山会变电站电子式互感器及合并单元系统的设计

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【摘 要】 介绍了山会变电站电子式互感器及合并单元系统的数字化设计思想与应用，重点介绍了电子式互感器、合并单元系统的选择、原理以及对如何满足数字化运行提出配置方案。

【关键词】 电子式互感器 合并单元系统 配置方案

1 引言

基于电子式互感器及合并单元系统而设计开发的数字化变电站是近年来国内电力系统的研究热点，多个供电企业纷纷计划开展数字化变电站的试点建设工作。2009年12月，公司技改110kV数字化变电站――山会变电站通过了竣工质量监督检查。该变电站设计采用了当今数字化变电站技术中多项前沿技术 （如电子式互感器、合并单元系统、IEC61850标准等），对数字化变电站数据采集模式的新技术进行了实践。

2 设计思想

要实现变电站数字化运行，电子式互感器就必须在过程层中可实现交流高电压大电流的传变，并以数字信号形式通过光纤提供给保护、测量等相应装置；其合并单元还应具有模拟量输入接口，可以把来自其它模拟式互感器的信号量转换成数字信号，以光纤以太网或光纤串行接口输出数据，可简化保护、计量等功能装置的接线[1]。这就要求电子式互感器通过私有通信协议与合并器进行通信，合并器输出按照IEC 61850-9标准与数字式主变压器保护测控装置和数字式电能表进行点对点的通信，为实现数字化变电站提供基础数据。这些都是传统互感器无法比拟的技术手段，原理图见图1所示。

于是电子式互感器设计利用电磁感应原理的Rogowski线圈以及新型电容分压器实现的混合式交流电流电压互感器。传感头部件与电力设备的高压部分等电位，传变后的电压和电流模拟量由采集器就地转换成数字信号。并设计采集器与合并器通过两根光纤进行采样同步和数据传递。采集器提供四路模拟量输入，分别是电压、测量电流、保护电流和环境温度，经低通滤波进入模数转换电路。模数转换器件选用高精度的16位AD转换器。控制器采用具有强大数据处理能力、低功耗的单片机。

3 电子式互感器的选择

山会变电站采用国电南自的PSET6000系列电子式互感器。该互感器对交直流高压、超高压以及对精度、暂态特性要求高的场合尤其适合。相比传统电磁式互感器具有绝缘简单、动态范围宽、抗饱和性能强、占地面积小、实时数据输出等优点。山会变电站中不同场合的电子式互感器选型见表1。

3.1 总体结构设计

总体结构由位于室外的传感头部件、信号柱、光缆以及位于控制室的合并单元（MU）组成，见图4。

3.2 传感头部件及信号柱结构图（见图5）

图5中传感头部件由电流传感器，Rogowski线圈（无铁心）、新型电容分压器，采集器单元（PSSU），取能线圈，隔热罩，铝铸件等构成。信号柱由环氧筒构成支撑件，筒内填充绝缘脂，以增强绝缘并保护光缆。电流互感器Rogowski线圈测量电流。

4 合并单元的选择

山会变电站采用国电南自的合并单元PSMU602，6U.10机箱，提供最多6路激光电源模件。其按间隔配置，主要用于接收采集器的数字信号以及来自电磁式互感器的模拟信号，对这些信号合并、处理后以光信号方式对外提供数据。山会变电站中不同场合的合并单元选型见表2。

4.1 合并单元原理说明

合并单元的原理框图见图8，侧重于功能说明，不在赘述激光回路部分。

主处理器用于读取FPGA提供的采集器数据，按照合并单元的配置信息组织处理数据。主处理器向外提供多路符合IEEE802.3规定的100BASE-FX接口。辅助处理器为FPGA，用于控制A/D转换、接收多路采集器模件的数据、接收同步信号、接收和发送FT3报文，通过内部的双口RAM和主处理器交换数据。A/D采样部分，采样交流变换模件可以输出的12路模拟信号。与采集器输入信号归并后一起发出。数据处理模拟提供装置告警信号到电源模件中，和电源告警共用一组输出继电器接点。

4.2 同步信号输入

合并器除接收并处理来自多个采集器的数字信号外，还提供同步信号输入通道，可以接收变电站同步信号以及同步连接的各采集器。如果变电站同步信号丢失，合并单元将采用插值法通过报文中的标志位告知二次设备进行同步，也可以手动设定一台合并器工作于同步信号输出，其余合并单元接收[2]。同步信号依据IEC60044-8标准规定的同步信号特性，采用光纤接口，图9显示了光信号的形状。

