倪佳偉 ,申永成 ,蘇 斌 ,蘇 煒 ,王 帥
(1.華東電力設(shè)計院有限公司,上?!?00001;2.國網(wǎng)山東省電力公司,山東 濟南 250001;3.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院,山東 濟南 250021;4.國網(wǎng)山東省電力公司青州市供電公司,山東 濰坊 262500)
臨沂換流站與智圣500 kV變電站合址建設(shè),換流站500 kV母線采用GIS管母線與智圣500 kV變電站連接。這是繼換流站首次采用分層接入方案后,又一個首次在換流站工程采用的設(shè)計。針對臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站二次設(shè)計的特點,重點研究換流站與智圣500 kV交流站的站址合建后二次系統(tǒng)的設(shè)計方案[1]。
臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站合建后,兩站配電裝置按一體化布置,將由同一班運行人員進行運行管理。在臨沂換流站投運后,考慮兩站的運行管理由交流站切換到臨沂換流站,運行人員將搬遷至臨沂換流站主控樓內(nèi)辦公。
智圣500 kV變電站由華北網(wǎng)調(diào)、山東省調(diào)、山東備調(diào)及臨沂地調(diào)調(diào)度管理,由國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司(以下簡稱山東檢修公司)運行管理。調(diào)控數(shù)據(jù)分別送至山東省調(diào)、山東備調(diào)、臨沂地調(diào),為方便山東檢修公司的運行維護,遠動信息也送往山東檢修公司。
臨沂±800 kV換流站直接向國調(diào)中心 (含備調(diào))傳送其所需的遠動信息,并接受國調(diào)中心下達對直流輸電系統(tǒng)的控制命令。同時考慮為滿足網(wǎng)調(diào)、省調(diào)對換流站的監(jiān)視,臨沂換流站還將有關(guān)遠動信息同時送往華北網(wǎng)調(diào)(含備調(diào))和山東省調(diào)(含備調(diào))。考慮到跨大區(qū)直流輸電線路的控制要求,對側(cè)調(diào)度端需要本側(cè)的遠動信號,上海廟換流站的有關(guān)遠動信息應(yīng)傳送至華北網(wǎng)調(diào),同時臨沂換流站的有關(guān)遠動信息也應(yīng)傳送至西北網(wǎng)調(diào),這部分信號數(shù)據(jù)可以通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送。另外,臨沂換流站由山東檢修公司運行管理,還要將換流站遠動信息送至山東檢修公司及國網(wǎng)運行公司本部[2]。
因此,臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV交流站合建后,調(diào)度關(guān)系發(fā)生改變,與換流站相關(guān)的部分由國調(diào)和華北網(wǎng)調(diào)直接負(fù)責(zé)調(diào)度,智圣500 kV交流站的500 kV出線及220 kV部分由山東省調(diào)負(fù)責(zé)調(diào)度。
在500 kV智圣變電站工程中已經(jīng)配置一套變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng),按常規(guī)變電站設(shè)計。500 kV智圣變電站監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一依據(jù)DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建雙星形站控層網(wǎng)絡(luò)。繼電保護和故障信息管理子站通過雙網(wǎng)口、防火墻接入站控層網(wǎng)絡(luò)。
換流站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),整個系統(tǒng)由站控層、控制層以及就地層(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口設(shè)備)3層構(gòu)成。換流站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、站控層、控制層設(shè)備及數(shù)據(jù)采集層的設(shè)備均為雙重化冗余配置[2]。
換流站的控制系統(tǒng)在系統(tǒng)功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面均較變電站更為復(fù)雜,對信息的實時性要求更高。目前國內(nèi)換流站和變電站采用的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備在硬件配置、硬件平臺和軟件功能實現(xiàn)方式上均存在著較大差異。且換流站、變電站的控制操作必須在不同的運行人員工作站上進行,對運行人員帶來諸多不便。因此,提出臨沂換流站和智圣變電站監(jiān)控系統(tǒng)深度融合的要求,主要方案有3種。
