周菲霞

（中南电力设计院，湖北 武汉 430071）

1 桂林500kV串补站工程概述

1）桂林500kV变电站现状.

桂林500kV变电站原有监控系统为中国国电南自的计算机监控系统，采用A／B双网结构，变电站原有远动信息经站控层的2台远动工作站通过网络和专线2种方式向南方网调和省调上传，已有2套远动通信装置将远动信息直送南宁区控.调度组织和管理关系：桂林变电站由南方电网调度中心调度，远动信息直送南方网调、南宁区控和广西中调.

原有继电保护信息与故障录波信息单独组成一个保护及录波网，不与监控主网共网传输，所有继电保护和故障录波装置均以以太网口连接至各串补二次设备室子站采集屏，并以IEC 61850通信规约，通过光纤接入保护及故障录波子站.

变电站站内已配置一套公用的GPS时间同步系统，时钟源双重化冗余配置.

2）桂林500kV串补站工程规模.

桂林500kV串补站在已建桂林500kV变电站东侧扩建，是南方电网公司西电东送网络完善工程中的一个重要的500kV串补站，该工程的建设目的主要是进一步提高电网输送能力，提高电网的综合利用效率、安全稳定水平和供电可靠性，降低电网单位输电能力投资，降低输电损耗，优化南方电网的技术经济指标.

该期工程建设的2套串补装置分别装设在桂林至贤令山的I／II回500kV线路，输电距离为306km，采用固定串补装置型式（FSC），每套串补装置按串补度容量为25%，25%分为2个独立的分段.桂林500kV串补站工程单线示意如图1所示.

图1 桂林500kV串补站工程单线示意Figure 1 Single line diagram of Guilin 500kV series compensation station

2 电气二次概述

2.1 成套设备的电气二次设计

桂林500kV串补站，其固定串补装置的控制和保护系统由串补装置供货商中国电科院随一次设备成套供货.

串补装置控制和保护系统是对固定串补进行自动控制和保护的系统.串补装置控制和保护系统完成对交流输电线路串补装置的主要电气量和运行状态的测量、操作和运行状态的控制、主设备的监控保护［1］.包括完整的控制、保护、监视、测量和信号设备，主要设备下放布置在串补装置对应的就地串补二次设备室内.

串补控制保护系统采用双重化原则配置，并具有对自身和对外接口回路的自检和自诊断功能，2套系统完全独立、互为冗余，每套系统均可以独立启动、运行和退出.控制保护系统其中一套因故障退出，另一套系统仍能保证串补装置的正常投入、运行和退出.

桂林串补站的控制保护系统主要由监视和控制系统、信息远传、保护系统、TFR故障录波以及测量部分组成.因桂林串补为分段设置，故串补控制保护装置按段配置，每段串补装置由4面屏柜组成，即控制保护屏A／B、监控屏和激光电源屏.故障录波则按同一回线路的2段串补故障录波组1面屏.

2.1.1 串补站监控系统

考虑到串补设备的自身特点，该工程为串补设备设置独立的计算机监控系统，但串补站的监控系统与站内原有监控系统统筹考虑，串补远动信息通过设置在串补二次设备室的规约转换器转换成IEC 61850通讯规约后，接入原站内监控系统的远动通信设备，同时也实现了与站内监控系统的互联.串补远动信息通过桂林变电站原有远动通信设备统一远传至调度中心，不再设置独立的串补站远动通道.

桂林串补站监控系统及与变电站监控系统、保信子站的连接如图2所示.

1）监控系统网络结构.

桂林串补设备计算机监控系统采用分层分布式网络结构，由站控层、间隔层和就地层三层设备双层网络构成.对每段串补、站控层和间隔层采用以太网连接并且双重化网络配置，站控层和间隔层间的网络拓扑采用星型结构.

