在國網智能變電站模塊化施工圖通用設計中, 110 kV變電站常作為終端負荷站, 主變規模2 臺, 主接線形式為單母分段 (單母三分段) 或內橋 (擴大內橋) 的方案較為典型。本文以擴大內橋主接線形式的110-A3-3方案為例, 對母線合并單元的配置進行分析。

在通用設計方案中, 電壓電流采樣采用“常規互感器+合并單元”方式。每段母線PT間隔配置1臺智能終端、1臺合并單元;線路、內橋間隔配置2臺合并單元智能終端一體裝置;主變高壓側間隔配置1臺合智一體裝置;主變本體智能柜配置1臺智能終端、2臺合并單元。主變低壓側每臺主進開關柜配置2臺合智一體裝置, 低壓側設備在方案優化中沒有變化, 故不做統計。

根據智能變電站技術導則, 線路、內橋、主變保護裝置, SV、GOOSE信息遵循“直采直跳”原則, 通過光纜點對點傳輸。按通用設計方案的終期規模配置, 保護設備電壓采樣邏輯關系如圖1所示。

?實線表示電纜接線, 虛線表示光纜或尾纜接線。其中線路和主變高壓側間隔合并單元的電壓采樣, 從母線合并單元用9-2協議級聯方式傳輸, 可以轉發給相應的線路保護、電度表、主變過負荷等裝置使用。主變保護、備自投、低周減載裝置電壓采樣, 直接從母線合并單元“點對點傳送”。

在智能變電站中, “常規互感器+合并單元”的配置方式可靠性雖比早期“電子式互感器+合并單元”模式有很大提高, 但因合并單元比傳統保護裝置在軟硬件模塊上都有增加, 故障風險也隨之增加, 再加上就地化布置的運行環境較差, 導致保護測控系統整體可靠性有所降低。在國網智能變電站通用設計方案中, 110 kV變電站按終期規模僅配置2套母線合并單元, 每套裝置可同時接入3組母線電壓量。在這種接線方案下, 當1套合并單元故障時會造成站內1/2主變保護裝置告警, 同時還會造成備自投、測控、計量等裝置的告警或閉鎖, 影響范圍廣。考慮到母線合并單元故障風險, 國網公司2016年發布《智能變電站模擬量輸入式合并單元、智能終端標準化設計規范》, 提出在110 kV變電站單母三分段接線時按每段母線配置1臺合并單元的方案, 見圖1。該方案中還存在幾個問題: (1) 當一期建設2臺主變, 終期擴建時, 每段母線配置的合并單元同時接入3組母線電壓量, 需相應母線設備停電, 增加施工風險和技術難度。 (2) 單臺母線合并單元故障, 會造成至少2套主變保護裝置告警及其他部分保護測控、自動裝置、電度表等設備告警或閉鎖, 影響范圍依然較大。 (3) 母線合并單元至主變保護裝置的采樣電壓和至其他間隔合并單元的級聯電壓, 需連接的光纜 (尾纜) 數量較多。

按照全站終期規模, 在110 k VⅠ、Ⅲ母電壓互感器PT匯控柜內分別安裝1臺常規電壓并列裝置, 實現相鄰母線間的電壓并列功能, 在Ⅱ母線PT匯控柜內安裝2臺母線合并單元, 采集三段母線電壓量。線路、內橋和主變高壓側間隔分別配置2臺合智一體裝置, 取消主變本體智能柜的合并單元配置, 將中性點零序和間隙電流用電纜接入主變高壓側間隔合并單元。過程層設備電壓采樣邏輯關系得到適當簡化。

母線電壓通過電纜接入線路和主變高壓側間隔, 取消從母線合并單元級聯回路。主變保護電壓采樣從主變高壓側點對點直采, 備自投、低周減載等公用設備的采樣可從Ⅱ母PT匯控柜的合并單元直采。為降低合并單元故障的影響范圍, 母線合并單元設置2臺, 光纖接口合理分配給其他公用設備使用。

與通用設計方案相比, 本方案的優點有: (1) 間隔層保護測控系統可靠性增強。母線電壓經電纜接入線路、主變間隔合并單元, 回路可靠性更高, 可以避免母線合并單元采樣及轉換產生的延時以及裝置故障對本間隔保護測控裝置的不利影響。當間隔內單臺合并單元故障時, 只會造成單套主變保護測控裝置告警, 故障影響范圍減少1/2。 (2) 簡化母線合并單元光纜接線。圖2與圖1比較, 保護及自動裝置配置不變, 過程層設備 (含2臺常規并列裝置) 數量減少2臺, 占用的母線合并單元光口數量由22個減少到7個。 (3) 擴建Ⅲ母線時施工方便, 停電范圍較少。僅需Ⅱ母線配合停電, 不改動Ⅰ母線設備。 (4) 降低設備采購成本。改進后方案過程層設備數量減少2臺, 其中2臺常規電壓并列裝置價格明顯低于合并單元設備, 總體成本降低。當110 kV設備電能表下放在智能匯控內布置時, 可以采用模擬量輸入電表, 價格比數字量輸入電表低很多, 進一步降低工程設備成本。

不足之處有: (1) 母線匯控柜內安裝設備數量增加。對于A3-3方案, 由于主變高壓側間隔和母線PT間隔布局合并, 母線匯控柜要同時安裝主變間隔合智單元和母線合并單元、智能終端設備。原通用設計方案每個母線匯控柜內需安裝3臺裝置;而優化方案Ⅰ母及Ⅲ母匯控柜內需安裝4臺裝置, Ⅱ母匯控柜內需安裝5臺裝置。施工圖設計時可與GIS設備廠家溝通, 增大柜體尺寸或者在GIS室內增加1面保護屏柜安裝。 (2) 電壓回路采用電纜接入線路間隔合智單元后, 將增加柜內接線回路及電壓空開等附件, 但數量不多, 回路接線簡單, 對施工過程影響不大。

110 kV智能變電站設置常規電壓并列裝置, 線路、主變保護的電壓采樣用電纜接入相應間隔合并單元, 在提高保護測控系統整體可靠性, 降低單臺合并單元故障對保護裝置的影響范圍方面有明顯優勢。同時, 設置2臺母線合并單元分別采集110 kV母線電壓量, 供備自投等其它公用設備使用, 可以滿足智能變電站數字化采集、數據共享的技術特點。