陳吉祥，葉 磊，李 甘

(長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

0 引 言

近年來，水利行業(yè)內(nèi)提出了建設(shè)智能水電廠的需求。但目前的實(shí)際情況是變電站(開關(guān)站)智能化程度較高，智能化設(shè)備也比較成熟。而水電廠房內(nèi)設(shè)備繁多，通信規(guī)約不同，同時(shí)水電廠房保護(hù)設(shè)備智能化方案雖有部分研究，但應(yīng)用相對(duì)較少[1-4]。當(dāng)前中國的電網(wǎng)智能化戰(zhàn)略已全面啟動(dòng)，智能電網(wǎng)建設(shè)已在變電環(huán)節(jié)獲得較大進(jìn)展，智能化變電站建設(shè)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。但智能電網(wǎng)的相關(guān)研究和建設(shè)工作比較注重電網(wǎng)的輸電、送電、配電和用電等環(huán)節(jié)，在發(fā)電環(huán)節(jié)尤其是水電站的智能化建設(shè)方面相對(duì)滯后，還處于起步探索階段。國內(nèi)只有部分大型水電站進(jìn)行智能化改造的試點(diǎn)工作[5-7]。變電站智能化改造應(yīng)遵循Q/GDW 383-2009《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》，實(shí)現(xiàn)全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，滿足無人值班和集中監(jiān)控技術(shù)要求。根據(jù)Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》與Q/GDW 679-2011《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》，改造后的智能化變電站應(yīng)具備以下基本特征：① 通信規(guī)約及信息模型符合DL/T860標(biāo)準(zhǔn)；② 信息一體化平臺(tái)；③ 支持順序控制；④ 智能組件；⑤ 狀態(tài)監(jiān)測(cè)；⑥ 智能告警及故障綜合分析；⑦ 圖模一體化源端維護(hù)；⑧ 支持電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制。開關(guān)站智能化改造應(yīng)遵循安全可靠、實(shí)用經(jīng)濟(jì)、 因地制宜的原則，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電可靠性為目的，綜合考慮先進(jìn)性、必要性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，立足設(shè)備現(xiàn)狀，制定合理的改造方案[8-9]。國內(nèi)有關(guān)部門對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行了許多深入研究[10-12]，提供了建議。

葛洲壩水電站是華中電網(wǎng)的骨干電站之一，分為二江電廠和大江電廠。為了提高二江電廠的整體運(yùn)行性能及運(yùn)行可靠性，有必要對(duì)220 kV開關(guān)站進(jìn)行整體改造[13]。葛洲壩二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)近期已經(jīng)對(duì)舊監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了智能化升級(jí)改造工作，取得了明顯的效果，使得電廠生產(chǎn)的自動(dòng)化程度明顯提高[7]。葛洲壩二江電廠220 kV開關(guān)站智能化改造設(shè)計(jì)過程中，遇到不少新老系統(tǒng)間配合和接口問題，包括繼電保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、二江電廠中控室模擬信號(hào)返回屏等方面。本文將對(duì)此進(jìn)行逐項(xiàng)分析，給出相應(yīng)解決方案，為其他水電站相關(guān)改造設(shè)計(jì)提供參考。

1 二江電廠220 kV開關(guān)站概況

二江電廠220 kV開關(guān)站改造工程工作內(nèi)容為在原有220 kV敞開式開關(guān)站旁邊新建一個(gè)220 kV GIS室內(nèi)開關(guān)站，在GIS站建設(shè)期間原敞開式戶外開關(guān)站設(shè)備仍帶電運(yùn)行，整個(gè)開關(guān)站改造過程中采用不停電分期過渡方案，本文主要研究在分期過渡中繼電保護(hù)、控制系統(tǒng)等二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以保障開關(guān)站分期過渡的運(yùn)行安全。二江電廠原有220 kV敞開式開關(guān)站電氣主接線為雙母線帶旁路接線，7回二江電廠進(jìn)線，10回出線。本次改造不改變發(fā)變組的接線。新的220 kV GIS開關(guān)站主接線采用雙母線分段接線，進(jìn)出線數(shù)量不變，不設(shè)置旁路母線。圖1為220 kV開關(guān)站改造后主接線圖。

圖1 葛洲壩水電站220 kV GIS開關(guān)站主接線Fig.1 Single line diagram of 220 kV GIS switch yard of Gezhouba Hydropower Station

