GIS匯控柜的運(yùn)用及其優(yōu)勢(shì)

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本文作者：須雷、黃俊、趙希才 單位：南京南瑞繼保電氣有限公司，國(guó)電西藏尼洋河流域水電開發(fā)有限公司

0引言

長(zhǎng)江三峽右岸地下電站位于三峽右岸大壩“百石尖”山體內(nèi)，所有設(shè)備均位于巨大的拱形山洞內(nèi)，由于地形條件的限制，按照常規(guī)規(guī)劃設(shè)計(jì)電站二次保護(hù)控制設(shè)備室已無法滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。為此，工程采用了500kVgis智能化匯控柜［1－2］。基于GIS智能匯控柜的電站一、二次一體化解決方案，充分利用分層分布式控制原理，應(yīng)用智能控制裝置完成電站二次測(cè)控與GIS控制，構(gòu)成面向間隔的智能匯控柜。

1GIS智能化匯控柜

1．1數(shù)字化變電站

變電站的數(shù)字化是一個(gè)不斷發(fā)展的過程。就目前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而言，數(shù)字化變電站是由電子式互感器、智能化開關(guān)等智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)約［3］基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站［4］。

1．2智能化一次設(shè)備

智能化的一次設(shè)備是實(shí)現(xiàn)面向IEC61850新標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站的重要組成部分，它可以利用現(xiàn)有的成熟的二次技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備，提升智能化水平。它基本定義為具有較高性能的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有開關(guān)設(shè)備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測(cè)和診斷方面。主要包含:在線監(jiān)測(cè)功能、智能控制功能、數(shù)字化的接口、電子操動(dòng)等功能。

1．3GIS智能化匯控柜

在現(xiàn)階段，利用現(xiàn)有成熟的二次技術(shù)和傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備相結(jié)合，提升其智能化水平，是實(shí)現(xiàn)GIS開關(guān)設(shè)備智能化的現(xiàn)實(shí)可行方案。目前已有針對(duì)GIS監(jiān)控的智能控制裝置，并設(shè)計(jì)了基于智能控制裝置的保護(hù)及智能控制柜。其中智能控制裝置是以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS設(shè)備的位置信號(hào)采集和監(jiān)視、模擬量信號(hào)采集與顯示、遠(yuǎn)方/就地控制、信號(hào)操作事件記錄與上傳、諧波分析、儲(chǔ)能電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制、在線監(jiān)測(cè)、基于網(wǎng)絡(luò)通信的軟件聯(lián)鎖等一系列功能。將傳統(tǒng)的二次測(cè)控功能與GIS監(jiān)控有機(jī)結(jié)合在一起，聯(lián)合組屏設(shè)計(jì)、優(yōu)化控制回路，構(gòu)成智能的控制功能，并可與相關(guān)的保護(hù)裝置一起組屏安放于GIS旁，構(gòu)成保護(hù)及智能一體化控制柜，實(shí)現(xiàn)面向間隔的保護(hù)、測(cè)控和GIS智能控制一體化。形成基于保護(hù)及智能控制柜的變電站基本結(jié)構(gòu)，圖1展示了GIS智能化匯控柜的技術(shù)思路。它將保護(hù)、測(cè)控和GIS智能控制集成于智能控制柜中，安放在GIS室，對(duì)下與GIS機(jī)構(gòu)通過標(biāo)準(zhǔn)化的接插端子連接，優(yōu)化了二次回路的設(shè)計(jì)，對(duì)上節(jié)省了大量電纜，通過一根光纜直接與主控室連接，構(gòu)成了基于一次設(shè)備智能化的數(shù)字化變電站。在三峽右岸地下電站按照這一概念設(shè)計(jì)的首座變電站已經(jīng)于2006年3月順利投運(yùn)。