站控层划分为站内监控和远方监控，站控层由操作员工作站、系统服务器、规约转换器以及公用接口设备等组成，提供串补运行的人机界面，实现管理、控制间隔层设备等功能.间隔层由控制器区域网（CAN）连接的若干监控保护子系统组成，实现串补站的控制、闭锁以及数据采集和处理功能.运行操作命令从操作员工作站经站控以太网下达.

图2 桂林500kV串补站监控系统Figure 2 Control system diagram of Guilin 500kV series compensation station

2）控制级别.

根据控制地点的不同，监控系统在设计上按照优先原则分设4个层次，即就地串补二次设备全控制、变电站控制室控制、南宁区控中心控制及南方电网调度中心控制.

串补装置的控制权能在各控制地点间安全可靠地转移，并且各控制方的控制权能相互闭锁，同一被控设备在任何时候只能接受单一控制方的命令.控制权可在界面显示，并规定控制权优先级.

3）设备布置.

串补装置的控制保护系统设备单独组屏安装布置在串补串补二次设备室内，与远动及调度通信的规约转换器及相关网络设备单独组屏安装布置在桂林变电站计算机室内，监控系统后台各工作站主机、显示器及键盘布置在桂林变电站主控室内的控制台上.

4）主要功能及特点.

串补装置监控系统为运行人员和串补装置提供了一个交互的平台.串补监控系统为完全独立的2套系统，双冗余配置，具有较高的可靠性.串补监控系统能够与采集、保护、控制等单元进行通讯，实现遥信、遥测、事件顺序记录信息的上传，以及对串补设备的查询、设置和控制.监控系统可实现对所有串补设备监视与控制，同时具有自检、故障诊断功能.用户可以直观、实时地监测整个系统的工作状况和查看分析相关数据，并能对一次设备进行控制操作.

2.1.2 串补装置保护

串补装置的保护按每条线路每段串补单独设置，且每段串补装置都配备了2套完全相同、独立、互为冗余的保护系统.2套保护系统各自具有独立的线圈和通路、操作箱、相同的测量和数据采集系统，以及各自独立相同的数据传输系统，2套保护系统相互独立，检修时互不影响.从测量输入到开关量输出，A，B系统均完全独立，其功能配置完全一致.

对于分段的串补装置，当每段串补故障时，仅该段串补保护动作，不影响另一段串补装置的运行.线路保护联跳串补信号同时发送至2段串补［2］.

针对串补装置的主要一次元件，对电容器组、MOV、间隙、旁路断路器及平台均设有相应的保护［3］，保护类型如表1所示.

表1 串补保护配置Table 1 FSC protection configuration

控制、保护和采集系统的双重化独立系统设计，大大提高了控制保护系统的可靠性，且串补分段时，二段串补的控制保护系统互不影响，并可协调配合.

2.1.3 串补暂态故障记录系统

桂林串补站每套串补装置均配备了独立的暂态故障记录系统（TFR），并提供了录波数据回放功能.暂态故障记录系统对系统的故障事件及一些特定状况进行详细记录，实现可视化显示与分析，用于在故障发生及一些特定情况下，记录固定串补装置各个电气量的变化情况，传输、存储和显示录波数据及相关内容，以及查询分析故障事件和系统状态.主要特点：

1）采样频率大于5 000Hz（可调），采取冗余配置，故障发生时可以同时录到2套控制保护系统的波形，故障前0.5s开始记录，总记录时间为5s；

2）具有多种录波启动方式，既可自动启动，也可手动启动；

3）采用专为串补装置设计的内置总线式数字录波装置，开关量、模拟量输入口无通道限制，可跟据实际需要相应增减，并可实现10%备用；

4）录波的数据可以就地下载、打印.该工程各段串补保护信息分别通过各自屏柜内的规约转换器和集中式规约转换装置PSX643转换为61850规约，接入保护故录子站网，各段串补的故障录波分别接入串补保护故录子站网.保护故录子站网为独立以太网，从串补二次设备室通过光缆接入串补远动通信屏中的交换机后，以以太网接口接入原有的保护录波子站.