2 改造過程中二次系統(tǒng)存在的問題

2.1 開關(guān)站繼電保護(hù)系統(tǒng)

葛洲壩二江電廠220 kV開關(guān)站改造過程中存在：① 線路保護(hù)裝置與線路對(duì)側(cè)變電站保護(hù)裝置相配合的問題；② 電廠穩(wěn)控裝置與調(diào)度中心及對(duì)側(cè)變電站穩(wěn)控裝置相配合的問題；③ 開關(guān)站母線保護(hù)及失靈保護(hù)與電站廠房的發(fā)變組之間的配合問題。

2.1.1 220 kV線路保護(hù)改造

葛洲壩220 kV敞開式開關(guān)站共有10回路220 kV出線，分別為葛雁線、葛陳線、葛夷線、葛坡線、葛桔I回線、葛白I回線、葛桔II回線、葛白II回線，葛點(diǎn)I回線、葛點(diǎn)II回線。每回線路均配置了雙套不同生產(chǎn)廠家的線路保護(hù)裝置，保護(hù)通道方式有高頻載波、復(fù)用光纖、專用光纖等多種形式，葛洲壩220 kV出線保護(hù)通信通道方式見表1[14-15]。

表1 葛洲壩220 kV出線保護(hù)通信通道方式Tab.1 Gezhouba 220 kV outgoing line protection communication channel mode

由于高頻載波通道本身可靠性差且設(shè)備老舊，因此開關(guān)站改造后取消全部高頻載波通道，線路保護(hù)全部采用光纖通道。由于線路光纖保護(hù)要求線路兩側(cè)的保護(hù)裝置型號(hào)必須一致，因此線路保護(hù)改造存在對(duì)側(cè)變電站線路保護(hù)裝置型號(hào)相一致的問題。

2.1.2 穩(wěn)定控制系統(tǒng)改造

目前葛洲壩二江電廠配置有一套常規(guī)的穩(wěn)定控制系統(tǒng)，根據(jù)二江電廠本地故障和葛坡、葛周、葛遠(yuǎn)、葛白(本期預(yù)留)方向通道的遠(yuǎn)方故障采取安全穩(wěn)定措施，主要承擔(dān)二江電廠的切機(jī)和切負(fù)荷措施。葛洲壩二江電廠穩(wěn)控系統(tǒng)通過載波通道接受省調(diào)和對(duì)側(cè)各變電站的數(shù)據(jù)。穩(wěn)控裝置出口措施命令以開出接點(diǎn)的形式連接二江電廠控制接點(diǎn)，并經(jīng)載波裝置向?qū)?cè)變電站傳輸遠(yuǎn)切命令[16]。

由于高頻載波通道本身可靠性差，且設(shè)備老舊，開關(guān)站改造后取消全部高頻載波通道，穩(wěn)控裝置輸入輸出全部采用光纖通道。因此穩(wěn)控系統(tǒng)改造存在對(duì)側(cè)變電站穩(wěn)控裝置型號(hào)相一致的問題。

2.1.3 GIS開關(guān)站側(cè)與二江廠房發(fā)變組保護(hù)接口

發(fā)變組保護(hù)需要采集主變高壓側(cè)的電壓和電流模擬量，以及主變高壓側(cè)斷路器的跳、合閘位置、非全相位置等開關(guān)量信號(hào)；發(fā)變組保護(hù)啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器失靈和跳閘出口，需要和220 kV母差保護(hù)及智能匯控柜配合，通過母差保護(hù)跳所有相關(guān)斷路器。因此二江廠房的發(fā)變組保護(hù)設(shè)備與GIS開關(guān)站側(cè)之間存在接口問題。由于220 kV GIS開關(guān)站至電站廠房距離較遠(yuǎn)，約為200～500 m，需考慮兩者之間長距離保護(hù)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，防止干擾誤動(dòng)的問題。

2.2 開關(guān)站控制系統(tǒng)

葛洲壩二江電廠220 kV開關(guān)站改造過程中存在著開關(guān)站控制系統(tǒng)與二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的接口問題(包括與機(jī)組LCU、監(jiān)控系統(tǒng)站控層、時(shí)鐘同步系統(tǒng)等)。

