任紅旭，朱建斌，王龍飛，王西鄧

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌 461000）

隨著電子式互感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，以一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的數(shù)字化變電站技術(shù)蓬勃發(fā)展。過程層作為數(shù)字化變電站的三層之一，越來越受到重視，作為過程層的關(guān)鍵產(chǎn)品，合并單元的應(yīng)用越來越多，研究也越來越深入。合并單元的定義最初在IEC 60044-7／8中提出：是一種用以對(duì)來自電子互感器二次轉(zhuǎn)換器（也稱采集器）的電流或電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合的物理單元［1，2］。通常接入間隔的電壓、電流互感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的處理，按指定的幀格式輸出到過程層網(wǎng)絡(luò)或間隔層智能設(shè)備［3］。

單母分段和雙母線接線方式廣泛用于大中型變電站中，兩段母線既可并列運(yùn)行也可分列運(yùn)行，出線電壓可在不同母線間切換，而具有電壓并列與切換功能的合并單元，是保證此類接線變電站供電可靠性的重要手段［4，5］。合并單元與保護(hù)測控裝置之間通過面向通用對(duì)象的變電站事件（GOOSE）實(shí)時(shí)傳送刀閘開關(guān)、狀態(tài)量信號(hào)等［6］。利用編程語言實(shí)現(xiàn)的合并單元電壓并列與切換功能的靈活性差且難保證程序穩(wěn)定，針對(duì)這種情況，本文采用配置并列與切換的狀態(tài)列，配合接收刀閘信號(hào)量邏輯判斷機(jī)制，給出了一種具體可行的實(shí)現(xiàn)合并單元電壓并列與切換功能的方案。

1 并列與切換

由于母線合并單元牽涉眾多間隔，可靠性要求較高。當(dāng)母線合并元異常時(shí)，可能導(dǎo)致所有間隔均失壓，故有些工程要求母線合并單元雙重化，那么一臺(tái)間隔合并單元就需要接收兩臺(tái)母線合并單元的數(shù)據(jù)，并具備電壓并列與切換功能。電壓并列是將兩個(gè)母線電壓連接在一起，形成一個(gè)電壓；電壓切換是從一個(gè)母線電壓切換到另一個(gè)母線電壓。結(jié)合變電站中母線合并單元的具體接線情況，以單母線分段、雙母線接線為實(shí)例，介紹電壓并列與切換的功能。

1.1 并列功能

如果是單母線分段接線，當(dāng)某段母線電壓互感器（PT）停運(yùn)，而該母線的線路要繼續(xù)工作，需要二次電壓，則投入具有并列功能的合并裝置，將另外一段母線PT二次電壓并列至停運(yùn)的PT側(cè)。如果是雙母線接線，在出現(xiàn)母線并列運(yùn)行方式下，如果某組母線的PT停運(yùn)，也可以通過并列功能使用另外一組母線線路的二次電壓，從而保證了線路繼續(xù)工作。

1.2 切換功能

兩段母線分列運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)斷路器斷開，當(dāng)由于試驗(yàn)等原因而進(jìn)行倒母線操作時(shí)，一次元件所在母線發(fā)生變換，保護(hù)測控裝置的二次電壓也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的切換，以保證二次電壓與一次元件所連接的母線電壓對(duì)應(yīng)。

2 配置方案

根據(jù)母線合并單元電壓輸出方案，按照功能類型將其分為無母線電壓并列切換、1母2母并列、雙母單分并列、1母2母電壓切換、2母3母電壓切換、并列切換合并等6種類型。配置母線合并單元電壓并列與切換狀態(tài)列的正確性，直接影響到SV9-2數(shù)據(jù)值的可靠性。本文以配置1母2母并列狀態(tài)列、1母2母切換狀態(tài)列為實(shí)例，介紹具體的配置流程與操作方案。