2GIS智能化匯控柜在長(zhǎng)江三峽右岸地下電站的應(yīng)用

2．1變電站概況

三峽右岸地下電站的主接線形式為3/2斷路器接線;一共為5串(1串線變串為預(yù)留間隔)，6條發(fā)變組進(jìn)線(TR27～TR32)分別單獨(dú)經(jīng)斷路器間隔接變壓器母線，該母線再經(jīng)刀閘與5個(gè)3/2斷路器接線的線變串中的3個(gè)變壓器間隔相連。電壓等級(jí)為500kV，一次設(shè)備采用西安高壓電氣股份有限公司的全封閉組合電器(GIS)。其主接線圖見圖2。

2．2智能匯控柜的配置方案

所有斷路器間隔配置一面智能匯控柜，智能匯控柜由兩面屏組合而成:左柜為現(xiàn)地柜，內(nèi)裝GIS本體電機(jī)驅(qū)動(dòng)接觸器、GIS就地操作指示模擬盤;右柜為智能控制柜，內(nèi)有GIS智能控制裝置PCS－9821、操作箱CZX－22R、壓板、空開、交換機(jī)等［5］。GIS本體同智能匯控柜間通過接插端子連接，接插端子定義由一、二次設(shè)備廠家雙方共同制定，取消原GIS匯控柜內(nèi)的所有告警、閉鎖、顯示等信號(hào)，功能由智能控制裝置實(shí)現(xiàn)。與單元間隔有關(guān)的保護(hù)裝置組屏后置于GIS智能匯控柜旁，與智能匯控柜聯(lián)合設(shè)計(jì)，組成面向間隔的保護(hù)、智能匯控屏組，一些開關(guān)本體的信號(hào)直接引入到保護(hù)屏內(nèi)，減少中間轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)，由此解決了三峽右岸地下電站場(chǎng)地狹小，布置困難的問題，同時(shí)這種一、二次一體化解決方案也可有效解決電站電纜使用量大，安裝、調(diào)試周期長(zhǎng)等現(xiàn)實(shí)問題。具體到線變串，一個(gè)線變串配置三面智能匯控柜(現(xiàn)地柜+智能控制柜)和八面保護(hù)柜(線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、短引線保護(hù)、分布式母線保護(hù)子單元、錄波系統(tǒng)采集單元、安穩(wěn)系統(tǒng)I/O單元及PMU采集單元等)。圖3展示了安裝在三峽右岸地下電站的GIS智能化匯控柜。

2．3與水電站監(jiān)控系統(tǒng)的配合

GIS設(shè)備層的智能控制裝置及其它二次設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)、GIS智能測(cè)控系統(tǒng)管理機(jī)與水電站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，見圖4。水電站監(jiān)控系統(tǒng)2臺(tái)調(diào)度通信服務(wù)器作為主站與500kVGIS智能測(cè)控系統(tǒng)管理機(jī)進(jìn)行通信，通信規(guī)約采用IEC60870－5－104規(guī)約，通信介質(zhì)采用100M多模光纖。調(diào)度通信服務(wù)器與測(cè)控系統(tǒng)管理機(jī)采用交叉冗余連接方式。測(cè)控系統(tǒng)管理機(jī)采用雙主機(jī)模式對(duì)主站通信。水電站監(jiān)控系統(tǒng)只能從單通道下發(fā)控制命令。取消水電站監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)站LCU對(duì)GIS控制裝置的所有開出(DO)回路，水電站監(jiān)控系統(tǒng)控制命令通過通信方式下發(fā)GIS控制設(shè)備完成。GIS智能測(cè)控系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)設(shè)備控制權(quán)硬把手，進(jìn)行控制權(quán)切換，以保證水電站監(jiān)控系統(tǒng)與GIS智能測(cè)控系統(tǒng)在任何時(shí)刻只能有其中一套系統(tǒng)對(duì)斷路器等開關(guān)進(jìn)行操作。開關(guān)站自動(dòng)準(zhǔn)同期功能由開關(guān)站500kV串上智能控制柜內(nèi)的智能裝置完成。水電站監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)500kV系統(tǒng)關(guān)鍵量“直采直送”，包括:500kV斷路器的分合位置、500kV母線電壓/頻率、500kV線路有功/無功功率等。

