220 kV闵东智能变电站合并单元与常规变电站设备对比分析

罗　毅，高继勇，孙　琛，黄帅栋

(国网上海市电力公司检修公司，上海　200063)

随着智能变电站的发展以及IEC 61850协议的推广，智能变电站的建设已由理论研究阶段走向工程实践阶段，目前智能变电站已经开始大量新建和改造。上海220 kV闵东变电站根据部分智能化标准新建的智能变电站，其一次设备仍使用常规化设备，互感器仍为电磁型互感器；二次设备部分采用智能化设备，220 kV系统及主变各侧保护采用智能化配置，110 kV及35 kV系统保护采用常规配置。

智能设备基本取消了硬接线，所有的开入、模拟量的采集均在就地完成，转换成数字量后通过标准规约从网络传输，因此提出一个全新的概念：合并单元(Merging Unit,简称MU)。

合并单元是用来对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层相关设备使用的装置。合并单元在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，作为遵循IEC61850标准的智能变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。随着智能变电站自动化技术的推广和工程建设，对合并单元的功能和性能要求也越来越高。

1　闵东站合并单元配置情况介绍

现场使用的合并单元主要分为间隔合并单元和电压合并单元。间隔合并单元，采集来自一次互感器的模拟信号及接收电压合并单元的电压信号或其他合并单元的数字信号，进行同步处理后通过光纤给保护、测控、数字式电度表、数字式录波仪等多个二次设备提供采样信息。电压合并单元，采集来自一次互感器的电压模拟信号，进行同步处理后通过以光纤给间隔合并单元、 保护、测控、数字式电度表、数字式录波仪等多个二次设备提供采样信息。合并单元数据输出格式符合数字化变电站IEC 61850标准。

220 kV闵东站220 kV线路(主变)间隔、220 kV母线间隔均双重化配置了合并单元。其中，220 kV线路(主变)间隔合并单元采用了合并单元A(深瑞PRS-7393-1A-G)、合并单元B(许继DMU-831/G1)；220 kV母线电压合并单元正、副母线共用一个合并单元，配置情况为合并单元A(深瑞PRS-7393-3B-G),合并单元B(许继DMU-833/G)装置。

2　智能变电站合并单元功能与常规站对比分析

合并单元主要作用是将互感器采集的模拟量转化为数字量，包括电流量、电压量，还有母线电压切换及并列、规约转换、数据同步、通道监测等。

2.1　互感器次级配置的变化

常规变电站的电流互感器次级通过电缆传输模拟量直接分配给保护装置，再由保护装置进行模数转换(图1为常规变电站电流互感器次级配置)。在考虑双重化配置的前提下，即双重化配置的保护采样值必须通过不同的电流互感器次级的情况下，如果1LH次级接第一套线路保护，后再串接第一套母差保护，这种情况若任一保护停役时其他相应保护均需要陪停，否则会造成电流互感器次级开路故障。因此，常规变电站仅单一配置的测量、表计等进行串接。间隔的保护电流互感器次级靠近母线侧，母差保护的电流互感器次级靠近线路侧。间隔保护和母差保护均为双重化配置，故障录波、测控、电度表及PMU为单套配置。图1中电流互感器6个次级已全部用满。

智能变电站通过把模数转换提前至合并单元进行，之后合并单元将数字数据拷贝分别通过光纤进行分配，使得电流互感器次级的需求降低，只考虑双重化，由图2可见常规变电站电流互感器次级配置。间隔保护、母差保护及故障录波均为双重化配置，测控、电度表及PMU为单套配置。

图2中6个次级仅适用了三个：

(1)1 LH提供给合并单元A，由合并单元A分配给第一套线路保护装置、第一套母差保护装置、故障录波A。

(2)2 LH提供给合并单元B，由合并单元B分配给第二套线路保护装置、第二套母差保护装置、故障录波B。

(3)4 LH提供给合并单元A，由合并单元A分配给电度表、测控装置和PMU。

今后智能变电站电流互感器次级的数量会从6个降低至4个。

图1　常规变电站电流互感器次级配置(1)