方案1,交直流監(jiān)控系統(tǒng)獨立配置但統(tǒng)一畫面風(fēng)格方案。變電站和換流站監(jiān)控系統(tǒng)仍各自獨立建設(shè),但對其人機畫面風(fēng)格、事件報警等保持統(tǒng)一。該方案無需改變直流控制保護系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng)、變電站測控系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),但沒有從根本上解決換流站和變電站監(jiān)視、控制的集成,而且對變電站的監(jiān)控系統(tǒng)仍需要進行相關(guān)的開發(fā)工作。
方案2,變電站測控裝置按換流站原則建設(shè)方案。即智圣變電站測控裝置按直流工程的要求和技術(shù)原則配置,換流站和變電站監(jiān)控系統(tǒng)集成建設(shè)。從技術(shù)層面上來看,該方案實施難度較小,但本方案變電站監(jiān)控的測控單元需用換流站控制產(chǎn)品,且雙重化配置,設(shè)備費用較高。
方案3,交直流監(jiān)控系統(tǒng)集成方案。即換流站控制保護系統(tǒng)、變電站的測控裝置仍按原有的技術(shù)方案進行配置,但對換流站和變電站建設(shè)一套集成的監(jiān)控系統(tǒng)。集成的監(jiān)控系統(tǒng)既接入換流站控制保護系統(tǒng),也接入變電站的測控信息,通過集成的監(jiān)控系統(tǒng)對變電站和換流站的所有設(shè)備進行統(tǒng)一監(jiān)控。
基于換流站與變電站同期建設(shè)的進度計劃,對以上3種方案的實現(xiàn)難易程度、運維方便性、經(jīng)濟性等各個方面進行對比分析,方案1改動最小,但沒有實現(xiàn)監(jiān)控深度融合的目的。方案2監(jiān)控系統(tǒng)配置最全,監(jiān)控信息完整性最高,但經(jīng)濟性較差。方案3可以達到對變電站和換流站的所有設(shè)備進行統(tǒng)一集成監(jiān)控。
本期臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站的站址合建,智圣500 kV變電站將先于臨沂換流站投運。兩站合建后的遠動系統(tǒng)考慮換流站和變電站共用1套遠動裝置,并通過遠動裝置實現(xiàn)與調(diào)度端的通信交互。
在智圣500 kV變電站中,變電站側(cè)已配置2套獨立的山東電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備。接入路由器一,接入臨沂地區(qū)地調(diào)接入網(wǎng);接入路由器二,接入省調(diào)接入網(wǎng)[3]。
因換流站部分的調(diào)度關(guān)系與交流站部分不一樣,臨沂±800 kV換流站工程考慮新配置國調(diào)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備,利用國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將遠動信息、電能量信息、傳送至國調(diào)(包括備調(diào))、網(wǎng)調(diào)和省調(diào)的主站系統(tǒng)。換流站的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備為雙重化冗余配置,以滿足本站至相關(guān)各級調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余安全。換流站配置的2套國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備,以兩點就近接入國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在國調(diào)接入網(wǎng)和華北區(qū)域接入網(wǎng)。
智圣500 kV變電站已配置1套電能計量系統(tǒng),包括交流站范圍的計量關(guān)口表、考核電能表、電能量采集處理裝置等。變電站工程計量關(guān)口點設(shè)在500 kV主變高、中壓側(cè),計量關(guān)口點表計按單表配置。智圣站的計量關(guān)口點電量信息向山東省調(diào)傳送,電能量采集終端接至智圣站的省調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備,實現(xiàn)與省調(diào)電量主站系統(tǒng)(TMR)信息傳輸。
交直流合建后,全站的電能量表計數(shù)量將超過100只,全站電能表屏數(shù)量為17面。因各電能量采集終端服務(wù)器廠家在設(shè)備配置上存在差異,為保證信息上傳的精度,每個終端服務(wù)器配置的RS485/RS422接口數(shù)量及每路最多接入同類型電能表的數(shù)量有限,單套電能量采集終端服務(wù)器在容量及處理能力上不能滿足換流站及交流站的遠景建設(shè)規(guī)模的接入。因此,建議變電站和換流站均各自配置獨立的電能量計費系統(tǒng)。
