數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.數(shù)字化變電站的特征國(guó)際電工委員會(huì)iec61850規(guī)范的“電氣工程通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)”系列已經(jīng)引入并實(shí)施。隨著電子科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字電源模式無(wú)疑取代了綜合自動(dòng)車(chē)站模式。由綜合自動(dòng)化站過(guò)渡到數(shù)字化變電站,不僅能達(dá)到節(jié)省電纜、節(jié)約用地的目的,更重要的是使變電站內(nèi)部監(jiān)控網(wǎng)模塊化、規(guī)范化,進(jìn)而與調(diào)度或集控中心建立開(kāi)放型現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)。能及時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)信息和科學(xué)決策,以實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的現(xiàn)代化、科學(xué)化和自動(dòng)化管理,形成高效、安全、穩(wěn)定及智能的數(shù)字化電網(wǎng)。根據(jù)《廣東電網(wǎng)110kV數(shù)字化變電站建設(shè)技術(shù)原則》,數(shù)字化變電站是以IEC61850為通信標(biāo)準(zhǔn)的信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程完全數(shù)字化的變電站?；咎卣鳛樵O(shè)備智能化、建模標(biāo)準(zhǔn)化、通信網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行管理自動(dòng)化。數(shù)字化變電站在電子式互感器、IEC61850通信架構(gòu)及智能化一次設(shè)備等部分有別于傳統(tǒng)綜合自動(dòng)化站。本文介紹了數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及要求,并簡(jiǎn)單分析廣州某110kV數(shù)字化改造站的設(shè)計(jì)思路。2.電子式電流東北部目前,電子式互感器相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在修訂中,可參照的標(biāo)準(zhǔn)為IEC60044-7《電子式電壓互感器》和IEC60044-8《電子式電流互感器》。電子式電流互感器按有無(wú)激光電源分為有源式和無(wú)源式兩種,其工作原理分別為羅氏線圈感應(yīng)被測(cè)電流和磁光效應(yīng)感應(yīng)被測(cè)電流。電子式電壓互感器按工作原理分為電容分壓器感應(yīng)被測(cè)電壓和利用泡克耳斯效應(yīng)感應(yīng)被測(cè)電壓兩種。電子式電流互感器與傳統(tǒng)的互感器相比,因采用光纜作為通信介質(zhì),其絕緣難度大幅降低,具有絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,體積小,重量輕的優(yōu)點(diǎn)。此外,還有動(dòng)態(tài)范圍大、暫態(tài)性能好的特點(diǎn),有利于保護(hù)的快速性。在電壓等級(jí)越高的系統(tǒng)中電子式電流互感器的優(yōu)勢(shì)越明顯。電子式電流互感器的主要組成包括一次傳感單元和信號(hào)遠(yuǎn)傳單元兩部分,分別負(fù)責(zé)傳感電流信號(hào)和將數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纜傳送至合并器。若配電裝置采用GIS組合電器時(shí),采用罐式的電子式電流互感器;若配電裝置采用常規(guī)敞開(kāi)式布置時(shí),采用獨(dú)立式的電子式電流互感器。此外,可以把電流互感器功能和電壓互感器功能在同一臺(tái)設(shè)備中實(shí)現(xiàn),即電子式電流電壓互感器。當(dāng)應(yīng)用于線路間隔時(shí),可節(jié)約線路側(cè)電壓互感器的安裝空間,有利于節(jié)省用地。電子式電流互感器沒(méi)有開(kāi)路運(yùn)行問(wèn)題,電子式電壓互感器沒(méi)有諧振問(wèn)題。3.智能單元ied智能化一次設(shè)備是由具有數(shù)字化控制裝置、電力電子裝置、傳感單元及數(shù)字通信接口等組成的。具有在線監(jiān)測(cè)及故障診斷功能的一次設(shè)備,主要包括智能化斷路器、智能化隔離開(kāi)關(guān)和智能化變壓器等。智能化一次設(shè)備因技術(shù)原因發(fā)展緩慢,目前的折衷方案是由二次設(shè)備廠家提供就地的智能單元IED,將傳統(tǒng)的一次設(shè)備“四遙”信號(hào)通過(guò)電纜接到智能單元IED,再由IED出光纜接入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。即通過(guò)就地安裝的IED使傳統(tǒng)一次設(shè)備具備部分的智能化功能。智能單元IED在配電裝置開(kāi)關(guān)場(chǎng)就地安裝,可安裝于端子箱,或組柜。主要功能是采集一次設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài),環(huán)境溫度、濕度,以及接收GOOSE跳合閘信號(hào)。當(dāng)用于戶(hù)外站時(shí),其防濕、防熱、防塵、防電磁干擾等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求相當(dāng)嚴(yán)酷。根據(jù)《廣東電網(wǎng)110kV數(shù)字化變電站建設(shè)技術(shù)原則》,電磁及環(huán)境溫度指標(biāo)要求:①電磁兼容性指標(biāo)必須滿(mǎn)足IEC標(biāo)準(zhǔn)4級(jí)的要求;②運(yùn)行環(huán)境溫度為-20℃~+70℃。4.保護(hù)、測(cè)控、錄波、計(jì)量站控層設(shè)備,GPS設(shè)備,UPS設(shè)備,直流系統(tǒng)等安裝于主控室。10kV保護(hù)測(cè)控一體化,就地安裝于開(kāi)關(guān)柜。電子式互感器、智能化一次設(shè)備(智能單元IED)及保護(hù)、測(cè)控、錄波、計(jì)量等裝置都需要接入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)國(guó)外提出的近過(guò)程化理論,為增加網(wǎng)絡(luò)可靠性,應(yīng)盡量減少光纜長(zhǎng)度,所以保護(hù)、測(cè)控、錄波、計(jì)量等裝置應(yīng)安裝于配電裝置附近的繼保室。對(duì)于主接線簡(jiǎn)單的110kV變電站,保護(hù)及測(cè)控裝置也可安裝于主控室。5.變電站內(nèi)功能分層EC61850按照變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所要完成的控制、監(jiān)視和保護(hù)三大功能提出了變電站內(nèi)功能分層的概念。