2.2.1 與電站廠房機(jī)組控制單元接口

由于220 kV開關(guān)站GIS改造涉及主變高壓側(cè)開關(guān)一次設(shè)備更新，廠房內(nèi)發(fā)變組保護(hù)及機(jī)組監(jiān)控設(shè)備不改造，而主變高壓側(cè)開關(guān)的操作仍然由機(jī)組LCU控制，機(jī)組LCU需采集高壓側(cè)斷路器及隔離開關(guān)位置等信號(hào)用于同期合閘及監(jiān)控，機(jī)組LCU輸出斷路器、隔離開關(guān)等跳、合閘命令，需傳輸至主變高壓側(cè)斷路器、隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)。因此二江廠房內(nèi)的機(jī)組監(jiān)控設(shè)備與GIS開關(guān)站側(cè)之間存在接口問題。由于220 kV GIS開關(guān)站至電站廠房距離較遠(yuǎn)，約200～500 m，需考慮兩者之間長距離開關(guān)信號(hào)及控制命令傳輸?shù)目煽啃?，防止干擾誤動(dòng)的問題。

2.2.2 與二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)站控層接口

葛洲壩二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置電站廠房中控室內(nèi)，現(xiàn)有敞開式開關(guān)站的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)及數(shù)據(jù)采集均采用長距離控制電纜接入電站廠房，新建GIS開關(guān)站所有220 kV斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等狀態(tài)信息、220 kV各斷路器間隔電流、電壓、有功、無功功率及220 kV母線電壓頻率等模擬量數(shù)據(jù)如何接入到二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)站控層存在接口問題。

2.2.3 與電站廠房時(shí)鐘同步系統(tǒng)接口

葛洲壩二江電廠的時(shí)鐘同步設(shè)備目前采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司的時(shí)鐘同步系統(tǒng)，放置在二江電廠輔助盤室。現(xiàn)有220 kV敞開式開關(guān)站的各間隔保護(hù)、測(cè)控裝置均布置二江電廠的輔助盤室內(nèi)。新建220 kV GIS開關(guān)站的各間隔保護(hù)、測(cè)控裝置及智能終端等設(shè)備布置在GIS室繼電小室，與葛洲壩二江電廠主時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步存在接口問題。

2.3 二江電廠中控室模擬信號(hào)返回屏

葛洲壩二江電廠中控室現(xiàn)設(shè)有1套模擬信號(hào)返回屏用于對(duì)二江開關(guān)站220 kV系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和操作控制。返回屏上測(cè)量指示表計(jì)的模擬量和開關(guān)狀態(tài)指示燈的開關(guān)量信號(hào)均由220 kV二江開關(guān)站經(jīng)過常規(guī)長距離電纜接入。

本次220 kV二江開關(guān)站改造將新建220 kV GIS開關(guān)站，同時(shí)計(jì)劃在220 kV GIS開關(guān)站附近新建一座集控樓，將大江電廠和二江電廠的監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)都集中新建集控樓的模擬信號(hào)返回屏，現(xiàn)有的二江電廠模擬信號(hào)返回屏只針對(duì)二江電廠的模擬信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)顯示，已經(jīng)不能適用于監(jiān)控需要，需要新建一套模擬信號(hào)返回屏，布置在二江電廠新建集控樓內(nèi)。

3 改造方案

3.1 開關(guān)站繼電保護(hù)系統(tǒng)改造

3.1.1 220 kV線路保護(hù)

線路保護(hù)改造存在對(duì)側(cè)變電站線路保護(hù)裝置型號(hào)相一致的問題，招標(biāo)時(shí)應(yīng)要求線路兩端對(duì)應(yīng)的保護(hù)裝置采用同一廠家、同一型號(hào)，改造后新的線路保護(hù)必須與對(duì)側(cè)的線路保護(hù)保持一致。對(duì)于當(dāng)年已經(jīng)進(jìn)行改造的葛白I，II回線，線路保護(hù)按照其現(xiàn)有的保護(hù)型號(hào)配置進(jìn)行采購。對(duì)側(cè)保護(hù)相應(yīng)采用程序升級(jí)方式。對(duì)于其余的8回220 kV線路，線路保護(hù)均按雙套光纖差動(dòng)保護(hù)配置重新招標(biāo)采購，采用國產(chǎn)兩個(gè)不同廠家的保護(hù)裝置。若系統(tǒng)側(cè)保護(hù)先采購，則本站按系統(tǒng)側(cè)已招標(biāo)結(jié)果配置。否則，對(duì)側(cè)變電站線路保護(hù)應(yīng)按本站招標(biāo)結(jié)果配置或?qū)υ斜Ｗo(hù)裝置進(jìn)行軟/硬件升級(jí)。10回220 kV出線已有多回具備光纖通道，可以采用本線路光纖或經(jīng)其他線路光纖迂回實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)的雙光纖通道。

