子箱內(nèi)；智能變電站為戶(hù)外站時(shí)，合并單元可安裝在配電裝置智能控制柜內(nèi)或斷路器端子箱內(nèi)，也可集中組屏安裝在繼電器小室內(nèi)。智能變電站不設(shè)置合并單元時(shí)，保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、故障錄波等裝置模擬量輸入與常規(guī)變電站相同。

2 合并單元設(shè)置與否的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 設(shè)置合并單元的優(yōu)缺點(diǎn)

合并單元就地安裝時(shí)，有如下主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）互感器與合并單元距離較近，不必用鎧裝電纜連接，可采用電纜穿保護(hù)套管，減少控制電纜用量。

（2）互感器二次容量可減小為10 V·A，減小了互感器體積，節(jié)省了互感器布置空間。

合并單元繼電器小室安裝時(shí)，有如下主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）在同一控制室或繼電器小室內(nèi)，設(shè)備之間可采用帶ST頭的室內(nèi)尾纜或尾纖連接，施工方便，避免了使用長(zhǎng)距離的光纜，且減少了光纜熔接的施工量。

（2）保護(hù)裝置、合并單元均位于同一面屏或同一小室，保護(hù)裝置的校驗(yàn)十分方便。

（3）合并單元集中組屏安裝在繼電器小室內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境優(yōu)越，可配置液晶顯示器顯示較大的信息量，無(wú)需借助PC機(jī)及相應(yīng)軟件即可查看信息，合并單元的使用壽命較長(zhǎng)。

無(wú)論合并單元就地安裝還是繼電器小室安裝，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即線路保護(hù)與母線保護(hù)可共用一個(gè)電流互感器保護(hù)次級(jí)，減少了電流互感器次級(jí)數(shù)量。

當(dāng)合并單元就地安裝時(shí)，其缺點(diǎn)如下：

（1）按目前智能變電站的實(shí)現(xiàn)方式，戶(hù)外就地安裝的合并單元需通過(guò)鎧裝光纜熔接至室內(nèi)的所有接收裝置（如保護(hù)、測(cè)控、交換機(jī)等）。由于接收端二次設(shè)備的物理位置較為分散，在室內(nèi)熔接端光纖需考慮多個(gè)走向，光纖熔接及相關(guān)的布線工作較為繁瑣，熔接工作量較大。

（2）在目前的智能變電站中，從合并單元端輸入數(shù)據(jù)校驗(yàn)保護(hù)裝置較為合理，可校驗(yàn)從合并單元至保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、故障錄波等所有合并單元后端裝置通信回路的正確性。目前雖有數(shù)字化校驗(yàn)器，但均為基于接收端設(shè)計(jì)，繞過(guò)了合并單元，直接從保護(hù)接入，這種方式僅能驗(yàn)證保護(hù)，不能對(duì)整個(gè)采樣值回路進(jìn)行校驗(yàn)。如需從合并單元端輸入數(shù)據(jù)，由于保護(hù)在主控室，合并單元在就地，保護(hù)試驗(yàn)至少需室內(nèi)外兩人配合進(jìn)行。

（3）合并單元就地安裝，為延長(zhǎng)合并單元的使用壽命，對(duì)于在冬季寒冷地區(qū)和夏季炎熱地區(qū)控制柜的材料及結(jié)構(gòu)、溫濕度調(diào)節(jié)性能、溫濕度告警功能、機(jī)械性能、絕緣性能及防護(hù)等級(jí)等的技術(shù)要求較高。智能控制柜應(yīng)能適應(yīng)各種氣候環(huán)境，其內(nèi)部的溫度、濕度應(yīng)可調(diào)，其造價(jià)將升高。

當(dāng)合并單元繼電器小室安裝，其缺點(diǎn)如下：

（1）互感器與合并單元距離較遠(yuǎn)，二者需用鎧裝電纜接至小室內(nèi)，使用的控制電纜較長(zhǎng)。

（2）合并單元與保護(hù)測(cè)控等二次設(shè)備集中組屏，安裝在繼電器小室內(nèi)，若合并單元單獨(dú)組屏，則使二次設(shè)備屏柜的數(shù)量增加，建筑面積增大；若合并單元與其他二次設(shè)備共同組屏，則由于生產(chǎn)廠家的不同而存在設(shè)備安裝配合問(wèn)題，增加協(xié)調(diào)工作量。

