110 kV智能变电站母线合并单元配置优化

王 龙，王 朵，任思敏，王 亮，杨 鹏

（1.国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100；2.国网陕西电力公司西安供电公司，陕西 西安 710000）

0 引言

智能变电站合并单元作为过程层的重要设备，采集电压互感器和电流互感器二次模拟量原始采样数据，将多个采样值经同步处理合并转换为数字量，按照相关标准传输给保护装置、测控装置、故障录波器等间隔层设备[1-2]。合并单元故障会导致输出采样值报文与实际不符，引起继电保护装置误动、拒动等严重问题[3-4]。可见，合并单元运行的稳定性和可靠性直接影响智能变电站甚至智能电网的安全稳定运行[5]。

合并单元主要分为母线合并单元和间隔合并单元两类[6]。母线合并单元采集母线三相TV、TV开口三角绕组电压以及母线TV隔离开关、母联断路器、母联隔离开关和强制并列开关位置信号，实现电压并列功能，通过光纤级联方式将母线电压传输给各间隔合并单元。间隔合并单元接收母线合并单元级联电压和线路电流、电压模拟量，在装置内同步转化后通过SV报文上送至各自间隔保护测控装置。

本文介绍110 kV智能变电站传统合并单元配置情况，分析间隔合并单元级联二次电压的两种方式，通过修改间隔合并单元软件、增加物理光纤的方式，在间隔合并单元实现电压无缝双切换，经试验验证，该方案提高了智能变电站间隔合并单元级联电压可靠性。

1 故障现象

110 kV变电站在电网中常作为终端负荷站，变电站内110 kV电压等级通常采用单母分段接线方式。某110 kV变电站主接线示意图如图1所示。每段母线电压互感器间隔配置1台母线合并单元，母线合并单元分别采集110 kV I母重动前电压和II母重动前电压，在母线合并单元内实现重动和并列功能。母线合并单元可输出I母重动后电压和II母重动后电压，供各个间隔使用[7]。

图1 变电站主接线示意图

该110 kV智能变电站110 kV I段母线合并单元装置发生故障，无法发送SV数据，导致站内110 kV I段母线二次失压，母线三相电压遥测值为0，1号主变压器高压侧复压功能开放，111间隔线路保护装置TV断线告警。现场工作人员申请退出110 kV I段间隔设备，更换110 kV I段母线合并单元，重新下载配置后，电压恢复正常，告警消失。

2 故障原因分析

目前110 kV智能变电站110 kV合并单元有两种配置方式：

1）第一种合并单元配置方式如图2所示，110 kVⅠ母合并单元向Ⅰ段母线各间隔提供Ⅰ母电压，Ⅱ母合并单元向Ⅱ段母线各间隔提供Ⅱ母电压。Ⅰ母合并单元故障导致Ⅰ段母线各间隔失去电压，Ⅱ母合并单元故障导致Ⅱ段母线各间隔失去电压。

图2 变电站合并单元配置方式一

2）第二种合并单元配置方式如图3所示，110 kVⅠ母合并单元既向Ⅰ段各间隔提供Ⅰ母电压，又向II段各间隔提供Ⅱ母电压，110 kVⅡ母合并单元作为站内备用元件。若运行母线合并单元故障，会造成全站110 kV各个间隔电压缺失，即使利用备用母线合并单元，也需重新下载各间隔合并单元装置光口配置，并进行物理光纤连接。

图3 变电站合并单元配置方式二

变电站合并单元两种配置方式中，站内110 kV各间隔保护电压均取自单套110 kV母线合并单元。对于110 kV单母分段接线方式，若其中一段母线合并单元发生故障，将影响110 kV母线保护、110 kV进线备自投、线路保护、主变压器保护的电压采集，使各线路距离保护功能、零序保护功能，主变压器高压侧后备保护复压功能开放，母差保护无电压闭锁保障，进线备自投放电甚至误动，影响变电站安全可靠运行。

3 改造措施

3.1 改造方案

智能变电站110 kVⅠ母合并单元和Ⅱ母合并单元均能输出I母和Ⅱ母电压，利用现有硬件装置，将方式1与方式2进行结合，间隔合并单元同时采集Ⅰ母合并单元和Ⅱ母合并单元的电压数据。当Ⅰ母合并单元异常时，通过无缝切换的方式将Ⅱ母合并单元电压数据提供给间隔合并单元，则保护装置、测控装置不受任何影响。间隔合并单元双接收级联示意图如图4所示。