3.1.2 穩(wěn)控系統(tǒng)

穩(wěn)控系統(tǒng)改造存在對(duì)側(cè)變電站穩(wěn)控裝置型號(hào)相一致的問題，招標(biāo)時(shí)應(yīng)采取穩(wěn)控系統(tǒng)統(tǒng)一招標(biāo)的原則，包括葛洲壩220 kV開關(guān)站及對(duì)側(cè)各變電站的穩(wěn)控裝置統(tǒng)一采購?fù)患耶a(chǎn)品，避免型號(hào)不一致的問題。這項(xiàng)工作涉及到對(duì)側(cè)變電站及調(diào)度中心的改造，需要電力部門及調(diào)度中心大力支持方能實(shí)現(xiàn)。

目前的葛洲壩二江電廠穩(wěn)控系統(tǒng)是2004年設(shè)計(jì)并投入運(yùn)行，不支持智能化的配置，無法與數(shù)字化智能終端通信，并且不支持MMS網(wǎng)的通信方式。因此，穩(wěn)控裝置需進(jìn)行數(shù)字化站改造。穩(wěn)控裝置可以采用本線路光纖或經(jīng)其他線路光纖迂回實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控系統(tǒng)的雙光纖通道。

3.1.3 與二江廠房發(fā)變組保護(hù)接口

由于長電纜分布電容影響可能造成保護(hù)誤動(dòng)等嚴(yán)重后果，因此可以運(yùn)用光纖傳輸距離長、不受電磁干擾的優(yōu)勢(shì)解決這一問題[17]。發(fā)變組保護(hù)與220 kV側(cè)IO信號(hào)傳輸采用光纖代替長電纜的方式，在二江廠房發(fā)變組保護(hù)盤和220 kV GIS廠房智能匯控柜兩側(cè)裝設(shè)開關(guān)量傳輸光纖接口裝置，并按雙重化保護(hù)要求分別配置2套。兩側(cè)光纖接口裝置分別接入本側(cè)的IO信號(hào)，通過光電轉(zhuǎn)換和光纜連接傳輸方式完成兩側(cè)信號(hào)采集和控制命令輸出。在施工階段通過調(diào)試驗(yàn)證，采用智能終端完全替代光纖接口裝置的功能。圖2為電站廠房與GIS開關(guān)站之間IO信號(hào)傳輸連接圖。

圖2 電站廠房與GIS開關(guān)站之間IO信號(hào)傳輸連接Fig.2 IO signal diagram between the powerhouse and GIS switch yard

3.2 開關(guān)站控制系統(tǒng)改造

3.2.1 與二江廠房機(jī)組控制單元接口

GIS開關(guān)站側(cè)與二江廠房之間距離較遠(yuǎn)，機(jī)組監(jiān)控LCU與220 kV側(cè)IO信號(hào)傳輸考慮采用光纖傳輸代替長電纜的方案提高抗干擾能力[17]。在二江電廠廠房機(jī)組LCU盤和220 kV GIS室智能匯控柜兩側(cè)分別裝設(shè)開關(guān)量傳輸光纖接口裝置，兩側(cè)光纖接口裝置分別接入本側(cè)的IO信號(hào)，通過光電轉(zhuǎn)換和光纜連接傳輸方式完成兩側(cè)信號(hào)采集和控制命令輸出。在施工階段通過調(diào)試驗(yàn)證，采用智能終端完全替代光纖接口裝置的功能。

3.2.2 與二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接口

220 kV GIS開關(guān)站改造將新建一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集所有間隔開關(guān)狀態(tài)信息、模擬量數(shù)據(jù)，上送到站控層網(wǎng)絡(luò)。站控層設(shè)備由主機(jī)兼操作員工作站、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、工程師站以及打印機(jī)等構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器為雙套配置，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器通過站控層以太網(wǎng)直接采集來自間隔層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)與二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。在二江電廠輔助盤室放置1臺(tái)電站監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端計(jì)算機(jī)，用于220 kV GIS開關(guān)站的監(jiān)控。

