交直流站址合建中二次系统设计

倪佳伟 ，申永成 ，苏　斌 ，苏　炜 ，王　帅

（1.华东电力设计院有限公司，上海　200001；2.国网山东省电力公司，山东　济南　250001；3.国网山东省电力公司经济技术研究院，山东　济南　250021；4.国网山东省电力公司青州市供电公司，山东　潍坊　262500）

0　引言

临沂换流站与智圣500 kV变电站合址建设，换流站500 kV母线采用GIS管母线与智圣500 kV变电站连接。这是继换流站首次采用分层接入方案后，又一个首次在换流站工程采用的设计。针对临沂±800 kV换流站与智圣500 kV变电站二次设计的特点，重点研究换流站与智圣500 kV交流站的站址合建后二次系统的设计方案[1]。

1　运行管理及调度原则

1.1　运行管理

临沂±800 kV换流站与智圣500 kV变电站合建后，两站配电装置按一体化布置，将由同一班运行人员进行运行管理。在临沂换流站投运后，考虑两站的运行管理由交流站切换到临沂换流站，运行人员将搬迁至临沂换流站主控楼内办公。

1.2　调度关系

智圣500 kV变电站由华北网调、山东省调、山东备调及临沂地调调度管理，由国网山东省电力公司检修公司（以下简称山东检修公司）运行管理。调控数据分别送至山东省调、山东备调、临沂地调，为方便山东检修公司的运行维护，远动信息也送往山东检修公司。

临沂±800 kV换流站直接向国调中心 （含备调）传送其所需的远动信息，并接受国调中心下达对直流输电系统的控制命令。同时考虑为满足网调、省调对换流站的监视，临沂换流站还将有关远动信息同时送往华北网调（含备调）和山东省调（含备调）。考虑到跨大区直流输电线路的控制要求，对侧调度端需要本侧的远动信号，上海庙换流站的有关远动信息应传送至华北网调，同时临沂换流站的有关远动信息也应传送至西北网调，这部分信号数据可以通过电力数据网传送。另外，临沂换流站由山东检修公司运行管理，还要将换流站远动信息送至山东检修公司及国网运行公司本部[2]。

因此，临沂±800 kV换流站与智圣500 kV交流站合建后，调度关系发生改变，与换流站相关的部分由国调和华北网调直接负责调度，智圣500 kV交流站的500 kV出线及220 kV部分由山东省调负责调度。

2　计算机监控系统

在500 kV智圣变电站工程中已经配置一套变电站计算机监控系统，按常规变电站设计。500 kV智圣变电站监控系统统一依据DL／T 860标准构建双星形站控层网络。继电保护和故障信息管理子站通过双网口、防火墙接入站控层网络。

换流站计算机监控系统采用分层分布式结构，整个系统由站控层、控制层以及就地层（数据采集系统接口设备）3层构成。换流站计算机监控系统网络、站控层、控制层设备及数据采集层的设备均为双重化冗余配置[2]。

换流站的控制系统在系统功能、系统结构等方面均较变电站更为复杂，对信息的实时性要求更高。目前国内换流站和变电站采用的监控系统设备在硬件配置、硬件平台和软件功能实现方式上均存在着较大差异。且换流站、变电站的控制操作必须在不同的运行人员工作站上进行，对运行人员带来诸多不便。因此，提出临沂换流站和智圣变电站监控系统深度融合的要求，主要方案有3种。

方案1，交直流监控系统独立配置但统一画面风格方案。变电站和换流站监控系统仍各自独立建设，但对其人机画面风格、事件报警等保持统一。该方案无需改变直流控制保护系统及其监控系统、变电站测控系统及其监控系统的结构，但没有从根本上解决换流站和变电站监视、控制的集成，而且对变电站的监控系统仍需要进行相关的开发工作。

方案2，变电站测控装置按换流站原则建设方案。即智圣变电站测控装置按直流工程的要求和技术原则配置，换流站和变电站监控系统集成建设。从技术层面上来看，该方案实施难度较小，但本方案变电站监控的测控单元需用换流站控制产品，且双重化配置，设备费用较高。

方案3，交直流监控系统集成方案。即换流站控制保护系统、变电站的测控装置仍按原有的技术方案进行配置，但对换流站和变电站建设一套集成的监控系统。集成的监控系统既接入换流站控制保护系统，也接入变电站的测控信息，通过集成的监控系统对变电站和换流站的所有设备进行统一监控。

