Cómo diseñar una subestación inteligente de 110kV-INNO

With the development of intelligent substations, the performance and advantages of intelligent terminals and merging unit equipment have been widely verified, but some problems have also been exposed, como: unreasonable configuration of merging units reduces the reliability of protection equipment operation, sampling delay increases the action time of the entire protection group, etc.. A technical scheme of “conventional sampling+GOOSE tripping” for protection devices in 220 kV and above intelligent substations has been proposed, which also has reference significance for the construction of 110 kV intelligent substations.

1 General Design Overview

In the general design of modular construction drawings for State Grid intelligent substations, 110 kV substations are often used as terminal load stations, with a main transformer scale of 2 Unidades y un esquema típico de bus único segmentado. (autobús único de tres segmentos) o puente interior (puente interior ampliado) para cableado principal. Este artículo toma como ejemplo el esquema 110-A3-3 de expansión de la forma de conexión principal del puente interior para analizar la configuración de la unidad de fusión de barras colectoras..

1.1 Esquema de configuración general de la unidad de fusión

En el esquema de diseño general., El muestreo de voltaje y corriente adopta el método de “transformador convencional+unidad fusionadora”. Cada intervalo PT de barra colectora está equipado con un terminal inteligente y una unidad de fusión; Dos dispositivos terminales inteligentes integrados para fusionar unidades están instalados a intervalos entre líneas y puentes internos.; Un dispositivo integrado inteligente está instalado a intervalos en el lado de alta tensión del transformador principal.; El gabinete inteligente del transformador principal está equipado con un terminal inteligente y dos unidades de fusión.. En el lado de bajo voltaje del transformador principal, Cada cuadro principal de entrada está equipado con dos dispositivos inteligentes integrados.. Los equipos de baja tensión no han cambiado en la optimización del esquema., por lo que no se harán estadísticas.

1.2 Relación lógica de muestreo de voltaje

Según los lineamientos técnicos para subestaciones inteligentes., la linea, puente interior, dispositivo de protección del transformador principal, SV, y la información GOOSE siguen el principio de “adquisición directa y salto directo”, y se transmiten punto a punto a través de cables ópticos. Según la configuración de escala final del esquema de diseño general., La relación lógica de muestreo de voltaje del equipo de protección se muestra en la Figura 1.

La línea sólida representa el cableado., mientras que la línea de puntos representa el cableado del cable óptico o del cable trasero. El muestreo de voltaje de la unidad de fusión de intervalo lateral de alto voltaje de la línea y el transformador principal se transmite a través del 9-2 cascada de protocolos desde la unidad de fusión de barras, y puede ser reenviado a la protección de línea correspondiente, medidor de electricidad, sobrecarga del transformador principal y otros dispositivos para su uso. El muestreo de voltaje de la protección del transformador principal., conmutación automática de respaldo, y los dispositivos de deslastre de carga de ciclo bajo se transmiten directamente punto a punto desde la unidad de fusión de barras colectoras.

Análisis de problemas

En subestaciones inteligentes, aunque la confiabilidad del método de configuración de “transformador convencional+unidad fusionadora” ha mejorado mucho en comparación con los primeros “transformador electrónico + unidad de fusión” modo, la fiabilidad general de la protección y sistema de medición se ha reducido debido al aumento de los módulos de software y hardware de la unidad de fusión en comparación con los dispositivos de protección tradicionales, y el mayor riesgo de fallos. Además, El deficiente entorno operativo del diseño in situ ha provocado una disminución de la fiabilidad general del sistema de protección y medición.. En el esquema de diseño general de la Subestación Inteligente State Grid., el 110 La subestación de kV solo está equipada con 2 Conjuntos de unidades de fusión de barras según la escala final., y cada conjunto de dispositivos puede conectarse simultáneamente a 3 conjuntos de voltaje de barra colectora. En este esquema de cableado, cuando falla un conjunto de unidades fusionadas, provocará una alarma del 1/2 Dispositivo de protección del transformador principal en la estación., así como una alarma o bloqueo de conmutación automática de respaldo., medición y control, Medición y otros dispositivos., con una amplia gama de impacto. Considerando el riesgo de fallas en las unidades de fusión de barras, State Grid Corporation de China lanzó el “Especificación de diseño estandarizado para unidades de fusión de entradas analógicas y terminales inteligentes en subestaciones inteligentes” en 2016, proponer un esquema de configuración de una unidad de fusión por segmento de barra colectora para una conexión de tres segmentos de una sola barra colectora en 110 subestaciones kV, como se muestra en la figura 1. Todavía hay varios problemas en este plan.: (1) Cuando se construyen dos transformadores principales en la primera fase y se amplían en la fase final, las unidades de fusión de cada configuración de barra colectora están conectadas simultáneamente a tres conjuntos de voltaje de barra colectora, que requiere que el equipo de barras correspondiente esté apagado, crecientes riesgos de construcción y dificultades técnicas. (2) La falla de una sola unidad de fusión de barras causará al menos 2 Conjuntos de dispositivos de protección del transformador principal para alarma., así como otras partes de medida y control de protección., dispositivos automáticos, medidores de electricidad y otros equipos para alarmar o bloquear, y el rango de impacto sigue siendo relativamente grande. (3) El voltaje de muestreo desde la unidad de fusión de barras hasta el dispositivo de protección del transformador principal y el voltaje en cascada a otras unidades de fusión de intervalo requieren una gran cantidad de cables ópticos. (cables de cola) estar conectado.

