How to design a 110kV intelligent substation-INNO

Avec le développement des sous-stations intelligentes, les performances et les avantages des terminaux intelligents et des équipements des unités de fusion ont été largement vérifiés, mais certains problèmes ont également été révélés, tel que: une configuration déraisonnable des unités de fusion réduit la fiabilité du fonctionnement des équipements de protection, le délai d'échantillonnage augmente le temps d'action de l'ensemble du groupe de protection, etc.. Un schéma technique de “échantillonnage conventionnel + déclenchement GOOSE” pour les dispositifs de protection dans 220 Des sous-stations intelligentes kV et supérieures ont été proposées, qui a également une importance de référence pour la construction de 110 Sous-stations intelligentes kV.

1 Aperçu général de la conception

Dans la conception générale des dessins de construction modulaires pour les sous-stations intelligentes State Grid, 110 Les sous-stations kV sont souvent utilisées comme stations de charge terminales, avec une échelle de transformateur principal de 2 unités et un schéma typique de bus unique segmenté (bus unique à trois segments) ou pont intérieur (pont intérieur élargi) pour le câblage principal. Cet article prend comme exemple le schéma 110-A3-3 d'expansion de la forme de connexion principale du pont intérieur pour analyser la configuration de l'unité de fusion de jeux de barres..

1.1 Schéma de configuration général des unités de fusion

Dans le schéma de conception général, L'échantillonnage de tension et de courant adopte la méthode de “transformateur conventionnel+unité de fusion”. Chaque intervalle PT de jeu de barres est équipé d'un terminal intelligent et d'une unité de fusion; Deux terminaux intelligents intégrés pour fusionner les unités sont installés à intervalles entre les lignes et les ponts internes; Un appareil intégré intelligent est installé à intervalles réguliers du côté haute tension du transformateur principal.; The intelligent cabinet of the main transformer is equipped with one intelligent terminal and two merging units. On the low-voltage side of the main transformer, each main incoming switchgear is equipped with two integrated intelligent devices. The low-voltage equipment has not changed in the scheme optimization, so no statistics will be made.

1.2 Voltage sampling logic relationship

According to the technical guidelines for intelligent substations, the line, inner bridge, main transformer protection device, SV, and GOOSE information follow the principle of “direct acquisition and direct jump”, and are transmitted point-to-point through optical cables. According to the final scale configuration of the general design scheme, the voltage sampling logic relationship of the protection equipment is shown in Figure 1.

La ligne continue représente le câblage, tandis que la ligne pointillée représente le câblage du câble optique ou du câble de queue. L'échantillonnage de tension de l'unité de fusion d'intervalles côté haute tension de la ligne et du transformateur principal est transmis via le 9-2 cascade de protocoles à partir de l'unité de fusion de jeux de barres, et peut être transmis à la protection de ligne correspondante, compteur d'électricité, surcharge du transformateur principal et autres appareils à utiliser. L'échantillonnage de tension de la protection du transformateur principal, commutation automatique de secours, et les dispositifs de délestage de charge à faible cycle sont directement transmis point à point depuis l'unité de fusion de jeux de barres.

Analyse du problème

Dans les sous-stations intelligentes, bien que la fiabilité de la méthode de configuration de “transformateur conventionnel+unité de fusion” a été grandement amélioré par rapport au début “transformateur électronique+unité de fusion” mode, la fiabilité globale de la protection et système de mesure has been reduced due to the increased software and hardware modules of the merging unit compared to traditional protection devices, and the increased risk of faults. En outre, the poor operating environment of on-site layout has led to a decrease in the overall reliability of the protection and measurement system. In the general design scheme of State Grid Intelligent Substation, le 110 kV substation is only equipped with 2 sets of busbar merging units according to the final scale, and each set of devices can simultaneously connect to 3 sets of busbar voltage. In this wiring scheme, when one set of merging units fails, it will cause an alarm of the 1/2 main transformer protection device in the station, as well as an alarm or lockout of backup automatic switching, measurement and control, metering and other devices, with a wide range of impact. Considering the risk of faults in busbar merging units, State Grid Corporation of China released the “Standardized Design Specification for Analog Input Merging Units and Intelligent Terminals in Intelligent Substations” dans 2016, proposing a scheme of configuring one merging unit per busbar segment for single busbar three segmented connection in 110 Sous-stations kV, as shown in Figure 1. There are still several issues in this plan: (1) When two main transformers are constructed in the first phase and expanded in the final phase, the merging units of each busbar configuration are simultaneously connected to three sets of busbar voltage, which requires corresponding busbar equipment to be powered off, increasing construction risks and technical difficulties. (2) The failure of a single busbar merging unit will cause at least 2 sets of main transformer protection devices to alarm, as well as other parts of protection measurement and control, automatic devices, electricity meters and other equipment to alarm or lock, and the impact range is still relatively large. (3) The sampling voltage from the busbar merging unit to the main transformer protection device and the cascade voltage to other interval merging units require a large number of optical cables (tail cables) to be connected.