2.2 不設(shè)置合并單元的優(yōu)缺點(diǎn)

不設(shè)置合并單元的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）保護(hù)、測(cè)控、錄波、計(jì)量所需模擬量采用傳統(tǒng)電纜接線回路，減少了模擬量傳輸中間環(huán)節(jié)，減少了設(shè)備安裝、調(diào)試、維護(hù)工作。

（2）減少了合并單元安裝位置，節(jié)省了布置空間。不設(shè)置合并單元的缺點(diǎn)如下：

（1）采用傳統(tǒng)電纜接線回路，每個(gè)裝置都要使用較長(zhǎng)的控制電纜與互感器連接，且電壓電流回路所用控制電纜截面一般需采用4 mm2和6 mm2高規(guī)格的鎧裝電纜，增加了電纜用量及銅等有色金屬用量。

（2）由于電纜增加，相應(yīng)電纜溝規(guī)格也需恢復(fù)到傳統(tǒng)的1100 mm×1000 mm規(guī)格的電纜溝，電纜支架規(guī)格亦相應(yīng)增加。

（3）對(duì)于母線保護(hù)、故障錄波等需接入多個(gè)間隔模擬量的裝置來(lái)說(shuō)，柜內(nèi)電纜接線較采用合并單元時(shí)明顯增加，且電纜集中，增加了施工難度。

（4）取消合并單元后，模擬量的傳輸仍采用傳統(tǒng)的鎧裝屏蔽控制電纜，若電纜屏蔽出現(xiàn)問(wèn)題，則可能把高壓場(chǎng)地的電磁干擾傳導(dǎo)至二次設(shè)備，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或二次設(shè)備故障。

（5）目前，采用GOOSE網(wǎng)輸入的產(chǎn)品尚不成熟，許多工程都要臨時(shí)定制、研發(fā)，工程周期長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量、性能不穩(wěn)定，型號(hào)種類(lèi)多，后期升級(jí)、改造、維護(hù)困難。

（6）與設(shè)置合并單元相比較，增加了電流互感器保護(hù)次級(jí)數(shù)量，同時(shí)增加了互感器二次容量伏安數(shù)。

通過(guò)上述分析可以看出，當(dāng)變電站為全戶(hù)內(nèi)GIS變電站時(shí)，配置合并單元較合理；當(dāng)變電站為敞開(kāi)式AIS變電站時(shí)，不配置合并單元較合理；當(dāng)變電站為為戶(hù)外GIS或HGIS變電站時(shí)，需要根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行比較確定是否配置合并單元。

3 工程實(shí)例綜合比較

以某500kV變電站中戶(hù)外220kV GIS建設(shè)方案為例，對(duì)合并單元設(shè)置與不設(shè)置2種方式下的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較。

該500kV智能變電站戶(hù)外220kV GIS電氣一次接線及規(guī)模如下：2臺(tái)主變，220kV出線12回、220kV采用雙母雙分段接線；遠(yuǎn)景規(guī)模4臺(tái)主變，220kV出線12回，220kV系統(tǒng)采用常規(guī)互感器。

全站采用基于DL/T 860（IEC 61850）標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)置合并單元時(shí)，每個(gè)間隔合并單元按雙重化配置，保護(hù)裝置采樣采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，測(cè)控、錄波、計(jì)量裝置采樣采用網(wǎng)絡(luò)方式。保護(hù)、測(cè)控、錄波、計(jì)量及對(duì)時(shí)裝置均集中布置于二次設(shè)備室，合并單元、智能終端下放布置于戶(hù)外智能控制柜內(nèi)。當(dāng)不設(shè)置合并單元時(shí)，保護(hù)、測(cè)控、錄波、計(jì)量裝置采樣直接由互感器輸入，二次設(shè)備布置方式同設(shè)置合并單元。技術(shù)指標(biāo)比較如表1所示，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較如表2～4所示。

