纵向集成及小型化保护设备在南方电网智能变电站示范工程中的应用

刘昱彤

（中国南方电网广东南海电力设计院工程有限公司，广东 佛山 528200）

南方电网公司提出全面打造“安全、可靠、绿色、高效”的智能电网，变电站作为电网的基础运行单元，其智能化水平是影响智能电网建设成效的关键环节。为落实南方电网智能电网“智能化、模块化、集成化”的设计理念，本着趋势明确、技术先进、方案合理、运维便捷的原则，开展智能变电站试点项目建设。通过试点项目促进技术迭代，推动创新发展，总结积累经验及技术推广应用条件，形成有效模式，指导南方电网智能变电站未来发展[1]。

电气二次设备从早期的机械电磁式、晶体管式、集成电路式发展到微机自动化装置，再到应用数字化采样、支持IEC 61850规约，经历了很长的发展时间。现如今的智能变电站，电气二次设备仍然以面向间隔配置设备的方式为主，保护、自动化功能分层分布于间隔层、过程层、站控层多个装置中，以实现信息数字化和数据共享。但智能变电站也存在很多问题：由于光纤连接复杂、虚端子配置工作量大，虚回路难以维护，采样值同步复杂；
电气二次设备功能纵向分布可靠性快速下降；
过程层设备功能横向耦合，业务相互影响；
光口发热，数据同步复杂；
每个间隔均配置保护装置、测控装置、合并单元或智能终端、录波、计量等装置，各装置功能相互独立，使得硬件配置重复、全站接线复杂、信息共享不充分、缺乏全站系统层的协调和功能优化、投资成本大等。

本文主要介绍肇庆110 kV港口输变电工程电气二次专业中对纵向集成、小型化二次设备等智能化变电站新技术的试点应用方案。

肇庆110 kV港口变电站采用常规互感器+合并单元，实现数字化采样；
SV与GOOSE共同组网，实现信息共享，网采网跳。网络结构如图1所示。

肇庆110 kV港口变电站采用“三层两网”网络结构，三层分别为站控层、间隔层、过程层，两网分别为站控层网络、过程层网络。站控层网络采用双星型冗余网络结构，配置MMS A、MMS B网；
过程层网络GOOSE网与SV网合并，采用双星型冗余配置，使通信环节N-1故障不影响任何一套保护功能。间隔保护采用直采直跳，跨间隔保护如主变保护、母差保护，通过过程层GOOSE+SV网络采集电流、电压、测量及控制信息，并通过GOOSE网络发出跳闸报文，实现网采网跳。

站控层设备主要功能是通过网络汇集全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，并定时将数据转入历史数据记录库；
按需要将有关实时数据信息送往调度端；
接收电网调度或控制中心的控制调节命令并下发到间隔层、过程层执行；
具有全站操作闭锁控制功能和站内当地监控、人机联系功能；
具有对间隔层、过程层二次设备的在线维护、参数修改等功能。

间隔层配置主要设备包括各种保护装置、测控装置、智能录波器、站域保护等，其主要功能是各个间隔过程层实时数据信息的汇总；
完成各种保护、自动控制、逻辑控制功能的运算、判别、发令；
完成各个间隔及全站操作联/闭锁以及同期功能的判别；
执行数据的承上启下通信传输功能，同时完成与过程层及站控层的网络通信功能。

过程层主要设备为合并单元、智能终端以及保测合智一体化设备，其主要功能是完成设备运行状态的监测、控制命令的执行等。

纵向集成方案是基于间隔硬件集成装置，面向间隔将合并单元、智能终端、保护、测控等设备集成，就地布置，简化间隔内逻辑，实现跨间隔信息网络共享，以间隔就地控制柜的形式实现与一次设备的标准化接口，预制光电缆连接，跨间隔信息网采网跳，信息共享，网络优化，解决电气二次设备面临的难题。

肇庆110 kV港口变电站采用基于间隔硬件集成装置，110 kV线路面向间隔将合并单元、智能终端、保护、测控等设备集成，就地布置，简化间隔内逻辑，跨间隔信息网络共享。

集中布置，通过小型化设备组建二次设备柜，优化整合屏位，实现标准化接口。网采网跳，信息共享，网络优化。

3.1 110 kV小型化母线保护方案

肇庆110 kV港口变电站配置一套110 kV小型化母线保护装置，含110 kV分段过流保护功能，SV网络采样，GOOSE网络跳闸，采用4U高度19/2英寸插件式机箱。110 kV小型化母线保护方案如图2所示。

现阶段南方电网V2.1版智能变电站110 kV母线保护屏配置110 kV母线保护（含分段保护功能）1台、打印机1台；
110 kV母线PT及分段测控屏配置110 kV母线PT测控装置2台、110 kV分段测控装置1台。

肇庆110 kV港口变电站的110 kV母线保护屏配置110 kV小型化母线PT测控装置1台，110 kV小型化分段测控装置1台，110 kV小型化母线保护（含分段保护功能）1台，网络打印，对比南方电网V2.1版智能变电站节约1面屏柜、1台110 kV母线PT测控装置以及1台打印机。

3.2 110 kV小型化主变保护方案

肇庆110 kV港口变电站主变配置双重化的主、后一体小型化变压器电气量保护和一套本体非电量保护，本体非电量保护集成于本体智能终端，非电量保护采用就地直接电缆跳闸，信息通过本体智能终端上送过程层GOOSE网。主变保护屏内取消打印机，改为采用网络打印的方式，设备采用4U高度19/2英寸插件式机箱。110 kV小型化主变保护方案如图3所示。

以单分支主变为例，现阶段南方电网V2.1版智能变电站110 kV主变保护屏A配置主变保护1台、打印机1台；
主变保护屏B配置主变保护1台、打印机1台；
主变测控屏配置高压侧及本体测控装置1台、低压侧测控装置1台。

肇庆110 kV港口变电站110 kV主变保护屏A小型化主变保护1台，小型化主变高压侧及本体测控1台，小型化主变低压侧测控1台，采用网络打印；
主变保护屏B小型化主变保护1台，采用网络打印；
对比南方电网V2.1版智能变电站节约1面屏柜、2台打印机。

肇庆110 kV港口变电站作为南方电网示范工程，除纵向集成及小型化二次设备外，在该项目中还包括如表1所示的智能化试点应用。

表1 其他智能化试点应用清单

纵向集成装置，单装置实现间隔保护、测控、合并单元/智能终端的功能，采样环节少，响应快速，装置光口数量少，发热量小，SCD工作量较少，集成和调试简单清晰，节约了装置数量，减少了交换机端口，减少了光纤量；
小型化二次设备，减少了屏柜数量和装置间电缆光缆长度，节约了占地面积，降低了造价成本。肇庆110 kV港口变电站中，纵向集成、小型化二次设备以及其他智能化应用的试点，能够促进技术迭代，推动创新发展，总结积累经验及技术推广应用条件，形成有效模式，为探索南方电网智能变电站未来发展方向贡献一份力量。