基于换流站与变电站同期建设的进度计划，对以上3种方案的实现难易程度、运维方便性、经济性等各个方面进行对比分析，方案1改动最小，但没有实现监控深度融合的目的。方案2监控系统配置最全，监控信息完整性最高，但经济性较差。方案3可以达到对变电站和换流站的所有设备进行统一集成监控。

3　调度自动化

3.1　远动方案

本期临沂±800 kV换流站与智圣500 kV变电站的站址合建，智圣500 kV变电站将先于临沂换流站投运。两站合建后的远动系统考虑换流站和变电站共用1套远动装置，并通过远动装置实现与调度端的通信交互。

3.2　电力调度数据网

在智圣500 kV变电站中，变电站侧已配置2套独立的山东电力调度数据网接入设备。接入路由器一，接入临沂地区地调接入网；接入路由器二，接入省调接入网[3]。

因换流站部分的调度关系与交流站部分不一样，临沂±800 kV换流站工程考虑新配置国调的调度数据网络接入设备，利用国家电力调度数据网络将远动信息、电能量信息、传送至国调（包括备调）、网调和省调的主站系统。换流站的数据网络接入设备为双重化冗余配置，以满足本站至相关各级调度的网络链路冗余安全。换流站配置的2套国家电力调度数据网络接入设备，以两点就近接入国家电力调度数据网络在国调接入网和华北区域接入网。

3.3　电能量计量厂站系统

智圣500 kV变电站已配置1套电能计量系统，包括交流站范围的计量关口表、考核电能表、电能量采集处理装置等。变电站工程计量关口点设在500 kV主变高、中压侧，计量关口点表计按单表配置。智圣站的计量关口点电量信息向山东省调传送，电能量采集终端接至智圣站的省调调度数据网设备，实现与省调电量主站系统（TMR）信息传输。

交直流合建后，全站的电能量表计数量将超过100只，全站电能表屏数量为17面。因各电能量采集终端服务器厂家在设备配置上存在差异，为保证信息上传的精度，每个终端服务器配置的RS485／RS422接口数量及每路最多接入同类型电能表的数量有限，单套电能量采集终端服务器在容量及处理能力上不能满足换流站及交流站的远景建设规模的接入。因此，建议变电站和换流站均各自配置独立的电能量计费系统。

工程实施时，交流站各继电器小室内关口表、电能表利用已有设备，交流站电能量采集终端接入交流站配置的省调数据网接入设备屏。换流站各继电器小室内新增的关口表、电能表通过RS485串口，经光缆接至换流站站控制保护室的电能量采集终端，换流站电能量采集终端接入换流站内国调数据网接入设备屏的II区交换机，从而将站内所有电能表信息上传至调度端。电能量采集终端信息同时接入换流站内监控系统。

3.4　相量测量系统

根据山东电网同步相量测量整体方案，智圣500 kV变电站已考虑配置1套同步相量测量系统子站。子站采用电力调度数据网与山东省调WAMS主站通信。智圣站同步相量测量系统子站，采用集中式布置，信息采集范围主要接入500 kV系统，包括主变压器500 kV侧、500 kV线路的三相电流和三相电压、500 kV母线电压等。

工程合建后，在换流站新建1套PMU系统。在换流站新建的1000kV继电器室及新建500kV继电器室各配置1面PMU采集屏，采集换流变1 000 kV／500 kV交流侧、1 000 kV线路的三相电流和三相电压。PMU主机通过光电装换装置及光缆接至换流站主控楼内的国调调度数据网接入设备屏，将同步相量信息发至国调调度端主站系统。

3.5　时钟同步系统

智圣500 kV变电站配置1套公用的时钟同步系统，主时钟双重化配置，另配置扩展装置实现站内所有对时设备的软、硬对时。变电站站控层设备采用SNTP对时方式，间隔层和过程层设备采用IRIG-B（DC）时码、1PPS 时间方式。

临沂换流站与智圣500 kV变电站合建后，因新建继电器室距离智圣站交流站的主控楼较远，最远的继电器室距离约为1 300 m，对时钟扩展装置的对时精度有影响；且换流站的对时设备较多，对时钟同步主钟的容量及对时精度要求较高。则本工程在换流站新建1套时钟同步系统，主时钟双重化配置，支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号，优先采用北斗系统。主时钟布置在换流站主控楼内，在各换流站新建继电器室及高端辅控楼内配置时间同步扩展单元柜，时间同步扩展单元通过光缆接入换流站对时主钟。