3.2.3 與電站廠房時(shí)鐘同步系統(tǒng)接口

本次改造220 kV開關(guān)站配置1套主、備式時(shí)間同步系統(tǒng)，主時(shí)鐘雙重化配置(北斗和GPS各1臺(tái))，將作為整個(gè)葛洲壩電站同步對(duì)時(shí)主鐘。另外配置多臺(tái)時(shí)鐘擴(kuò)展裝置，除實(shí)現(xiàn)220 kV開關(guān)站內(nèi)所有對(duì)時(shí)設(shè)備的軟、硬件對(duì)時(shí)外，還可滿足對(duì)葛洲壩二江電廠、大江電廠、500 kV開關(guān)站所有對(duì)時(shí)設(shè)備的軟、硬件對(duì)時(shí)擴(kuò)展要求。時(shí)間同步系統(tǒng)支持第二代北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)單向標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號(hào)，優(yōu)先采用北斗系統(tǒng)，時(shí)間同步精度滿足站內(nèi)所有設(shè)備的對(duì)時(shí)精度要求。

3.3 二江電廠中控室返回屏改造問題解決方案

(1) 葛洲壩二江電廠新建集控樓中控室將設(shè)置1套模擬信號(hào)返回屏用于對(duì)整個(gè)葛洲壩電站大江電廠、二江電廠、500 kV開關(guān)站和220 kV開關(guān)站等系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和操作控制。

(2) 220 kV GIS開關(guān)站將配置1套模擬屏信號(hào)采集系統(tǒng)，用于當(dāng)220 kV開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)故障失效時(shí)通過模擬屏或通信管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)220 kV開關(guān)站電氣設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視及緊急控制功能。

(3) 模擬屏信號(hào)采集系統(tǒng)由模擬屏通信裝置、通信管理計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)、智能測(cè)控裝置等設(shè)備組成。通信裝置與模擬屏驅(qū)動(dòng)器之間通過光纖通信連接。

(4) 數(shù)據(jù)采集方式為從220 kV GIS開關(guān)站及500 kV GIS監(jiān)控系統(tǒng)站控層MMS網(wǎng)絡(luò)取數(shù)據(jù)，通過通信接口及光纜送至二江中控室的模擬屏數(shù)據(jù)處理裝置，將所有的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為4～20 mA模擬量，分別接入模擬屏上相應(yīng)的指示儀表，開關(guān)量驅(qū)動(dòng)模擬屏上相應(yīng)的狀態(tài)指示燈。

4 二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

開關(guān)站智能化改造應(yīng)遵循安全可靠、實(shí)用經(jīng)濟(jì)、 因地制宜的原則，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電可靠性為目的，綜合考慮先進(jìn)性、必要性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，立足設(shè)備現(xiàn)狀，制定合理的改造方案。葛洲壩電站220 kV GIS開關(guān)站改造電氣二次系統(tǒng)，按照智能化變電站標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新，220 kV GIS站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及方案如下。

4.1 繼電保護(hù)系統(tǒng)

220 kV GIS開關(guān)站繼電保護(hù)系統(tǒng)主要包括220 kV線路保護(hù)、母線保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)等。根據(jù)主接線為雙母線雙分段接線方式，葛洲壩二江電廠220 kV GIS開關(guān)站共有4段220 kV母線、10回出線、2個(gè)母聯(lián)、2個(gè)分段需新配置智能化的保護(hù)裝置。220 kV電壓等級(jí)的繼電保護(hù)及與之相關(guān)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)按照雙重化原則進(jìn)行配置，即雙重化的兩套保護(hù)及其相關(guān)設(shè)備(互感器、智能終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、跳閘線圈、直流電源等)完全獨(dú)立配置。

4.1.1 220 kV線路保護(hù)

