GIS汇控柜的运用及其优势

本文作者：须雷、黄俊、赵希才 单位：南京南瑞继保电气有限公司，国电西藏尼洋河流域水电开发有限公司

0引言

长江三峡右岸地下电站位于三峡右岸大坝“百石尖”山体内，所有设备均位于巨大的拱形山洞内，由于地形条件的限制，按照常规规划设计电站二次保护控制设备室已无法满足现场要求。为此，工程采用了500kVGIS智能化汇控柜［1－2］。基于GIS智能汇控柜的电站一、二次一体化解决方案，充分利用分层分布式控制原理，应用智能控制装置完成电站二次测控与GIS控制，构成面向间隔的智能汇控柜。

1GIS智能化汇控柜

1．1数字化变电站

变电站的数字化是一个不断发展的过程。就目前技术发展现状而言，数字化变电站是由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规约［3］基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站［4］。

1．2智能化一次设备

智能化的一次设备是实现面向IEC61850新标准的数字化变电站的重要组成部分，它可以利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关设备，提升智能化水平。它基本定义为具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。主要包含:在线监测功能、智能控制功能、数字化的接口、电子操动等功能。

1．3GIS智能化汇控柜

在现阶段，利用现有成熟的二次技术和传统开关设备相结合，提升其智能化水平，是实现GIS开关设备智能化的现实可行方案。目前已有针对GIS监控的智能控制装置，并设计了基于智能控制装置的保护及智能控制柜。其中智能控制装置是以先进的计算机技术实现对GIS设备的位置信号采集和监视、模拟量信号采集与显示、远方/就地控制、信号操作事件记录与上传、谐波分析、储能电机的驱动和控制、在线监测、基于网络通信的软件联锁等一系列功能。将传统的二次测控功能与GIS监控有机结合在一起，联合组屏设计、优化控制回路，构成智能的控制功能，并可与相关的保护装置一起组屏安放于GIS旁，构成保护及智能一体化控制柜，实现面向间隔的保护、测控和GIS智能控制一体化。形成基于保护及智能控制柜的变电站基本结构，图1展示了GIS智能化汇控柜的技术思路。它将保护、测控和GIS智能控制集成于智能控制柜中，安放在GIS室，对下与GIS机构通过标准化的接插端子连接，优化了二次回路的设计，对上节省了大量电缆，通过一根光缆直接与主控室连接，构成了基于一次设备智能化的数字化变电站。在三峡右岸地下电站按照这一概念设计的首座变电站已经于2006年3月顺利投运。

2GIS智能化汇控柜在长江三峡右岸地下电站的应用

2．1变电站概况

三峡右岸地下电站的主接线形式为3/2断路器接线;一共为5串(1串线变串为预留间隔)，6条发变组进线(TR27～TR32)分别单独经断路器间隔接变压器母线，该母线再经刀闸与5个3/2断路器接线的线变串中的3个变压器间隔相连。电压等级为500kV，一次设备采用西安高压电气股份有限公司的全封闭组合电器(GIS)。其主接线图见图2。

2．2智能汇控柜的配置方案

所有断路器间隔配置一面智能汇控柜，智能汇控柜由两面屏组合而成:左柜为现地柜，内装GIS本体电机驱动接触器、GIS就地操作指示模拟盘;右柜为智能控制柜，内有GIS智能控制装置PCS－9821、操作箱CZX－22R、压板、空开、交换机等［5］。GIS本体同智能汇控柜间通过接插端子连接，接插端子定义由一、二次设备厂家双方共同制定，取消原GIS汇控柜内的所有告警、闭锁、显示等信号，功能由智能控制装置实现。与单元间隔有关的保护装置组屏后置于GIS智能汇控柜旁，与智能汇控柜联合设计，组成面向间隔的保护、智能汇控屏组，一些开关本体的信号直接引入到保护屏内，减少中间转接环节，由此解决了三峡右岸地下电站场地狭小，布置困难的问题，同时这种一、二次一体化解决方案也可有效解决电站电缆使用量大，安装、调试周期长等现实问题。具体到线变串，一个线变串配置三面智能汇控柜(现地柜+智能控制柜)和八面保护柜(线路保护、变压器保护、短引线保护、分布式母线保护子单元、录波系统采集单元、安稳系统I/O单元及PMU采集单元等)。图3展示了安装在三峡右岸地下电站的GIS智能化汇控柜。