4　继电保护系统

4.1　保护及故障信息管理子站

智圣500 kV变电站已配置1套保护及故障信息管理子站系统。各套交流保护装置均通过双以太网口、IEC-61850通信协议接入监控系统的站控LAN网／站控层MMS网。每个小室的故障录波器在小室内单独组录波网后，再通过光以太网口、光缆接入保护及故障信息管理子站。保护子站通过双网口、防火墙与站控LAN网／站控层MMS网相连，进而实现智圣500 kV变电站的保护装置、故障录波器、保护子站、监控系统的信息共享。保护子站经调度数据网，将保护动作和故障录波等信息分别传送至山东省调的保护及故障信息管理主站系统。

临沂±800 kV换流站与智圣500 kV变电站合建，需要采集和处理的保护和故障录波信息量非常大，全站远景的交直流保护、录波装置数量将超过225台，这对子站服务器的处理能力要求很高，且通过1台子站服务器将全站信息上传至调度端比较困难，会造成调度端无法顺利调取保护及录波信息。因此，换流站和变电站均各自配置独立的保护及故障信息管理子站系统。

换流站直流保护、交流滤波器保护、直流故障录波器、1 000 kV场地的保护和故障录波器等直接接至换流站保护及故障信息管理子站系统；与高端换流变、交流滤波器相关的500 kV第6～9串的保护、故障录波器也接至换流站保护及故障信息管理子站系统。500 kV第1～5串的保护、故障录波器及500 kV母线保护等仍接至智圣500 kV变电站保护子站系统。

临沂±800 kV换流站保护子站系统采集换流站内的相关保护、录波信息后，通过网线接入换流站内配置的国调数据网接入设备屏的II区交换机，从而将保护及录波信息送至国调和华北网调相关主站端。

4.2　站用电保护

4.2.1　站用电保护总体配置

特高压换流站的站用电的控制系统与保护装置为分别配置，不共用I／O数据采集单元。特高压换流站的站用电监控系统配置单独的主机，双重化设计。站用电保护按各保护区域单独组屏。500 kV站用变保护按元件单独配置，双重化设计；35 kV站用变保护按元件单独配置，单重化设计；10 kV系统按母线和出线单重化配置保护装置，与10 kV开关柜共同组屏。

4.2.2　站用变压器保护配置方案

因智圣500 kV变电站将先行建设，故两站合用的站用电高压系统将有智圣站独用的过渡状态及智圣站、临沂站合用的最终状态。两个阶段35 kV、10 kV站用变压器的保护配置方案如下。

过渡阶段（智圣站独用）。本阶段，智圣站2组主变35 kV侧分别接1台35 kV／10 kV工作站用变，外引1路35 kV电源至智圣站站内，并接1台35 kV／10 kV备用站用变；智圣站在3台35 kV／10 kV站用变下各接1台10 kV／400 V站用变压器作为自用站内交流电源。35 kV／10 kV站用变与10 kV／400 V站用变压器之间通过电缆连接，没有配置断路器及电流互感器。

过渡阶段，每组35 kV／10 kV与10 kV／400 V站用变压器组配置1套35 kV站用变压器保护装置，主要包括以下保护功能：差动保护、高压侧过流保护、低压侧过流保护、过负荷保护、零序电流保护及非电量保护等。35 kV站用变压器保护装置在智圣500 kV变电站中建设。

最终状态 （两站合用）。智圣站2组主变35 kV侧分别接1台35 kV／10 kV工作站用变，外引1路35kV电源至智圣站站内，并接1台35 kV／10 kV备用站用变。3台站用变10 kV侧各通过电缆引至临沂站内10 kV母线，临沂站内10 kV母线上除接临沂站自用的10 kV／400 V分站用变外，3段母线（2工作1备）还各自引1路10 kV电源返给智圣站，接智圣站内的10 kV／400 V站用变压器。

对于35 kV／10 kV站用变，利用过渡阶段已配置的35 kV站用变压器保护装置，但保护装置的低压侧电流需改接至10 kV进线开关柜。

对于10 kV／400 V站用变，各配置1套主后备保护装置，分散放置于各10 kV开关柜内，主要保护功能包括：差动保护、过流保护、过负荷保护、零序过流保护及非电量保护等。

10 kV开关柜内其他保护按常规直流工程的模式配置。10 kV母线设备保护装置分散放置于各10 kV母线开关柜内，包含有：电流速断、过电流、低电压等保护功能。10 kV分段保护装置分散放置于各10kV分段柜内，含过电流保护等保护功能。10 kV进线开关柜保护分散放置于各10 kV进线柜内，包含有：电流速断保护等保护功能[4]。

5　辅助系统

5.1　一体化在线监测系统

智圣500 kV变电站工程中配置了主变压器油色谱、500 kV和220 kV避雷器泄漏电流和动作次数等在线监测装置。在线监测系统接入智圣交流站站控层的综合应用服务器，规约符合DL／T 860标准。