Plan de optimización

Según la escala final de toda la estación., Se instalará un dispositivo paralelo de voltaje convencional en el 110 Gabinetes de control PT del transformador de voltaje de barra kV I y III para lograr la función de voltaje paralelo entre barras colectoras adyacentes. Se instalarán dos unidades de fusión de bus en el gabinete de control PT del bus II para recolectar el voltaje de tres secciones del bus.. Dos dispositivos inteligentes integrados están instalados en la línea., puente interior, e intervalo del lado de alta tensión del transformador principal. Se cancela la configuración de la unidad de fusión del gabinete inteligente del cuerpo del transformador principal., y la secuencia cero del punto neutro y la corriente de separación están conectadas a la unidad de fusión de intervalo lateral de alto voltaje del transformador principal a través de cables. La relación lógica del muestreo de voltaje para equipos a nivel de proceso se simplifica adecuadamente..

La tensión del bus se conecta a la línea y al lado de alta tensión del transformador principal a través de cables., y se cancela el circuito en cascada desde la unidad de fusión de autobuses. El muestreo de voltaje de protección del transformador principal se recopila directamente desde el lado de alto voltaje del transformador principal punto a punto.. El muestreo de equipos públicos, como la conmutación automática de respaldo y el deslastre de carga de ciclo bajo, se puede recolectar directamente desde la unidad de fusión del gabinete de control PT del bus II.. Para reducir el rango de impacto de fallas en la unidad de fusión., Se instalan dos unidades de fusión de autobuses., y la interfaz de fibra óptica se asigna razonablemente a otros equipos públicos para su uso..

Comparado con el esquema de diseño general., las ventajas de este esquema son: (1) Mayor confiabilidad del sistema de control y medición de protección de capa de intervalo.. La tensión del bus se conecta a la línea y a la unidad de fusión del intervalo del transformador principal a través de cables., lo que aumenta la confiabilidad del circuito y puede evitar los efectos adversos del muestreo y la conversión causados por la unidad de fusión del bus, así como fallas en los dispositivos de protección y medición de este intervalo.. Cuando una sola unidad de fusión falla dentro del intervalo, Solo causará una alarma para el conjunto único de dispositivos de control y medición de protección del transformador principal., y el alcance del impacto de la falla se reducirá a la mitad. (2) Simplifique el cableado del cable óptico de la unidad de fusión de barras colectoras. Comparado con la figura 1, Cifra 2 muestra que la configuración de los dispositivos de protección y automatismos permanece sin cambios. El número de equipos de capa de proceso. (incluido 2 dispositivos paralelos convencionales) se reduce por 2, y el número de puertos ópticos de la unidad de fusión de bus ocupados se reduce de 22 a 7. (3) La construcción es conveniente y el rango de corte de energía es limitado al expandir la barra colectora III. Solo la barra colectora II necesita cooperar con el corte de energía., sin modificar el equipo de barras I. (4) Reducir los costos de adquisición de equipos.. El plan mejorado reduce la cantidad de equipos de la capa de proceso en 2 unidades, y el precio de 2 El voltaje de los dispositivos paralelos convencionales es significativamente menor que el de los equipos unitarios fusionados., lo que resulta en una reducción general de costos. cuando el 110 El medidor de energía del equipo kV se coloca en la sala de control inteligente, Se pueden utilizar medidores de entrada analógica., que es mucho más barato que los medidores de entrada digital y reduce aún más el costo de los equipos de ingeniería.

Las deficiencias incluyen: (1) Un aumento en el número de equipos instalados en el gabinete de control de barras.. Para el esquema A3-3, debido a la fusión del diseño del intervalo del lado de alta tensión del transformador principal y el intervalo PT de la barra colectora, el gabinete de control de barras necesita instalar tanto la unidad de fusión de intervalo de transformador principal como la unidad de fusión de barras, así como equipos terminales inteligentes. El esquema de diseño universal original requería la instalación de tres dispositivos en cada gabinete de control de barras.; El plan de optimización requiere la instalación de 4 Dispositivos en los armarios de control del bus I y III., y 5 Dispositivos en el armario de control del bus II.. Durante el diseño del dibujo de construcción., Es posible comunicarse con el fabricante del equipo GIS para aumentar el tamaño del gabinete o instalar un gabinete de pantalla protectora dentro de la sala GIS.. (2) Después de que el circuito de voltaje adopta la conexión del cable a la unidad inteligente de intervalo de línea, Se agregarán circuitos de cableado de gabinete adicionales e interruptores de aire de voltaje y otros accesorios., Pero la cantidad no es grande y el cableado del circuito es simple., lo cual tiene poco impacto en el proceso de construcción.

El 110 La subestación inteligente de kV está equipada con un dispositivo paralelo de voltaje convencional, y el muestreo de tensión de la línea y protección del transformador principal se conecta a la unidad de fusión de intervalo correspondiente a través de cables. Esto tiene ventajas obvias al mejorar la confiabilidad general del sistema de protección y medición y reducir el rango de impacto de fallas de unidades de fusión únicas en el dispositivo de protección.. Al mismo tiempo, Se instalan dos unidades de fusión de barras para recoger la tensión de la 110 barra colectora kV por separado, para uso de otros equipos públicos, como conmutación automática de respaldo, que puede cumplir con las características técnicas de recolección digital e intercambio de datos en subestaciones inteligentes.