2．4運(yùn)行情況

2011年5月24日，三峽右岸地下電站首臺(tái)機(jī)組正式投產(chǎn)運(yùn)行，GIS智能化匯控柜運(yùn)行良好。

3應(yīng)用GIS智能化匯控柜的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用GIS智能化匯控柜的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)節(jié)約了電纜等材料投資以及相應(yīng)的施工投資數(shù)字化變電站建設(shè)的一個(gè)主要現(xiàn)實(shí)目標(biāo)是為了減少變電站內(nèi)控制電纜的數(shù)量，一方面由于原材料的漲價(jià)，電纜成本越來越高;另一方面，光纜電磁兼容性能遠(yuǎn)好于電纜，能顯著提高變電站內(nèi)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。另外，變模擬信號(hào)為數(shù)字信號(hào)能大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘俊?/p>

(2)節(jié)約了保護(hù)小室及主控室等的占地面積和投資應(yīng)用智能化GIS控制柜使得保護(hù)控制下放成為可能，從而能夠顯著地減少保護(hù)小室和主控室的占地面積，這對(duì)一些需要盡量減少變電站土地的城市變電站和地下變電站來說有明顯的效益。

(3)優(yōu)化了二次回路和結(jié)構(gòu)原來由于一次和二次的專業(yè)細(xì)分，使得原傳統(tǒng)匯控柜內(nèi)的許多功能與保護(hù)控制二次中的功能相重復(fù)。例如防跳、壓力閉鎖、三相不一致等等?；谝?、二次整合的GIS智能控制柜能夠有效地取消和簡(jiǎn)化冗余回路，提高了整個(gè)二次回路的可靠性。

(4)智能控制裝置提供了系統(tǒng)的交互性引入智能控制裝置以后，友好的中文液晶人機(jī)界面以及豐富的自檢和就地操作報(bào)告功能，使得運(yùn)行維護(hù)人員無論在就地還是遠(yuǎn)方都能及時(shí)了解GIS的運(yùn)行情況。

(5)聯(lián)調(diào)在出廠前完成，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量減少傳統(tǒng)方案中，一次設(shè)備和二次設(shè)備的電纜連接和調(diào)試只能到現(xiàn)場(chǎng)后完成，調(diào)試周期比較長(zhǎng)，新方案中一、二次設(shè)備聯(lián)調(diào)在廠內(nèi)完成，到現(xiàn)場(chǎng)后調(diào)試工作量極小，能夠顯著地縮短投運(yùn)周期。

(6)一次二次聯(lián)合設(shè)計(jì)，減輕了設(shè)計(jì)院的負(fù)擔(dān)原來一次和二次設(shè)備分別由雙方廠家分別出圖，中間的電纜信號(hào)連接由設(shè)計(jì)院完成，應(yīng)用一、二次結(jié)合的新方案后，由兩個(gè)廠家聯(lián)合出圖并對(duì)圖紙的正確性負(fù)責(zé)，減輕了設(shè)計(jì)院的負(fù)擔(dān)。

(7)基于通信和組態(tài)軟件的聯(lián)鎖功能比傳統(tǒng)硬接點(diǎn)聯(lián)鎖方便智能控制裝置能夠采集到間隔內(nèi)所有刀閘位置，且間隔間也有光纜連接，所以可以方便地實(shí)現(xiàn)基于軟件和通信的聯(lián)鎖，能顯著減少機(jī)構(gòu)輔助接點(diǎn)數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。

(8)縮小了與互感器的電氣距離，減輕了互感器的負(fù)載新方案下互感器與保護(hù)控制設(shè)備的電氣距離大大縮短，減輕了互感器的負(fù)載，使得互感器的容量選擇更為容易，也為小功率互感器(LPCT)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

4結(jié)語

受地形條件限制，節(jié)約占地對(duì)于水電站升壓站的建設(shè)具有十分重要的意義。采用最新的數(shù)字化技術(shù)，對(duì)GIS匯控柜進(jìn)行智能化改造可以滿足這一需求。水電站監(jiān)控系統(tǒng)和GIS智能測(cè)控系統(tǒng)的進(jìn)一步融合，將是水電站數(shù)字化和智能化下一步發(fā)展所要思考和解決的問題。