2．3与水电站监控系统的配合

GIS设备层的智能控制装置及其它二次设备通过网络、GIS智能测控系统管理机与水电站监控系统进行通信，见图4。水电站监控系统2台调度通信服务器作为主站与500kVGIS智能测控系统管理机进行通信，通信规约采用IEC60870－5－104规约，通信介质采用100M多模光纤。调度通信服务器与测控系统管理机采用交叉冗余连接方式。测控系统管理机采用双主机模式对主站通信。水电站监控系统只能从单通道下发控制命令。取消水电站监控系统开关站LCU对GIS控制装置的所有开出(DO)回路，水电站监控系统控制命令通过通信方式下发GIS控制设备完成。GIS智能测控系统设置一个设备控制权硬把手，进行控制权切换，以保证水电站监控系统与GIS智能测控系统在任何时刻只能有其中一套系统对断路器等开关进行操作。开关站自动准同期功能由开关站500kV串上智能控制柜内的智能装置完成。水电站监控系统对500kV系统关键量“直采直送”，包括:500kV断路器的分合位置、500kV母线电压/频率、500kV线路有功/无功功率等。

2．4运行情况

2011年5月24日，三峡右岸地下电站首台机组正式投产运行，GIS智能化汇控柜运行良好。

3应用GIS智能化汇控柜的技术优势

应用GIS智能化汇控柜的技术优势主要体现在以下几个方面:

(1)节约了电缆等材料投资以及相应的施工投资数字化变电站建设的一个主要现实目标是为了减少变电站内控制电缆的数量，一方面由于原材料的涨价，电缆成本越来越高;另一方面，光缆电磁兼容性能远好于电缆，能显著提高变电站内信号传输的可靠性。另外，变模拟信号为数字信号能大大增加传输的带宽和信息量。

(2)节约了保护小室及主控室等的占地面积和投资应用智能化GIS控制柜使得保护控制下放成为可能，从而能够显著地减少保护小室和主控室的占地面积，这对一些需要尽量减少变电站土地的城市变电站和地下变电站来说有明显的效益。

(3)优化了二次回路和结构原来由于一次和二次的专业细分，使得原传统汇控柜内的许多功能与保护控制二次中的功能相重复。例如防跳、压力闭锁、三相不一致等等。基于一、二次整合的GIS智能控制柜能够有效地取消和简化冗余回路，提高了整个二次回路的可靠性。

(4)智能控制装置提供了系统的交互性引入智能控制装置以后，友好的中文液晶人机界面以及丰富的自检和就地操作报告功能，使得运行维护人员无论在就地还是远方都能及时了解GIS的运行情况。

(5)联调在出厂前完成，现场调试工作量减少传统方案中，一次设备和二次设备的电缆连接和调试只能到现场后完成，调试周期比较长，新方案中一、二次设备联调在厂内完成，到现场后调试工作量极小，能够显著地缩短投运周期。

(6)一次二次联合设计，减轻了设计院的负担原来一次和二次设备分别由双方厂家分别出图，中间的电缆信号连接由设计院完成，应用一、二次结合的新方案后，由两个厂家联合出图并对图纸的正确性负责，减轻了设计院的负担。

(7)基于通信和组态软件的联锁功能比传统硬接点联锁方便智能控制装置能够采集到间隔内所有刀闸位置，且间隔间也有光缆连接，所以可以方便地实现基于软件和通信的联锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系统的可靠性。

(8)缩小了与互感器的电气距离，减轻了互感器的负载新方案下互感器与保护控制设备的电气距离大大缩短，减轻了互感器的负载，使得互感器的容量选择更为容易，也为小功率互感器(LPCT)的应用创造了条件。

4结语

受地形条件限制，节约占地对于水电站升压站的建设具有十分重要的意义。采用最新的数字化技术，对GIS汇控柜进行智能化改造可以满足这一需求。水电站监控系统和GIS智能测控系统的进一步融合，将是水电站数字化和智能化下一步发展所要思考和解决的问题。