图2　常规变电站电流互感器次级配置(2)

2.2　电流、电压回路的变化

常规变电站的电流回路，电流互感器次级经二次电缆接入保护装置，在保护装置内进行模数转换，供本保护使用。

智能变电站电流回路，传统电流互感器相应次级经二次电缆接入对应合并单元，按照双重化对应。合并单元将电流模拟量转化为数字量，通过对数字量数据拷贝并通过直采或网采的形式分配给相应的保护装置、测控装置及其他辅助设备。

如图3为220 kV闵东站间隔合并单元电流回路图。

图3　智能变电站间隔合并单元配置图

(1)1 LH电流模拟量在合并单元A内转化为数字量，对应分配给母线第一套保护、第一套线路保护、故障录波A。

(2)4 LH电流模拟量在合并单元A内转化为数字量，对应分配给测控装置、PMU、电度表。

(3)2 LH电流模拟量在合并单元B内转化为数字量，对应分配给母线第二套保护、第二套线路保护、故障录波B。

2.3　母线电压切换的变化

常规变电站的母线电压解并列操作的方式(见图4)，通过母联汇控柜发至电压切换屏的母联断路器、隔离开关的三副常开接点，当母联运行状态时接点闭合状态。解并列把手1BK切至并列，回路沟通，QJ继电器动作，QJ切换回路沟通，正副母线电压并列。当QJ电压切换回路闭合沟通后，三相电压和3 V 0电压并列，计量电压一般不进行电压并列。

图4　常规变电站母线电压并列逻辑

常规变电站的母线电压通过电压转接屏把正、副母线电压分配给各个回路保护装置智能变电站母线电压切换逻辑(如表1)，其中母线电压合并单元通过母联断路器分合位、两把母联隔离开关分合位的开入量硬接点来判断母联位置。母线电压通过母线汇控柜的上的电压并列小开关进行切换使用正母或副母电压。

常规变电站电压并列使用的是解并列方式，而智能变电站电压并列使用的是切正母或副母的方式。在变电站倒母线操作中，常规变电站除母联合位使一次并列外，二次通过并列小开关进行并列，以防止YQJ接点在拉弧过程中烧坏；智能变电站中电压通过合并单元分配，不存在YQJ接点，所以在倒母线操作中不需要操作电压切换开关。当母线压变故障，需要紧急单停时，常规变电站需要二次并列，智能变电站需要二次电压切换。

2.4　电压回路电压切换的变化

220 kV双母线接线的变电站，间隔装置需要判断间隔隔离开关是合于正母还是副母，来使用对应的母线电压来进行保护逻辑判断。

常规变电站电压回路线路同期电压通过线路压变绕组经同期电压小开关至保护装置。母线电压经过电压切换屏分别至本间隔，间隔操作箱内YQJ接点切换母线电压后经母线电压小开关至保护装置。

智能变电站的电压回路线路同期电压通过线路压变绕组经同期电压小开关至合并单元。本间隔合并单元级联母线合并单元电压，电压切换通过正、副母隔离开关分合位置开入量硬接点接入本间隔合并单元，在合并单元实现母线电压切换。合并电压电压切换原则如表2所示。

表1　智能变电站母线合并单元电压并列逻辑

表2　智能变电站母线合并单元电压切换逻辑

220 kV闵东智能变电站合并单元A、B均支持软电压切换：即通过订阅GOOSE报文获得I、II母隔离开关位置，实现电压切换，现场使用了硬接点开入实现。

3　合并单元延时和同步问题

智能变电站合并单元需要将现场互感器输出的电流、电压信号合并处理，然后按规定的帧格式传送给变电站的二次设备，整个过程需要一定的时间，因此智能变电站数据采集反应速度相对常规站有一定的延时。对于间隔保护，如果两个间隔合并单元之间延时过大就可能导致差动保护出现误动或者拒动。

消除延时不一致问题方式：

直采方式下，采样延时固定，通常采用差值同步的方法来解决；

网采情况下，由于交换机延时不确定，通过将采样值还原到一次系统发生时刻的方式来同步。