图4 间隔合并单元双接收级联示意图

由图4可见，111间隔合并单元既从Ⅰ母合并单元采集Ⅰ母电压，又从Ⅱ母合并单元采集Ⅰ母电压。由于111间隔合并单元只需上送一组电压，装置默认采用Ⅰ母合并单元数据。当Ⅰ母合并单元光纤断链、数据丢帧异常或者装置故障时，111间隔合并单元自动识别并选择采用Ⅱ母合并单元的数据，在Ⅰ母合并单元数据正常后再自动采用Ⅰ母合并单元数据，从而解决母线合并单元异常时各间隔保护失压的问题。

为防止间隔合并单元母线电压切换过程中出现电压输出异常，间隔合并单元需实现数据无缝选择，即在电压切换过程中间隔合并单元不应出现数据丢帧、品质无效、数据异常等问题，保证输出数据平稳过渡，不影响相关联的保护装置[8-9]。间隔合并单元数据无缝选择示意图如图5所示，111间隔合并单元同时接收Ⅰ母合并单元和Ⅱ母合并单元的数据，通过数据流选择逻辑模块选择当前有效的母线电压数据，进行插值同步处理，插值按照母线合并单元的最大延迟进行处理，处理后的数据和就地模拟量同步数据合并并通过SV报文发送出去。

图5 间隔合并单元数据无缝选择示意图

3.2 改造实施

1）修改间隔合并单元ICD（IED Capability Description，简称ICD）配置。由于间隔合并单元需要接收两台母线合并单元数据，因此ICD建模时需配置两个SV输入控制块，且在制作SCD（Substation Configuration Description，简称SCD）时同步配置。此外，间隔合并单元需敷设两条光缆分别与两台母线合并单元进行级联。

2）完善两台母线合并单元延迟配合机制。若现场两台母线合并单元由不同厂家生产，其数据传送延迟时间会存在差异，例如I母合并单元延时为750µs，II母合并单元延时为650µs。若要保证间隔合并单元数据切换过程中SV数据输出正常，需对此间隔合并单元进行软件修改，以确保间隔合并单元的发送延迟时间是固定的，不影响切换输出电压[10]。

3）新增LED指示灯。间隔合并单元装置应设置“级联取I母合并单元”“级联取II母合并单元”两个指示灯，以区分间隔合并单元当前选择的数据来源，方便现场工作人员辨识。

4）增加级联光口标识。需固定两台母线合并单元级联进入间隔合并单元的物理光口，明确光口定义和作用，并与面板指示灯相对应。

4 应用效果

1）实施合并单元改造方案后，进行现场装置测试。拔掉I母合并单元与111间隔合并单元级联光纤，发现111间隔合并单元“级联取I母合并单元”指示灯熄灭，“级联取II母合并单元”指示灯点亮，111间隔保护测量装置电压显示正常，进线备自投和母线保护装置电压均未发生异常。恢复I母级联光纤，111间隔合并单元“级联取I母合并单元”指示灯点亮，“级联取II母合并单元”指示灯熄灭，重新接收I母合并单元数据。为验证方案的可靠性，反复模拟母线合并单元异常情况，经过50余次实际测试，间隔合并单元均能实现无缝切换电压，保护装置未发生二次电压异常情况，达到预期效果。

2）在不增加合并单元装置数量的前提下，合并单元改造方案通过修改现有合并单元装置软件以及增加级联光缆，实现了间隔合并单元接收两台母线合并单元数据的无缝切换，提高了设备电压采集可靠性。

3）站内母线合并单元异常会导致各间隔保护装置失去二次电压，造成变电站一次设备误跳或者停运等事故，合并单元改造方案可减少此类事故，保证智能变电站安全稳定运行。同时，改造方案在原有合并单元基础上完善其功能，未增加新设备，减少了设备投资，节约运维成本，具有一定经济效益。

5 结语

本文针对某110 kV智能变电站110 kV母线合并单元故障导致110 kV各间隔失去二次电压的原因进行分析，在变电站现有合并单元配置基础上，提出合并单元改造方案，减小了合并单元故障对保护装置的影响。试验证明，该方案可提高变电站内保护装置运行的可靠性。