2.1 合并單元配置

合并單元運(yùn)行包括平臺(tái)程序和配置。配置主要包括以下3部分：

（1）與IEC61850相關(guān)的CID文件：包括SV發(fā)送數(shù)據(jù)集、GOOSE發(fā)送數(shù)據(jù)集、GOOSE接收信號(hào)實(shí)例等［7］，并將各個(gè)DO關(guān)聯(lián)的內(nèi)部通道號(hào)，通過短地址方式放在對(duì)應(yīng)DO的DA屬性里。

（2）與采集器相關(guān)的屬性配置：采集器沒有對(duì)應(yīng)的61850模型，只能根據(jù)現(xiàn)場采集器的具體情況，配置通道個(gè)數(shù)、通道屬性、幀類型（MU輸出母線電壓、SV9-2、FT3數(shù)據(jù)等）、波特率、延時(shí)、采樣率等信息，并存入并列切換狀態(tài)文件中。

（3）SV9-2與采集器及通道映射關(guān)系：SV9-2通道原始數(shù)據(jù)究竟從哪個(gè)采集器通道來，需要配置SV9-2與采集器及通道映射關(guān)系。通過將SV發(fā)送配置中的關(guān)聯(lián)通道號(hào)與并列切換配置中的關(guān)聯(lián)通道號(hào)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)SV9-2通道數(shù)據(jù)來源與采集通道的映射關(guān)聯(lián)，并存入并列切換狀態(tài)文件中。

2.2 配置并列狀態(tài)列

在配置SV9-2與采集通道映射關(guān)系時(shí)，選擇9-2通道的電壓屬性，將需要并列的兩個(gè)通道關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的母線電壓類型。1母2母雙母并列配置如圖1所示，選擇1母A相電壓1與2母A相電壓1成對(duì)出現(xiàn)。在生成狀態(tài)列時(shí)，按照9-2通道電壓屬性對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系替換對(duì)應(yīng)的采集器ID和采集通道ID，用作并列及解列時(shí)9－2數(shù)據(jù)采集通道映射來源。

配置完1母2母并列邏輯后，在狀態(tài)列文件中，生成5個(gè)邏輯狀態(tài)列。

（1）狀態(tài)1：原始配置邏輯，各自母線PT電壓。

（2）狀態(tài)2：1母強(qiáng)制2母，均用1母PT電壓。

（3）狀態(tài)3：2母強(qiáng)制1母，均用2母PT電壓。

圖1 1母并2母配置圖

（4）狀態(tài)4：2母強(qiáng)制3母，均用2母PT電壓。

（5）狀態(tài)5：3母強(qiáng)制2母，均用3母PT電壓。

2.3 配置切換狀態(tài)列

在配置切換狀態(tài)列時(shí)，選擇采集器通道的母線電壓屬性，將需要切換的兩個(gè)通道關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的電壓屬性。如1母切2母，采集器通道相關(guān)的屬性配置如圖2（a）所示，屬性為1母A相電壓1與2母A相電壓1采集器通道成對(duì)出現(xiàn)。配置SV9-2與采集通道映射關(guān)系及9-2通道屬性，如圖2（b）所示。在生成狀態(tài)列時(shí)，根據(jù)9-2通道屬性與采集器通道屬性，替換對(duì)應(yīng)的采集器ID和采集通道ID，用作切換時(shí)9-2數(shù)據(jù)的采集通道數(shù)據(jù)來源。

圖2 切換邏輯配置圖

配置完1母2母切換邏輯后，在狀態(tài)列文件中，生成7個(gè)邏輯狀態(tài)列。

（1）狀態(tài)1：電壓值為0品質(zhì)無效的無效狀態(tài)列。

（2）狀態(tài)2：母線MU1的1母電壓。

（3）狀態(tài)3：母線MU1的2母電壓。

（4）狀態(tài)4：電壓值為0品質(zhì)有效。

（5）狀態(tài)5：母線MU2的1母電壓。

（6）狀態(tài)6：母線MU2的2母電壓。

（7）狀態(tài)7：原始配置邏輯。

3 并列切換實(shí)驗(yàn)

合并單元將來自不同采集器不同通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)的組合，使之在發(fā)出的一幀SV9-2報(bào)文中，不同通道的數(shù)據(jù)表現(xiàn)為同一時(shí)刻的采樣值。搭建的測試環(huán)境如圖3所示。