220 kV每回線路按雙重化配置完整的、獨(dú)立的能反映各種類型故障、具有選相功能的全線速動(dòng)保護(hù)；每套線路保護(hù)均具有完整的后備保護(hù)，兩套保護(hù)均采用一對(duì)一啟動(dòng)和斷路器控制狀態(tài)與位置啟動(dòng)重合閘方式，不采用兩套重合閘相互啟動(dòng)和相互閉鎖。重合閘應(yīng)實(shí)現(xiàn)單重、三重、禁止和停用方式。線路保護(hù)直接電纜采樣，直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)跳斷路器；跨間隔信息(啟動(dòng)母差失靈功能和母差動(dòng)作啟動(dòng)遠(yuǎn)跳功能等)采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。每回線路配置1套母線電壓切換裝置，根據(jù)收到的兩組母線的電壓量及線路隔離開關(guān)的位置信息自動(dòng)切換。

4.1.2 220 kV母線保護(hù)

220 kV母線按遠(yuǎn)景規(guī)模雙重化配置母線差動(dòng)保護(hù)裝置，兩段220 kV雙母線分別配置雙套母差保護(hù)及斷路器失靈保護(hù)。220 kV母線保護(hù)采用集中式母差保護(hù)，以分段開關(guān)為界，每段雙母線配置2套母線電流差動(dòng)保護(hù)(分段開關(guān)看作為1個(gè)支路)，分別組2面盤柜。母線保護(hù)裝置直連電纜采樣，直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)跳斷路器。開關(guān)量(失靈啟動(dòng)、隔離開關(guān)位置接點(diǎn)、母聯(lián)斷路器過流保護(hù)啟動(dòng)失靈等)采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。

4.1.3 220 kV母聯(lián)或分段保護(hù)

220 kV母聯(lián)(分段)斷路器配置兩套專用的、具有瞬時(shí)和延時(shí)跳閘功能的相電流或零序電流過電流保護(hù)，用于母線充電保護(hù)，兼作新線路投運(yùn)時(shí)(母聯(lián)或分段斷路器與線路斷路器串接)的輔助保護(hù)。也可根據(jù)需要投入其中一套。母聯(lián)(分段)斷路器保護(hù)直接采樣，直接跳斷路器。啟動(dòng)母線失靈采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。

4.1.4 穩(wěn)定控制裝置

220 kV GIS開關(guān)站穩(wěn)控裝置信號(hào)采集采用電纜直連方式，穩(wěn)控裝置出口采用光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。穩(wěn)控裝置系統(tǒng)通信采用光纖通道(復(fù)用光纖通道)。穩(wěn)控裝置需至少考慮6個(gè)方向的通信接口。穩(wěn)控裝置的模擬量采集采用電纜接入方式，開關(guān)量和保護(hù)動(dòng)作信號(hào)從GOOSE網(wǎng)采，穩(wěn)控裝置采用主-從分布式結(jié)構(gòu)，每套穩(wěn)控裝置包括1個(gè)穩(wěn)控主機(jī)、2個(gè)穩(wěn)控從機(jī)。穩(wěn)控從機(jī)與主機(jī)之間通過光纜連接。

4.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

(1) 葛洲壩二江電廠220 kV開關(guān)站改造需新建1套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，新建開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將按照智能化變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其主要設(shè)計(jì)原則如下：① GIS開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備配置和功能要求按無人值班模式設(shè)計(jì)；② GIS站內(nèi)監(jiān)控保護(hù)統(tǒng)一建模，統(tǒng)一組網(wǎng)，信息共享，通信規(guī)約統(tǒng)一采用DL/T860，實(shí)現(xiàn)站控層、間隔層、過程層二次設(shè)備互操作；③ GIS站內(nèi)信息宜具有共享性和唯一性，開關(guān)站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器信息資源共享；④ GIS開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)全站設(shè)備的監(jiān)控；⑤ GIS開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有與電力調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)的接口，軟件、硬件配置應(yīng)能支持聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及通信規(guī)約的要求；⑥ GIS開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)MMS通過數(shù)據(jù)處理服務(wù)器與二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連；⑦ GIS開關(guān)站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)嚴(yán)格按照《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》執(zhí)行。