變電站的功能分為3層,即變電站層、間隔層和過(guò)程層。5.1主站站組成站控層設(shè)備由主機(jī)(操作員站)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置(雙套)、五防工作站、繼電保護(hù)信息子站等組成。采用100M及以上工業(yè)以太網(wǎng)(雙星型或雙環(huán)型),系統(tǒng)按照IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模和信息傳輸。5.2系統(tǒng)防誤封閉功能間隔層設(shè)備包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、安全自動(dòng)裝置等設(shè)備。所有間隔層設(shè)備之間及間隔層對(duì)站控層的網(wǎng)絡(luò)均采用100M及以上工業(yè)以太網(wǎng)(雙星型或雙環(huán)型),系統(tǒng)按照IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模和信息傳輸,應(yīng)支持GOOSE方式實(shí)現(xiàn)間隔層防誤閉鎖功能。5.3采樣值的傳輸與電子式互感器配套的合并器單元必須按照IEC61850-9-1或者IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)向間隔層設(shè)備傳輸采樣值數(shù)字信號(hào)。過(guò)程層可組建一個(gè)GOOSE專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸各種快速報(bào)文,該網(wǎng)絡(luò)采用100M工業(yè)以太網(wǎng)(星型或環(huán)型)。6.南進(jìn)路4:壓力和密度同時(shí)使用gose機(jī)制IEC61850提出的GOOSE傳輸機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)快速、安全的數(shù)據(jù)交換。該機(jī)制保證各裝置的快速報(bào)文可在3ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息交換,可滿(mǎn)足跳合閘要求,國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家對(duì)此都有研究及論述。為了增強(qiáng)該機(jī)制的傳輸可靠性,可以考慮在過(guò)程層組建GOOSE專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。GOOSE機(jī)制允許保護(hù)設(shè)備、測(cè)控設(shè)備之間交互數(shù)據(jù),可通過(guò)GOOSE實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)閉鎖功能,不必敷設(shè)大量間隔內(nèi)部及間隔之間的電氣連鎖電纜,也不必設(shè)置專(zhuān)門(mén)聯(lián)閉鎖控制器(PLC)以避免重復(fù)的遙信采集。此外,備自投功能也可以由GOOSE實(shí)現(xiàn),從而減少設(shè)備,簡(jiǎn)化系統(tǒng)。7.節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步在《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》第5部分:功能的通信要求和裝置模型,附錄G中規(guī)定:時(shí)間同步用于系統(tǒng)內(nèi)各裝置間的同步,具有精確外部時(shí)間源的邏輯節(jié)點(diǎn)作為主時(shí)鐘,同一類(lèi)型的另一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)作為后備主時(shí)鐘,通過(guò)主時(shí)鐘對(duì)各分布節(jié)點(diǎn)設(shè)置絕對(duì)時(shí)間,各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘連續(xù)同步?？蓛?yōu)先考慮通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP(networktimeprotocol)實(shí)現(xiàn)全站對(duì)時(shí)。8.網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及監(jiān)控廣州某110kV變電站主接線采用線變組接線,原為常規(guī)控制站,現(xiàn)已改造為數(shù)字化變電站,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該站主變變高及變低側(cè)均采用電子式電流電壓互感器,其他一次設(shè)備均采用傳統(tǒng)設(shè)備。主變變高、變低、本體分別設(shè)智能單元IED,就地安裝于獨(dú)立的采集柜或組裝于開(kāi)關(guān)柜內(nèi),采集開(kāi)關(guān)、刀閘及主變狀態(tài)信息,通過(guò)光纜上傳監(jiān)控系統(tǒng),并轉(zhuǎn)發(fā)控制命令。全站保護(hù)測(cè)控均一體化配置,主變保護(hù)采用國(guó)內(nèi)設(shè)備,其余10kV保護(hù)及監(jiān)控設(shè)備采用國(guó)外原裝進(jìn)口設(shè)備。全站通過(guò)GOOSE發(fā)送跳合閘命令,并利用GOOSE機(jī)制完成聯(lián)閉鎖及備自投功能。站控層設(shè)雙星型以太網(wǎng),配置3COM交換機(jī)。間隔層采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),全光纖連接方式,配置RuggedCOM交換機(jī)。過(guò)程層沒(méi)有單獨(dú)組網(wǎng),采用按照IEC-61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)使用德國(guó)生產(chǎn)的M300/TCR設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)SNTP(simplenetworktimeprotocol)對(duì)時(shí)。為提高對(duì)時(shí)可靠性,采用了COM500總線輔助對(duì)時(shí)的方案,即通信主控單元發(fā)現(xiàn)有裝置上電,或者每天定時(shí)掃描各測(cè)控裝置的時(shí)鐘,發(fā)現(xiàn)有時(shí)鐘超過(guò)1分鐘以上偏移的,采用報(bào)文對(duì)時(shí)的方式予以校正。該站目前運(yùn)行良好。9.國(guó)內(nèi)數(shù)字化變電站設(shè)備互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用案例數(shù)字化變電站是變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然方向,數(shù)字化變電站的發(fā)展和成熟對(duì)建立高效、安全、智能的數(shù)字化電網(wǎng)有重要意義。數(shù)字化變電站與綜合自動(dòng)化站相比,設(shè)