5 电子式互感器与合并单元系统的配置方案

5.1 电子式互感器配置方案

电子式互感感器配置按间隔配置。（见附图一：山会变电站主接线图）

110kV进线间隔：按A、B、C相配置ECT电子式电流互感器3台：5TPE/0.2S（1保护、1测量低功率线圈、测量和计量合用）。110kV 线路配置1台有源电子式电压互感器（3P/0.2）。主变110kV进线间隔：按差动和后备分开布置线圈，A、B、C相配置ECT电子式电流互感器3台：5TPE/5TPE/0.2S（2保护、1测量低功率线圈、测量和计量合用）。主变低压侧间隔：按主后分开布置线圈A、B、C相配置模拟小信号输出的电子式电流互感器3台：5TPE/5TPE/0.2S（2保护、1测量低功率线圈、测量和计量合用）。

主变110kV侧间隙和零序配置ECT有源电子式电流互感器2台：5TPE。10kV各间隔（除主变外）：按A、B、C相配置3台模拟小信号输出的电子式电流互感器，每台电流互感器1个罗氏线圈（5TPE，保护用）+1个低功率线圈（0.2S测量、计量合用）。110kV母线电压互感器，每段母线均配置3台三相独立电子式电压互感器，带1组三相二次线圈（3P/0.2保护、测量、计量合用）。10kV母线电压互感器，每段母线均配置3台三相小模拟信号输出的电子式电压互感器，带1组三相二次线圈（3P/0.2保护、测量、计量合用）。

5.2 合并器配置方案

（1）主变间隔配置合并器按差动、后备分开配置，差动和主变110kV侧后备合并器安装在主变间隔的保护测控屏上，主变低压侧后备合并器，即智能终端安装在开关柜上。

（2）110kV线路合并单元按单套配置，安装在线路保护测控屏上。

（3）110kV每组母线PT合并单元按单套配置，分别接入I、II母的电压，此合并单元具备PT并列功能，断路器位置通过硬接点或GOOSE网获取；110kV母线PT合并单元方案见下图10。

（4）对于主变间隙、零序互感器接入主变本侧合并器。

（5）10kV线路部分配置模拟量输出的电子式电流、电压互感器，并配置智能单元或合并器将模拟量就地数据化后送给保护以及测控、计量设备。10kV线路、电容器、站用变出线、TV采用保护、测控、合并单元合一装置，安装于开关柜。10kV电压等级合并单元方案见下图11。

6 系统调试的内容及步骤

6.1 绝缘耐压试验、工频耐压试验

互感器高压部分包括一次部分、传感器和采集器。PSET6000系列互感器对设备最高电压12KV

用1000V摇表测量装置各部分之间的绝缘电阻，绝缘电阻应大于20M欧。滞留电压回路对地电流取15mA，其余试验漏电电流取5mA。

6.2 合并单元光纤接口调试

准备一个完好的传感头，将MU的激光电源接口、T1和R1接口与传感头的光纤连接，装置上电采集器能否正常工作？如果不能正常工作，记录异常的光纤接口单元。其它TX和RX接口依此调试。

6.3 采集单元调试及交流模拟量通道采样精度检查

准备好一好的保护装置与合并单元通过管线连接。将采集单元数据输出端连接到合并单元对应数据处理模块的光纤接口，按以下步骤操作：（1）装置上电。（2）采集单元能否正常工作。（3）通过标准信号源加入对应额定值的电压电流信号，记录显示电压和电流值及相位角。

6.4 合并器的调试操作

启动合并器装置，数据处理模块开始按照FLASH中存储的配置信息工作，合并器按照配置信息组织各路采集器进行同步数据采样，将同一设备间隔中各电压、电流互感器的信息采样值按照 IEC618 50-9-1的规定进行打包，并通过以太网发送给二次继保备。

6.5 整体联调

基于在室内合并器和就地采集终端（低压侧）分别读取数值，确保装置采集与实际二次值一致的工作完成后，进行系统整体的联调传动工作。首先，确保户外相关设备的信号能如实上传到保护装置，之后在保护装置中加入故障模拟量，实际通过光纤驱动就地智能终端跳开相关开关，确认正确，同时相关信号上报到当地监控系统；对于开关、刀闸及主变本体等相关信号均实际上传至当地监控系统。

7 结语

山会变电站电子式互感器及合并单元系统的数字化设计，可实现数据采集自动上传、程序化操作，并和计算机监控系统、保护装置共同组成变电站的数字化系统。是数字化技术的一个发展方向，不仅简化二次测量和保护装置，而且提高整个系统的准确度和可靠性，并使得二次设备逐步融入一次设备之中。

参考文献：

[1]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力，2006，8：47-53.

[2]徐大可，赵建宁，等.电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].高电压技术，2007，1：78-82.