本期换流站与智圣变电站合建，交直流合建站规模庞大，设备状态监测的信息量也非常大，对服务器的处理能力要求很高，因此换流站单独配置1套一体化在线集中监测系统后台，实现对全站主要一次设备在线监测系统分析结果的集中监视功能。一体化在线集中监测系统主要由综合处理单元、在线监测子站及相关的网络设备构成，规约采用DL／T 860标准。一体化在线集中监测系统后台容量需考虑交直流合建后的远景规模。

两站合建后，通过光缆将智圣500 kV变电站状态监测系统的组网交换机与换流站状态监测屏的组网交换机进行级联，将智圣500 kV交流站内所有采集的状态监测系统全部送至换流站配置的一体化在线监测系统，再统一送至各调度端主站。

5.2　智能辅助控制系统

在智圣500 kV变电站工程中配置1套智能辅助控制系统，接入交流站图像监视系统、安全警卫系统、火灾报警系统、环境监测等辅助系统的信息。交流站按现有规模设置图像监视系统及安全警卫系统；在500 kV、220 kV户外配电装置、主变及无功设备、220 kV保护小室、500 kV及主变小室、围墙等重要区域和地点设置安全防护设施及图像监视设备，并设置电子围栏和室内门禁设备。智圣500 kV变电站在警卫室内设置火灾报警控制器，并在主控制室、计算机室、继电器室、通信机房、蓄电池室、500 kV变压器（采用感温电缆探测）等火灾探测区域配置火灾报警探测器。

交直流合建后，在换流站内新建智能辅助系统平台主机及各子系统设备。在1 000 kV、500 kV交流场、直流场户外配电装置及换流变、主控楼、辅控楼、综合楼、阀厅、保护小室、围墙等重要区域和地点设置视频监控设备；在新建围墙上扩建电子围栏；在本次新建建筑物出入口全部设置门禁装置；在换流站范围内新增环境监测设备。另外，两站合建后，运行人员将搬迁至临沂换流站主控楼内办公，则换流站主控室内需增加相关的工作站及大屏幕显示器。合建后将智圣站的已有智能辅助设备接入换流站的智能辅助控制系统主机；全站视频监控需通过综合数据网上传至国调。

在换流站内新配置1套火灾探测报警系统，火灾报警控制器的容量、性能要求及相应接口均按照换流站交直流合建的终期建设规模考虑，各类探测器按本期规模配置。智圣变电站的火灾报警系统设备已按变电站现有规模配置，与换流站合建后，如换流站火灾报警系统与智圣站同一厂家，则智圣站火灾报警系统控制器可作为区域控制器，接入换流站火灾报警系统主机。如设备为不同厂家，火灾报警系统主机间存在通信接口问题，则考虑将智圣站已由火灾报警系统控制器搬迁至换流站主控楼，并将火灾信号送至换流站主控盘及换流站SCADA系统。

5.3　广播呼叫系统

由于换流站面积很大，全站配置1套广播呼叫系统，由前置放大器、功率放大器、广播呼叫站、音源设备、话筒、扬声器和连接外部系统的高电、低电平的接口等设备组成。

换流站内广播呼叫系统的设置区域应包括：主控楼、辅控楼、综合楼、GIS室、备品备件库、高、低端阀厅、继电器室、综合泵房、消防泵房、站用电室、警卫室、特殊材料库、交流滤波器场、直流场等区域。

智圣500 kV变电站未配置广播呼叫系统，为便于统一管理和巡视，在两站合建后，交流站内应增加相应的呼叫系统前端设备，并接入换流站的呼叫主机。

6　结语

确定了临沂±800 kV换流站与智圣500 kV变电站合建后二次系统设计的方案，对合建后的二次系统进行了描述，并提出了合建过程中过渡阶段的系统设计。对合建后的各二次子系统进行了论述，系首次在换流站工程采用的设计方案。

[1]刘振亚.国家电网公司特高压直流输电工程通用设计±800 kV换流站分册[M].北京：中国电力出版社，2013.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.±800 kV直流换流站设计规范：GB／T 50789—2012[S].北京：中国计划出版社，2012.

[3]电力行业电力规划设计标准化技术委员会.高压直流换流站设计技术规定：DL／T 5223—2005[S].北京：中国电力出版社，2005.

[4]全国量度继电器和保护设备标准化委员会静态继电保护装置分标准化技术委员会.继电保护和安全自动装置技术规程：GB 14285—2006[S].北京：中国标准出版社，2006.