(2) 新建開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整站基于IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，開關(guān)量傳輸采用GOOSE協(xié)議。全站采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由站控層、間隔層、過程層組成[18-19]。主要技術(shù)方案如下：① 保護(hù)裝置和測(cè)控裝置采樣值采用電纜直接采樣方式，電流電壓互感器為常規(guī)互感器；② 各保護(hù)直接跳閘通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，測(cè)控、開關(guān)位置等 GOOSE 報(bào)文均通過網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)；③ 站控層基于 SNTP 網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，間隔層和過程層設(shè)備采用 IRIG—B碼對(duì)時(shí)；④ 站控層網(wǎng)絡(luò)(MMS 總線)采用雙星型冗余以太網(wǎng)；⑤ 因變電站主接線形式較為復(fù)雜，220 kV設(shè)備，220 kV過程層組建GOOSE網(wǎng)，GOOSE報(bào)文通過網(wǎng)絡(luò)傳輸；⑥ 根據(jù)本站目前采樣值數(shù)據(jù)需求，采用GOOSE和SV共網(wǎng)傳輸。

220 kV開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象為開關(guān)站所有220 kV斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)220 kV各斷路器間隔電流、電壓、有功、無功功率及220 kV母線電壓頻率等，并通過遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置接入二江電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。圖3為葛洲壩220 kV GIS開關(guān)站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖3 220 kV GIS開關(guān)站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.3 Network architecture diagram of monitor and control system at 220 kV GIS switch yard

4.3 其他二次系統(tǒng)改造方案

葛洲壩二江電廠220 kV開關(guān)站其他二次系統(tǒng)，包括故障錄波、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、電能計(jì)量、相量測(cè)量、直流系統(tǒng)等。其改造方案簡(jiǎn)述如下。

4.3.1 故障錄波裝置

220 kV GIS開關(guān)站新增1套數(shù)字化故障錄波裝置，即故障錄波及網(wǎng)絡(luò)記錄分析一體化裝置。按雙套配置(A，B網(wǎng)分別設(shè)置)。故障錄波裝置模擬量采集采用電纜接入方式，開關(guān)量采集采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)接入方式。為減少連接電纜，故障錄波裝置采用主-從分布式結(jié)構(gòu)，每套錄波裝置包括1個(gè)主機(jī)、2個(gè)錄波采集單元，錄波分析主機(jī)與各錄波采集單元之間通過光纖以太網(wǎng)連接。

4.3.2 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)

220 kVGIS開關(guān)站遠(yuǎn)動(dòng)信息仍按現(xiàn)有方式由葛洲壩電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上送調(diào)度。220 kV GIS開關(guān)站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與新建開關(guān)站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)共享信息，不重復(fù)采集。

4.3.3 電能計(jì)量系統(tǒng)

220 kV GIS開關(guān)站電能計(jì)量系統(tǒng)改造方案為：新建一套電能計(jì)量系統(tǒng)，方案與220 kV現(xiàn)有開關(guān)站的方式相同，關(guān)口表及電量采集終端型號(hào)滿足華中調(diào)控分中心的要求，與現(xiàn)有設(shè)備保持一致。

4.3.4 相量測(cè)量系統(tǒng)

220 kV GIS開關(guān)站相量測(cè)量系統(tǒng)改造方案：更換二江電廠主機(jī)(子站)和開關(guān)站采集單元，二江電廠機(jī)組采集單元不改造，但需負(fù)責(zé)二江電廠主機(jī)(子站)和機(jī)組采集單元之間的通信調(diào)試。220 kV開關(guān)站新建的相量測(cè)量PMU設(shè)備，與現(xiàn)有設(shè)備保持一致。

4.3.5 交直流電源系統(tǒng)

220 kV GIS開關(guān)站新增1套站用交直流電源系統(tǒng)，由站用交流電源、直流電源、交流不間斷電源(UPS)、事故照明電源(EPS) 、48V配電盤等裝置組成，共享兩組直流電源的蓄電池組。

5 結(jié) 語

本文分析了葛洲壩二江電廠220 kV開關(guān)站智能化改造過程中繼電保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)存在的問題，提出了相應(yīng)的切實(shí)可行的解決方案。新的220 kV GIS開關(guān)站二次系統(tǒng)按照智能變電站標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)、可靠、集成、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等功能，同時(shí)支持實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策等功能，實(shí)現(xiàn)水電站的安全穩(wěn)定、協(xié)調(diào)可靠運(yùn)行。220 kV GIS智能化開關(guān)站的成功投運(yùn)，全面提高了開關(guān)站的綜合自動(dòng)化運(yùn)行水平，也提高了整個(gè)葛洲壩水電站的自動(dòng)化控制水平和安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。