工程實施時,交流站各繼電器小室內(nèi)關(guān)口表、電能表利用已有設(shè)備,交流站電能量采集終端接入交流站配置的省調(diào)數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備屏。換流站各繼電器小室內(nèi)新增的關(guān)口表、電能表通過RS485串口,經(jīng)光纜接至換流站站控制保護室的電能量采集終端,換流站電能量采集終端接入換流站內(nèi)國調(diào)數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備屏的II區(qū)交換機,從而將站內(nèi)所有電能表信息上傳至調(diào)度端。電能量采集終端信息同時接入換流站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)。
根據(jù)山東電網(wǎng)同步相量測量整體方案,智圣500 kV變電站已考慮配置1套同步相量測量系統(tǒng)子站。子站采用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與山東省調(diào)WAMS主站通信。智圣站同步相量測量系統(tǒng)子站,采用集中式布置,信息采集范圍主要接入500 kV系統(tǒng),包括主變壓器500 kV側(cè)、500 kV線路的三相電流和三相電壓、500 kV母線電壓等。
工程合建后,在換流站新建1套PMU系統(tǒng)。在換流站新建的1000kV繼電器室及新建500kV繼電器室各配置1面PMU采集屏,采集換流變1 000 kV/500 kV交流側(cè)、1 000 kV線路的三相電流和三相電壓。PMU主機通過光電裝換裝置及光纜接至換流站主控樓內(nèi)的國調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備屏,將同步相量信息發(fā)至國調(diào)調(diào)度端主站系統(tǒng)。
智圣500 kV變電站配置1套公用的時鐘同步系統(tǒng),主時鐘雙重化配置,另配置擴展裝置實現(xiàn)站內(nèi)所有對時設(shè)備的軟、硬對時。變電站站控層設(shè)備采用SNTP對時方式,間隔層和過程層設(shè)備采用IRIG-B(DC)時碼、1PPS 時間方式。
臨沂換流站與智圣500 kV變電站合建后,因新建繼電器室距離智圣站交流站的主控樓較遠,最遠的繼電器室距離約為1 300 m,對時鐘擴展裝置的對時精度有影響;且換流站的對時設(shè)備較多,對時鐘同步主鐘的容量及對時精度要求較高。則本工程在換流站新建1套時鐘同步系統(tǒng),主時鐘雙重化配置,支持北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)單向標(biāo)準(zhǔn)授時信號,優(yōu)先采用北斗系統(tǒng)。主時鐘布置在換流站主控樓內(nèi),在各換流站新建繼電器室及高端輔控樓內(nèi)配置時間同步擴展單元柜,時間同步擴展單元通過光纜接入換流站對時主鐘。
智圣500 kV變電站已配置1套保護及故障信息管理子站系統(tǒng)。各套交流保護裝置均通過雙以太網(wǎng)口、IEC-61850通信協(xié)議接入監(jiān)控系統(tǒng)的站控LAN網(wǎng)/站控層MMS網(wǎng)。每個小室的故障錄波器在小室內(nèi)單獨組錄波網(wǎng)后,再通過光以太網(wǎng)口、光纜接入保護及故障信息管理子站。保護子站通過雙網(wǎng)口、防火墻與站控LAN網(wǎng)/站控層MMS網(wǎng)相連,進而實現(xiàn)智圣500 kV變電站的保護裝置、故障錄波器、保護子站、監(jiān)控系統(tǒng)的信息共享。保護子站經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng),將保護動作和故障錄波等信息分別傳送至山東省調(diào)的保護及故障信息管理主站系統(tǒng)。
臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站合建,需要采集和處理的保護和故障錄波信息量非常大,全站遠景的交直流保護、錄波裝置數(shù)量將超過225臺,這對子站服務(wù)器的處理能力要求很高,且通過1臺子站服務(wù)器將全站信息上傳至調(diào)度端比較困難,會造成調(diào)度端無法順利調(diào)取保護及錄波信息。因此,換流站和變電站均各自配置獨立的保護及故障信息管理子站系統(tǒng)。
換流站直流保護、交流濾波器保護、直流故障錄波器、1 000 kV場地的保護和故障錄波器等直接接至換流站保護及故障信息管理子站系統(tǒng);與高端換流變、交流濾波器相關(guān)的500 kV第6~9串的保護、故障錄波器也接至換流站保護及故障信息管理子站系統(tǒng)。500 kV第1~5串的保護、故障錄波器及500 kV母線保護等仍接至智圣500 kV變電站保護子站系統(tǒng)。
臨沂±800 kV換流站保護子站系統(tǒng)采集換流站內(nèi)的相關(guān)保護、錄波信息后,通過網(wǎng)線接入換流站內(nèi)配置的國調(diào)數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備屏的II區(qū)交換機,從而將保護及錄波信息送至國調(diào)和華北網(wǎng)調(diào)相關(guān)主站端。