2.2 其他辅助系统的电气二次设计

2.2.1 站用交、直流电源系统的设计

因桂林变电站原设计的UPS及直流电源系统容量仅按变电站终期规模考虑，并未考虑串补，因此，原有的变电站UPS及直流电源系统不能满足串补站的电源负荷需求.为保证辅助电源的可靠性，串补站设置了独立的UPS电源系统及直流电源系统.

1）UPS电源系统.

系统设备包括2台6kV·A并联冗余备用的UPS主机和UPS馈电开关等，共组3面屏，即UPS主机屏1，2和UPS馈线屏.3面屏柜均布置在串补二次设备室.

2）110V直流电源系统.

串补直流电源系统包括2组400Ah蓄电池、3套120A微机型高频开关电源屏以及2面直流主屏、1面直流母线联络屏和蓄电池巡检仪.2组蓄电池采用支架安装，布置在专用蓄电池室，直流系统屏柜则布置在串补二次设备室内.蓄电池组采用免维护阀控蓄电池，设2组，每组52只，放电时间按2h考虑.

2.2.2 火灾报警及图像监视系统.

桂林串补站的火灾报警和图像监视系统作为变电站原有系统的扩充，该工程中仅增加相应的探测器及摄像头，接入变电站内已有火灾报警及图像监视系统.

3 桂林串补站设计特点

3.1 采用IEC 61850规约与桂林变电站原有设备的互联和共用

桂林变电站为中国首个全部采用满足IEC 61850通信规约的国产设备500kV变电站，保护录波子站、监控系统均采用IEC 61850通讯协议与变电站内各保护装置进行通讯.而桂林串补站是中国首个采用IEC 61850通讯规约与变电站内保护录波子站及远动通信设备互联及共用的串补站，因此，桂林串补站控制保护与变电站内保护录波子站及远动通信设备的接口及实现方式是该工程的特点之一.

1）与站内原有保护录波子站的接口.

桂林变电站现有的保护录波子站为深圳国电南思设备，保护录波网的协议为IEC 61850规约.为节省投资，桂林串补站不单独设置保护录波子站，串补保护信息接入桂林变电站内已有保护录波子站.

2）与站内原有远动通信设备的接口.

远动信息的传输则利用变电站内已有远动通信设备和通道，不再设置独立的串补站远动通道.间隔层设备通过以太网与站控层设备通信，串补设备的远动信息经规约转换器转换后，通过站控以太网接入站内原有的远动通信屏，从而将串补远动信息统一通过专线和数据网远传至调度中心.

串补监控系统设置了一面串补远动通信屏，屏内设置的2台交换机（监控A，B网）通过与站内监控系统互联，将串补装置运行信息传送至原有的监控系统远动工作站.串补设备的远动信息通过站控以太网经规约转换器转换后，接入站内原有的远动通信装置并上传各级调度.规约转换器与用户原有的监控系统远动工作站的接口规约采用IEC 61850规约.

3.2 远方串补操作员工作站的设置

桂林串补站与桂林500kV变电站毗邻布置，即“站边站”，且运行管理单位均为南网柳州超高压局.为了既保证串补站运行安全，又节省投资，提高串补站的经济效益，串补站监控系统设计方案：采用无人值班、少人值守方式，即串补站内不设置主控制室，串补操作员工作站布置于桂林变电站主控制室内，可对串补设备进行监控.作为桂林变电站的“站边站”，在桂林变电站目前运行初期的“有人值班”运行方式下，串补站的监控通过该操作员工作站实现，远期“无人值班”运行时，该操作员工作站可用于调试和检修［4］.

同时，作为就地HMI的延伸，该工程将串补操作员工作站延伸至远端的南宁区控，作为设备的运行状态用于监视和事故处理，有利于解决由于信息在上传下达的中间环节造成的信息不畅通问题，使运行人员可随时掌握和跟踪串补站设备的详细信息.