圖3 合并單元測試環(huán)境

3.1 并列

平臺(tái)創(chuàng)建1母強(qiáng)制2母刀閘硬開入點(diǎn)，母聯(lián)1開關(guān)、母聯(lián)1隔刀2位置、母聯(lián)2開關(guān)、母聯(lián)2隔刀1位置等GOOSE軟開入點(diǎn)。合并單元平臺(tái)程序解析并列狀態(tài)列，配合電壓并列邏輯機(jī)制，將使用的狀態(tài)列提交平臺(tái)母線選擇接口，平臺(tái)根據(jù)狀態(tài)列配置信息，提取所需采集器采集通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，并組成SV9-2報(bào)文。1母并2母邏輯測試如圖4（a）所示，并列波形如圖4（b）所示。

3.2 切換

平臺(tái)創(chuàng)建1母強(qiáng)制2母刀閘硬開入點(diǎn)，母聯(lián)1開關(guān)、母聯(lián)1隔刀1位置、母聯(lián)1隔刀2位置、母聯(lián)2開關(guān)、母聯(lián)2隔刀1位置、母聯(lián)2隔刀2位置等GOOSE軟開入點(diǎn)。合并單元平臺(tái)程序解析切換狀態(tài)列信息，配合電壓切換邏輯機(jī)制，將結(jié)果提交平臺(tái)母線選擇接口，平臺(tái)根據(jù)狀態(tài)列配置信息，提取所需采集器采集通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，并組成SV9-2報(bào)文。1母切2母邏輯如圖5（a）所示，邏輯波形如圖5（b）所示。

圖4 1母并2母實(shí)驗(yàn)圖

圖5 1母切2母實(shí)驗(yàn)圖

當(dāng)間隔合并單元非檢修態(tài)，母線MU1檢修態(tài)，而母線MU2非檢修態(tài)且接收數(shù)據(jù)正常，切為母線MU2；連續(xù)20 ms收不到母線MU1數(shù)據(jù)，且接收母線MU2數(shù)據(jù)正常，切為母線MU2；母線MU1數(shù)據(jù)正常，且母線MU1非檢修狀態(tài)，恢復(fù)母線MU1切換。實(shí)驗(yàn)表明，合并單元快速調(diào)節(jié)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，保證采樣值輸出的穩(wěn)定性，通過配置合并單元狀態(tài)列實(shí)現(xiàn)的電壓并列與切換方案，能夠輸出正確的二次電壓值，實(shí)現(xiàn)了合并單元的電壓并列與切換功能。

4 結(jié)語

在數(shù)字化變電站中利用母線合并單元完成二次電壓的并列與切換，可以省去傳統(tǒng)的電壓并列切換裝置，縮短電壓并列切換的時(shí)間。利用合并單元狀態(tài)列加刀閘邏輯判別機(jī)制實(shí)現(xiàn)的二次電壓的并列與切換功能充分體現(xiàn)了合并單元設(shè)計(jì)的靈活性，可擴(kuò)展性、更加適應(yīng)今后數(shù)字化變電站的發(fā)展需要。實(shí)驗(yàn)證明，該方案可以滿足電壓并列與切換功能的指標(biāo)要求，具有一定的推廣價(jià)值。

［1］IEC 60044-7 Electrical voltage transformers［S］.1999.

［2］IEC 60044-8 Electrical current transformers［S］.1999.

［3］ 徐 科，張會(huì)建，邢立坊.典型數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下電壓切換方式的研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（21）：99-102.

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［4］ 李英明.一種智能變電站合并單元關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（11）：94-98.

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［5］ 黃 燦.基于FPGA的數(shù)字化變電站電壓并列與切換設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（22）：195-198.

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［6］ 張耀洪.考慮PT二次電壓及刀閘輔助觸點(diǎn)的電壓并列判據(jù)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（15）：138-141.

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［7］ 國家電網(wǎng)公司.Q／GDW 441 20l0智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.2010.