Optimization plan

According to the final scale of the entire station, one conventional voltage parallel device will be installed in the 110 kV I and III bus voltage transformer PT control cabinets to achieve voltage parallel function between adjacent busbars. Two bus merging units will be installed in the II bus PT control cabinet to collect the voltage of three bus sections. Two integrated intelligent devices are installed on the line, inner bridge, and high-voltage side interval of the main transformer. The merging unit configuration of the intelligent cabinet of the main transformer body is cancelled, and the neutral point zero sequence and gap current are connected to the high-voltage side interval merging unit of the main transformer through cables. The logic relationship of voltage sampling for process level equipment is appropriately simplified.

The bus voltage is connected to the line and the high-voltage side of the main transformer through cables, and the cascading circuit from the bus merging unit is cancelled. The main transformer protection voltage sampling is directly collected from the high-voltage side of the main transformer point to point. The sampling of public equipment such as backup automatic switching and low cycle load shedding can be directly collected from the merging unit of the II bus PT control cabinet. To reduce the impact range of faults in the merging unit, two bus merging units are set up, and the fiber optic interface is reasonably allocated to other public equipment for use.

Compared with the general design scheme, the advantages of this scheme are: (1) enhanced reliability of the interval layer protection measurement and control system. The bus voltage is connected to the line and the main transformer interval merging unit through cables, which increases the reliability of the circuit and can avoid the adverse effects of sampling and conversion caused by the bus merging unit, as well as device failures on the protection and measurement device of this interval. When a single merging unit fails within the interval, it will only cause an alarm for the single set of main transformer protection measurement and control device, and the range of fault impact will be reduced by half. (2) Simplify the busbar merging unit optical cable wiring. Compared with Figure 1, Chiffre 2 shows that the configuration of protection and automatic devices remains unchanged. The number of process layer equipment (y compris 2 conventional parallel devices) is reduced by 2, and the number of bus merging unit optical ports occupied is reduced from 22 à 7. (3) La construction est pratique et la plage de coupure de courant est limitée lors de l'extension du jeu de barres III.. Seul le jeu de barres II doit coopérer avec la panne de courant, sans modifier l'équipement du jeu de barres I. (4) Réduire les coûts d’achat d’équipement. Le plan amélioré réduit le nombre d'équipements de couche de traitement de 2 unités, et le prix de 2 la tension des dispositifs parallèles conventionnels est nettement inférieure à celle de l'équipement de l'unité fusionnée, ce qui entraîne une réduction globale des coûts. Quand le 110 Le compteur d'énergie de l'équipement kV est placé dans la salle de contrôle intelligente, des compteurs d'entrée analogiques peuvent être utilisés, ce qui est beaucoup moins cher que les compteurs à entrée numérique et réduit encore le coût des équipements d'ingénierie.

Les lacunes comprennent: (1) Une augmentation du nombre d'équipements installés dans l'armoire de commande du jeu de barres. Pour le schéma A3-3, grâce à la fusion de la disposition de l'intervalle côté haute tension du transformateur principal et de l'intervalle PT du jeu de barres, l'armoire de commande de jeu de barres doit installer à la fois l'unité de fusion d'intervalles de transformateur principal et l'unité de fusion de jeu de barres, ainsi que des équipements terminaux intelligents. Le schéma de conception universel d'origine nécessitait l'installation de trois appareils dans chaque armoire de commande de jeu de barres; Le plan d'optimisation nécessite l'installation de 4 appareils dans les armoires de commande des bus I et III, et 5 appareils dans l'armoire de commande du bus II. Pendant la conception des dessins de construction, il est possible de communiquer avec le fabricant de l'équipement SIG pour augmenter la taille de l'armoire ou installer une armoire avec écran de protection à l'intérieur de la salle SIG.. (2) After the voltage circuit adopts cable connection to the line interval intelligent unit, additional cabinet wiring circuits and voltage air switches and other accessories will be added, but the quantity is not large and the circuit wiring is simple, which has little impact on the construction process.

Le 110 kV intelligent substation is equipped with a conventional voltage parallel device, and the voltage sampling of the line and main transformer protection is connected to the corresponding interval merging unit through cables. This has obvious advantages in improving the overall reliability of the protection and measurement system and reducing the impact range of single merging unit faults on the protection device. En même temps, two busbar merging units are set up to collect the voltage of the 110 kV busbar separately, for use by other public equipment such as backup automatic switching, which can meet the technical characteristics of digital collection and data sharing in intelligent substations.