GIS匯控柜的運用及其優(yōu)勢

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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，國電西藏尼洋河流域水電開發(fā)有限公司

0引言

長江三峽右岸地下電站位于三峽右岸大壩“百石尖”山體內，所有設備均位于巨大的拱形山洞內，由于地形條件的限制，按照常規(guī)規(guī)劃設計電站二次保護控制設備室已無法滿足現場要求。為此，工程采用了500kVgis智能化匯控柜［1－2］?；贕IS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，應用智能控制裝置完成電站二次測控與GIS控制，構成面向間隔的智能匯控柜。

1GIS智能化匯控柜

1．1數字化變電站

變電站的數字化是一個不斷發(fā)展的過程。就目前技術發(fā)展現狀而言，數字化變電站是由電子式互感器、智能化開關等智能化一次設備、網絡化二次設備分層構建，建立在IEC61850通信規(guī)約［3］基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站［4］。

1．2智能化一次設備

智能化的一次設備是實現面向IEC61850新標準的數字化變電站的重要組成部分，它可以利用現有的成熟的二次技術，結合傳統(tǒng)開關設備，提升智能化水平。它基本定義為具有較高性能的開關設備和控制設備，配有電子設備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有開關設備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。主要包含:在線監(jiān)測功能、智能控制功能、數字化的接口、電子操動等功能。

1．3GIS智能化匯控柜

在現階段，利用現有成熟的二次技術和傳統(tǒng)開關設備相結合，提升其智能化水平，是實現GIS開關設備智能化的現實可行方案。目前已有針對GIS監(jiān)控的智能控制裝置，并設計了基于智能控制裝置的保護及智能控制柜。其中智能控制裝置是以先進的計算機技術實現對GIS設備的位置信號采集和監(jiān)視、模擬量信號采集與顯示、遠方/就地控制、信號操作事件記錄與上傳、諧波分析、儲能電機的驅動和控制、在線監(jiān)測、基于網絡通信的軟件聯鎖等一系列功能。將傳統(tǒng)的二次測控功能與GIS監(jiān)控有機結合在一起，聯合組屏設計、優(yōu)化控制回路，構成智能的控制功能，并可與相關的保護裝置一起組屏安放于GIS旁，構成保護及智能一體化控制柜，實現面向間隔的保護、測控和GIS智能控制一體化。形成基于保護及智能控制柜的變電站基本結構，圖1展示了GIS智能化匯控柜的技術思路。它將保護、測控和GIS智能控制集成于智能控制柜中，安放在GIS室，對下與GIS機構通過標準化的接插端子連接，優(yōu)化了二次回路的設計，對上節(jié)省了大量電纜，通過一根光纜直接與主控室連接，構成了基于一次設備智能化的數字化變電站。在三峽右岸地下電站按照這一概念設計的首座變電站已經于2006年3月順利投運。

2GIS智能化匯控柜在長江三峽右岸地下電站的應用

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串線變串為預留間隔)，6條發(fā)變組進線(TR27～TR32)分別單獨經斷路器間隔接變壓器母線，該母線再經刀閘與5個3/2斷路器接線的線變串中的3個變壓器間隔相連。電壓等級為500kV，一次設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:左柜為現地柜，內裝GIS本體電機驅動接觸器、GIS就地操作指示模擬盤;右柜為智能控制柜，內有GIS智能控制裝置PCS－9821、操作箱CZX－22R、壓板、空開、交換機等［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、二次設備廠家雙方共同制定，取消原GIS匯控柜內的所有告警、閉鎖、顯示等信號，功能由智能控制裝置實現。與單元間隔有關的保護裝置組屏后置于GIS智能匯控柜旁，與智能匯控柜聯合設計，組成面向間隔的保護、智能匯控屏組，一些開關本體的信號直接引入到保護屏內，減少中間轉接環(huán)節(jié)，由此解決了三峽右岸地下電站場地狹小，布置困難的問題，同時這種一、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、調試周期長等現實問題。具體到線變串，一個線變串配置三面智能匯控柜(現地柜+智能控制柜)和八面保護柜(線路保護、變壓器保護、短引線保護、分布式母線保護子單元、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設備層的智能控制裝置及其它二次設備通過網絡、GIS智能測控系統(tǒng)管理機與水電站監(jiān)控系統(tǒng)進行通信，見圖4。水電站監(jiān)控系統(tǒng)2臺調度通信服務器作為主站與500kVGIS智能測控系統(tǒng)管理機進行通信，通信規(guī)約采用IEC60870－5－104規(guī)約，通信介質采用100M多模光纖。調度通信服務器與測控系統(tǒng)管理機采用交叉冗余連接方式。測控系統(tǒng)管理機采用雙主機模式對主站通信。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)開關站LCU對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控制設備完成。GIS智能測控系統(tǒng)設置一個設備控制權硬把手，進行控制權切換，以保證水電站監(jiān)控系統(tǒng)與GIS智能測控系統(tǒng)在任何時刻只能有其中一套系統(tǒng)對斷路器等開關進行操作。開關站自動準同期功能由開關站500kV串上智能控制柜內的智能裝置完成。水電站監(jiān)控系統(tǒng)對500kV系統(tǒng)關鍵量“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運行情況

2011年5月24日，三峽右岸地下電站首臺機組正式投產運行，GIS智能化匯控柜運行良好。

3應用GIS智能化匯控柜的技術優(yōu)勢

應用GIS智能化匯控柜的技術優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面:

(1)節(jié)約了電纜等材料投資以及相應的施工投資數字化變電站建設的一個主要現實目標是為了減少變電站內控制電纜的數量，一方面由于原材料的漲價，電纜成本越來越高;另一方面，光纜電磁兼容性能遠好于電纜，能顯著提高變電站內信號傳輸的可靠性。另外，變模擬信號為數字信號能大大增加傳輸的帶寬和信息量。

(2)節(jié)約了保護小室及主控室等的占地面積和投資應用智能化GIS控制柜使得保護控制下放成為可能，從而能夠顯著地減少保護小室和主控室的占地面積，這對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)化了二次回路和結構原來由于一次和二次的專業(yè)細分，使得原傳統(tǒng)匯控柜內的許多功能與保護控制二次中的功能相重復。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化冗余回路，提高了整個二次回路的可靠性。

(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界面以及豐富的自檢和就地操作報告功能，使得運行維護人員無論在就地還是遠方都能及時了解GIS的運行情況。

(5)聯調在出廠前完成，現場調試工作量減少傳統(tǒng)方案中，一次設備和二次設備的電纜連接和調試只能到現場后完成，調試周期比較長，新方案中一、二次設備聯調在廠內完成，到現場后調試工作量極小，能夠顯著地縮短投運周期。

(6)一次二次聯合設計，減輕了設計院的負擔原來一次和二次設備分別由雙方廠家分別出圖，中間的電纜信號連接由設計院完成，應用一、二次結合的新方案后，由兩個廠家聯合出圖并對圖紙的正確性負責，減輕了設計院的負擔。

(7)基于通信和組態(tài)軟件的聯鎖功能比傳統(tǒng)硬接點聯鎖方便智能控制裝置能夠采集到間隔內所有刀閘位置，且間隔間也有光纜連接，所以可以方便地實現基于軟件和通信的聯鎖，能顯著減少機構輔助接點數量，提高系統(tǒng)的可靠性。

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

4結語

受地形條件限制，節(jié)約占地對于水電站升壓站的建設具有十分重要的意義。采用最新的數字化技術，對GIS匯控柜進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智能測控系統(tǒng)的進一步融合，將是水電站數字化和智能化下一步發(fā)展所要思考和解決的問題。