表1 合并單元設(shè)置與不設(shè)置方式的技術(shù)指標(biāo)比較

在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中，主要設(shè)備及材料件價(jià)格參考了電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院限額設(shè)計(jì)控制指標(biāo)及某二次設(shè)備生產(chǎn)廠的報(bào)價(jià)[8]。另外，為解決合并單元至戶(hù)內(nèi)接收端二次設(shè)備物理位置較分散，合并單元至戶(hù)內(nèi)光纖需考慮多個(gè)走向，光纖熔接、布線工作較為繁瑣的問(wèn)題，該工程采用從合并單元敷設(shè)1根12芯光纜至戶(hù)內(nèi)過(guò)程層交換機(jī)柜，小室內(nèi)保護(hù)（含線路保護(hù)和母線保護(hù)）、測(cè)控、計(jì)量、故障錄波所需數(shù)據(jù)由戶(hù)內(nèi)過(guò)程層交換機(jī)柜光配單元轉(zhuǎn)接，同時(shí)合并單元的對(duì)時(shí)亦從戶(hù)內(nèi)過(guò)程層交換機(jī)柜轉(zhuǎn)接再通過(guò)該光纜下方的方案，該方案優(yōu)點(diǎn)有二：一是戶(hù)內(nèi)轉(zhuǎn)接可采用帶ST頭的室內(nèi)尾纜或尾纖連接，施工方便，減少了熔接工作量；二是戶(hù)內(nèi)至戶(hù)外只需敷設(shè)2根12芯光纜（A、B網(wǎng)各1根），接線清晰，施工維護(hù)方便。表2中至戶(hù)外智能控制柜光纜的數(shù)量比較即是基于上述方案做出的。

表2 1個(gè)典型220kV間隔的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較 萬(wàn)元

表3 母線保護(hù)與故障錄波及母線PT的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較 萬(wàn)元

表4 總經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較 萬(wàn)元

由表1可以看出，以該變電站220kV一、二次設(shè)備的布置方式，不設(shè)置合并單元在技術(shù)指標(biāo)上有較多優(yōu)勢(shì)，其劣勢(shì)主要是使用電纜較多，母線保護(hù)、故障錄波屏內(nèi)接線較多，及電纜溝規(guī)格相應(yīng)變大。由表（2—4）可以看出，設(shè)置合并單元在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上較有優(yōu)勢(shì)，雖然在合并單元裝置、光纜熔接施工上增加了費(fèi)用，但在電纜、電纜溝及支架、母線保護(hù)、故障錄波等方面節(jié)約了費(fèi)用和工程量。綜合以上因素該工程不設(shè)置合并單元，雖然在投資上有所增加，但技術(shù)上更加可靠合理，因此建議該工程采用不設(shè)置合并單元的方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能變電站中合并單元設(shè)置與不設(shè)置2種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，影響合并單元設(shè)置與否的主要因素有：一次配電裝置形式，如敞開(kāi)式還是GIS，戶(hù)內(nèi)布置還是戶(hù)外布置等；二次設(shè)備布置方式，如保護(hù)、測(cè)控等裝置就地布置還是集中布置；合并單元就地布置還是繼電器小室布置；安裝、調(diào)試、維護(hù)的合理性及方便性；經(jīng)濟(jì)性，如投資費(fèi)用、節(jié)約占地、減少耗材及環(huán)保節(jié)能等。

結(jié)合工程實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較提出了符合該站的方案，為今后類(lèi)似工程提供了很好的借鑒。

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[4]葛遺莉，葛 慧，魯大勇.數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)、運(yùn)行中面臨的問(wèn)題[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，30(12)：113-116.

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[6]劉震亞主編.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110(66)～750kV智能變電站部分(2011年版)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[7]Q／GDW 441—2010，智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[8]電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.電網(wǎng)工程限額設(shè)計(jì)控制指標(biāo)（2009年水平）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.