特高壓換流站的站用電的控制系統(tǒng)與保護裝置為分別配置,不共用I/O數(shù)據(jù)采集單元。特高壓換流站的站用電監(jiān)控系統(tǒng)配置單獨的主機,雙重化設(shè)計。站用電保護按各保護區(qū)域單獨組屏。500 kV站用變保護按元件單獨配置,雙重化設(shè)計;35 kV站用變保護按元件單獨配置,單重化設(shè)計;10 kV系統(tǒng)按母線和出線單重化配置保護裝置,與10 kV開關(guān)柜共同組屏。
因智圣500 kV變電站將先行建設(shè),故兩站合用的站用電高壓系統(tǒng)將有智圣站獨用的過渡狀態(tài)及智圣站、臨沂站合用的最終狀態(tài)。兩個階段35 kV、10 kV站用變壓器的保護配置方案如下。
過渡階段(智圣站獨用)。本階段,智圣站2組主變35 kV側(cè)分別接1臺35 kV/10 kV工作站用變,外引1路35 kV電源至智圣站站內(nèi),并接1臺35 kV/10 kV備用站用變;智圣站在3臺35 kV/10 kV站用變下各接1臺10 kV/400 V站用變壓器作為自用站內(nèi)交流電源。35 kV/10 kV站用變與10 kV/400 V站用變壓器之間通過電纜連接,沒有配置斷路器及電流互感器。
過渡階段,每組35 kV/10 kV與10 kV/400 V站用變壓器組配置1套35 kV站用變壓器保護裝置,主要包括以下保護功能:差動保護、高壓側(cè)過流保護、低壓側(cè)過流保護、過負(fù)荷保護、零序電流保護及非電量保護等。35 kV站用變壓器保護裝置在智圣500 kV變電站中建設(shè)。
最終狀態(tài) (兩站合用)。智圣站2組主變35 kV側(cè)分別接1臺35 kV/10 kV工作站用變,外引1路35kV電源至智圣站站內(nèi),并接1臺35 kV/10 kV備用站用變。3臺站用變10 kV側(cè)各通過電纜引至臨沂站內(nèi)10 kV母線,臨沂站內(nèi)10 kV母線上除接臨沂站自用的10 kV/400 V分站用變外,3段母線(2工作1備)還各自引1路10 kV電源返給智圣站,接智圣站內(nèi)的10 kV/400 V站用變壓器。
對于35 kV/10 kV站用變,利用過渡階段已配置的35 kV站用變壓器保護裝置,但保護裝置的低壓側(cè)電流需改接至10 kV進線開關(guān)柜。
對于10 kV/400 V站用變,各配置1套主后備保護裝置,分散放置于各10 kV開關(guān)柜內(nèi),主要保護功能包括:差動保護、過流保護、過負(fù)荷保護、零序過流保護及非電量保護等。
10 kV開關(guān)柜內(nèi)其他保護按常規(guī)直流工程的模式配置。10 kV母線設(shè)備保護裝置分散放置于各10 kV母線開關(guān)柜內(nèi),包含有:電流速斷、過電流、低電壓等保護功能。10 kV分段保護裝置分散放置于各10kV分段柜內(nèi),含過電流保護等保護功能。10 kV進線開關(guān)柜保護分散放置于各10 kV進線柜內(nèi),包含有:電流速斷保護等保護功能[4]。
智圣500 kV變電站工程中配置了主變壓器油色譜、500 kV和220 kV避雷器泄漏電流和動作次數(shù)等在線監(jiān)測裝置。在線監(jiān)測系統(tǒng)接入智圣交流站站控層的綜合應(yīng)用服務(wù)器,規(guī)約符合DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)。
本期換流站與智圣變電站合建,交直流合建站規(guī)模龐大,設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的信息量也非常大,對服務(wù)器的處理能力要求很高,因此換流站單獨配置1套一體化在線集中監(jiān)測系統(tǒng)后臺,實現(xiàn)對全站主要一次設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)分析結(jié)果的集中監(jiān)視功能。一體化在線集中監(jiān)測系統(tǒng)主要由綜合處理單元、在線監(jiān)測子站及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成,規(guī)約采用DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)。一體化在線集中監(jiān)測系統(tǒng)后臺容量需考慮交直流合建后的遠景規(guī)模。
兩站合建后,通過光纜將智圣500 kV變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組網(wǎng)交換機與換流站狀態(tài)監(jiān)測屏的組網(wǎng)交換機進行級聯(lián),將智圣500 kV交流站內(nèi)所有采集的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)全部送至換流站配置的一體化在線監(jiān)測系統(tǒng),再統(tǒng)一送至各調(diào)度端主站。
