变电站保护装置合并单元简介

变电站保护装置合并单元简介

传统变电站中所需要的电气量都通过电缆直接接入常规互感器

的二次侧电流、电压，再通过保护、测控等装置自身的采样模块实现对模拟量的采样的A/D转换。智能变电站则是通过某个装置专门完成电气量的采样和A/D转换，再通过光纤将采样的数字量直接传送给保护、测控装置。这个专门的装置就是我们本期要了解的“合并单元”。

1、功能

合并单元（Merging Unit）的功能主要是将互感器输出的电压、电流信号合并，输出同步采样数据，并为互感器提供统一的输出接口，使不同类型的互感器于不同类型的二次设备之间能够互相通信。

按照功能，合并单元一般可以分为间隔合并单元和母线合并单元。

间隔合并单元用于线路、变压器和电容器等间隔电气量的采集，只发送本间隔的电气量数据。一般包括三相电压Uabc，三相保护电流Iabc、三相测量用电流I、同期电压UL、零序电压U0、零序电流I0。对于双母线接线的间隔，合并单元根据本间隔隔离开关的位置，自动实现电压切换的功能。

母线合并单元一般采集母线电压或者同期电压，在需要电压并列时，可通过软件自动实现个母线电压的并列。

目前智能站中合并单元的采样频率和输出频率统一为4kHz，即每工频周期80个采样点，这可以保护、测量装置的需求。对于计量用的合并单元需要专门设计，其采样和输出频率为12.8kHz。

2、技术原理

（1）电气量采集

由互感器输入合并单元的电气量可能是模拟量，也可能是数字量。

对于传统互感器输出的模拟量，模拟信号通过电缆输入合并单元，经过隔离变换、低通滤波后进入CPU进行A/D转换后，变为数字量输出至SV接口。

对于电子式互感器输出地数字量，合并单元有同步和异步两种方式。

同步方式：合并单元向个电子式互感器发送同步脉冲信号，电子式互感器接收到同步信号后，对一次电气量开始采集处理，并将采样数字量发送至合并单元。

异步方式：电子互感器按照自己的采样频率进行电气量采集处理，并将每次的采样值发送至合并单元。

（2）状态量的采集

对于状态量的采集，合并单元可自身直接采集，也可经GOOSE 通信采集。

自采集方式：状态量通过硬接点输入合并单元，通过光电隔离变换，将强电信号转化为数字量“0/1”。

GOOSE采集方式：合并单元接受智能终端经GOOSE上传的就地采集到的状态量（比如刀闸位置），也可以通过GOOSE通信上传装置状态、告警信息（比如合并单元装置告警信号）。

（3）采样数据同步问题

由于数据从互感器输出到合并单元存在延时，且考虑到电磁式互感器和电子式互感器混合接入情况，不同的采样通道之间的延时也不完全相同。为了保证输出给保护装置的采样数据的同步性，在合并单元获得原始采样数据后，需要对其进行重构，也就是我们所说的“重采样”过程，以保证输出数据的同步性。这也是智能站在验收过程中必须注意的一个问题。常用的有插值法、脉冲同步法等，具体的原理这里不详细介绍。

（4）合并单元时钟同步

合并单元接管了采样处理工作后，传统的采样过程其实就变成了保护、测控装置与合并单元之间的通信过程。那么各个合并单元时钟同步的精度就直接决定了合并单元采样值输出的相位精度。通常主要需要测试的有：

对时精度：合并单元与标准时钟误差不大于±1µs。

守时精度：合并单元在时钟丢失10min内，其内部时钟与绝对时间偏差在4µs以内。

（5）电压并列、切换功能

电压并列

单母分段、双母线等主接线形式的母线电压合并单元都具备电压并列功能，而无需额外的电压并列装置。

母线电压合并单元通过采集母联（分段）断路器位置和母线电压并列控制命令（I母强制并列到II母命令/II母强制并列到I母命令），从而实现电压并列功能。这一采集过程可以通过硬接点开入，也可以通过GOOSE采集。

电压切换

当合并单元对应间隔接双母线时，期间各电压根据运行方式取I 母或II母电压。这是需要合并单元完成本间隔的电压切换功能。

母线电压合并单元可通过刀闸辅助接点采集隔离开关位置，也可由智能终端经GOOSE将隔离开关位置发送过来。根据S1、S2的位置来切换选择取I母或II母电压。

3、装置结构

装置结构如图所示。应用主要功能模块包括采集、处理、发送三个部分。

智能采集模块，主要负责数据的采集和同步。

主处理模块，主要负责配置文件管理、采集数据的处理、对时守时功能、电压切换和并列功能。

输出模块，主要接受主处理模块的数据，并根据发送需求对数据进行二次处理，并发送至端口。