远方设置串补操作员工作站在中国串补工程中尚属首次应用.在南宁区控中心设置的串补操作员工作站与变电站内的操作员工作站功能完全相同，供运行人员在南宁集控中心通过该操作员工作站对桂林串补站的设备进行监控，为远期全面实现桂林变电站和串补站“无人值班”运行方式创造了充分的条件.

3.3 分段串补的协调配合

桂林串补站是中国首个采用双段串补接线方式的串补站，二段串补的控制保护互不影响并能协调配合是该工程的另一个特点.

该工程中，当每段串补装置内部故障时，该段串补的保护动作退出串补装置.当串补装置内部故障且串补旁路断路器失灵拒合时，一旦该侧线路断路器跳开，即可消除电容器过载现象.故此时应退出同线路的另一段串补装置，通过硬接线跳开线路该侧断路器，并通过线路保护远跳通道跳开对侧断路器.3.4 平台测量系统的供能方式

平台电源的设计目标就是为高压平台上的数据采集部分提供稳定、可靠、连续的电源供给，不仅确保在高压线路正常时数据采集部分能够稳定工作，而且要保证在线路启动、线路故障、检修时数据采集部分仍能够正常工作［5］.

桂林串补站采用激光送能与线路取能相结合的模式为平台测量和数据采集系统提供能量，极大地提高了串补运行的可靠性.在正常线路带电运行时，平台的工作电源来自于电流互感器（采集线路电流信号），当线路失电时，则平台的供电系统自动切换到地面的激光电源.该功能方式有利于提高平台测量和数据采集系统的稳定性和可靠性.平台供电示意如图3所示.

图3 平台供电示意Figure 3 Platform power supply diagram

该工程提供的平台电源为激光送能电源和CT取能电源并联所构成的混合电源，其基本工作状态：

1）系统启动时平台电源由激光送能电源提供；

2）当线路电流达到CT取能电源的启动值时，平台电源由CT取能电源提供，激光送能电源退出，处于待机状态；

3）当故障、检修、停运或者线路电流低于CT取能电源的启动值运行时，激光送能电源重新投入.

3种工作状态表明激光送能电源和CT取能电源具有很好的互补性，二者并联提供的平台电源兼有激光送能电源供电连续可靠和CT取能电源寿命长的共同优点，克服了单一电源激光送能电源寿命相对较短、单一CT取能电源对线路运行状况依赖程度较大的缺点，确保了平台供电的供电质量及供电可靠性.

4 该工程的设计难点及不足

桂林串补站不与变电站共用辅助电源系统，直流电源系统和UPS系统均独立设置.在以往常规串补站的设计中，串补站辅助电源系统的报警信息较容易被忽视和遗漏［6］，因此作为该工程设计的难点，在工程设计的初期，即已充分考虑到串补监控系统与辅助电源系统的接口设计与实现方式.

虽然串补控制系统提供了与辅助电源系统设备的接口，接口设备可接受来自这些系统的故障报警及状态信号，但是在工程初期，这方面的信息收集工作还不够深入和具体，不能充分满足现场运行的 要求.

辅助电源系统作为串补站工程设计的重要组成部分，也是运行、维护单位最重视的系统，建议在今后的工程当中，应向建设单位相应的部门充分收集辅助电源系统方面的规范或者细则，以便设计院在串补规范书和辅助电源系统规范书编制阶段即可将其具体内容以表格的形式，作为附录提出，方便统计及后期的接口配合.

5 结语

笔者主要从工程设计的角度，针对桂林串补站电气二次设计的特点及难点，特别是对串补控制保护设备与变电站内原有设备的接口等方面详细论述了解决方案.作为中国首个采用IEC 61850通讯规约与变电站内保护录波子站及远动通信设备互联及共用的串补站，它的建成和投运为今后串补工程设计积累了宝贵的经验.

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