在智圣500 kV變電站工程中配置1套智能輔助控制系統(tǒng),接入交流站圖像監(jiān)視系統(tǒng)、安全警衛(wèi)系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測等輔助系統(tǒng)的信息。交流站按現(xiàn)有規(guī)模設(shè)置圖像監(jiān)視系統(tǒng)及安全警衛(wèi)系統(tǒng);在500 kV、220 kV戶外配電裝置、主變及無功設(shè)備、220 kV保護小室、500 kV及主變小室、圍墻等重要區(qū)域和地點設(shè)置安全防護設(shè)施及圖像監(jiān)視設(shè)備,并設(shè)置電子圍欄和室內(nèi)門禁設(shè)備。智圣500 kV變電站在警衛(wèi)室內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報警控制器,并在主控制室、計算機室、繼電器室、通信機房、蓄電池室、500 kV變壓器(采用感溫電纜探測)等火災(zāi)探測區(qū)域配置火災(zāi)報警探測器。
交直流合建后,在換流站內(nèi)新建智能輔助系統(tǒng)平臺主機及各子系統(tǒng)設(shè)備。在1 000 kV、500 kV交流場、直流場戶外配電裝置及換流變、主控樓、輔控樓、綜合樓、閥廳、保護小室、圍墻等重要區(qū)域和地點設(shè)置視頻監(jiān)控設(shè)備;在新建圍墻上擴建電子圍欄;在本次新建建筑物出入口全部設(shè)置門禁裝置;在換流站范圍內(nèi)新增環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。另外,兩站合建后,運行人員將搬遷至臨沂換流站主控樓內(nèi)辦公,則換流站主控室內(nèi)需增加相關(guān)的工作站及大屏幕顯示器。合建后將智圣站的已有智能輔助設(shè)備接入換流站的智能輔助控制系統(tǒng)主機;全站視頻監(jiān)控需通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至國調(diào)。
在換流站內(nèi)新配置1套火災(zāi)探測報警系統(tǒng),火災(zāi)報警控制器的容量、性能要求及相應(yīng)接口均按照換流站交直流合建的終期建設(shè)規(guī)??紤],各類探測器按本期規(guī)模配置。智圣變電站的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)備已按變電站現(xiàn)有規(guī)模配置,與換流站合建后,如換流站火災(zāi)報警系統(tǒng)與智圣站同一廠家,則智圣站火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器可作為區(qū)域控制器,接入換流站火災(zāi)報警系統(tǒng)主機。如設(shè)備為不同廠家,火災(zāi)報警系統(tǒng)主機間存在通信接口問題,則考慮將智圣站已由火災(zāi)報警系統(tǒng)控制器搬遷至換流站主控樓,并將火災(zāi)信號送至換流站主控盤及換流站SCADA系統(tǒng)。
由于換流站面積很大,全站配置1套廣播呼叫系統(tǒng),由前置放大器、功率放大器、廣播呼叫站、音源設(shè)備、話筒、揚聲器和連接外部系統(tǒng)的高電、低電平的接口等設(shè)備組成。
換流站內(nèi)廣播呼叫系統(tǒng)的設(shè)置區(qū)域應(yīng)包括:主控樓、輔控樓、綜合樓、GIS室、備品備件庫、高、低端閥廳、繼電器室、綜合泵房、消防泵房、站用電室、警衛(wèi)室、特殊材料庫、交流濾波器場、直流場等區(qū)域。
智圣500 kV變電站未配置廣播呼叫系統(tǒng),為便于統(tǒng)一管理和巡視,在兩站合建后,交流站內(nèi)應(yīng)增加相應(yīng)的呼叫系統(tǒng)前端設(shè)備,并接入換流站的呼叫主機。
確定了臨沂±800 kV換流站與智圣500 kV變電站合建后二次系統(tǒng)設(shè)計的方案,對合建后的二次系統(tǒng)進行了描述,并提出了合建過程中過渡階段的系統(tǒng)設(shè)計。對合建后的各二次子系統(tǒng)進行了論述,系首次在換流站工程采用的設(shè)計方案。
[1]劉振亞.國家電網(wǎng)公司特高壓直流輸電工程通用設(shè)計±800 kV換流站分冊[M].北京:中國電力出版社,2013.
[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.±800 kV直流換流站設(shè)計規(guī)范:GB/T 50789—2012[S].北京:中國計劃出版社,2012.
[3]電力行業(yè)電力規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.高壓直流換流站設(shè)計技術(shù)規(guī)定:DL/T 5223—2005[S].北京:中國電力出版社,2005.
[4]全國量度繼電器和保護設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化委員會靜態(tài)繼電保護裝置分標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程:GB 14285—2006[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.