電氣工程及其自動化畢業(yè)論文-110kV智能變電站二次系統(tǒng)設計

引言1.1研究目的及意義在2009年年初，為了對國家的能源戰(zhàn)略布局和發(fā)展戰(zhàn)略做出回應，國家電網(wǎng)公司在全國范圍內開始了對智能變電站的普及，并在各個地區(qū)進行了不同的試點。在具體的應用過程中，與常規(guī)的綜合加油站進行比較，智能加油站擁有的系統(tǒng)更穩(wěn)定、安全可靠、設備維護更方便高效、項目建設開發(fā)更完備等一系列的創(chuàng)新突破，從而可以使一次設備智能化，電子變壓器及設備在線狀況檢測等技術創(chuàng)新系統(tǒng)得以實施，并在二次系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和信息整合平臺等主要領域中，獲得了一批的科研結果。電力系統(tǒng)的建設是我國能源發(fā)展的關鍵。在使用智能化電力的過程中，一些關鍵的步驟被顯示在了圖1.1中?？梢哉f，在我國電網(wǎng)建設中，智能化的變電所是一個非常關鍵的環(huán)節(jié)，在我國電網(wǎng)建設中將會有很大的發(fā)展空間。圖1.1智能電網(wǎng)結構分析圖與傳統(tǒng)綜自變電站相比，智能變電站特點主要分為三個方面：（1）一次設備智能化如果要讓智能電網(wǎng)達到全網(wǎng)信息交換一體化的功能要求，那么，最重要的一點就是要將一次裝備的智能化技術，也就是將數(shù)字化技術和信息化建設結合起來，并將二者的接口進行完善，同時還要將實時在線的設備監(jiān)測管理和系統(tǒng)保護與測量技術中心進行整合。（2）設備檢修狀態(tài)化通過應用智能化技術，實現(xiàn)了對變電所現(xiàn)有裝置的實時、在線監(jiān)測。與常規(guī)的變電所比較，它是一個全新的變電所，它更有助于電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定性。使用損失檢測和生命分析方法，并與先進可靠的電網(wǎng)系統(tǒng)分析評估技術相配合，對目前的設備是否處在正常運轉狀態(tài)，或者是出現(xiàn)了故障，進行了全面的判定。同時，電網(wǎng)將實時監(jiān)控和智能變電站的結果，對數(shù)據(jù)信息終端展開了分析和研究。最后，以辨識出的問題為依據(jù)，對下一步發(fā)展趨勢做出了正確的判定，并提出了維修方案，從而減少了設備損壞程度和對電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響。但是，在智能配電系統(tǒng)中，因為具有了智能化和數(shù)字化信息整合的功能，所以對裝備進行了運營。監(jiān)控的條件比較苛刻，不但要對變壓器展開實時監(jiān)測，還要對分區(qū)開關、斷路器等裝置進行安裝，這就導致了前期的投入有所提高。（3）二次設備網(wǎng)絡化在智慧站的二次設備中，有穩(wěn)定控制設備、二次保護設備、低周減載設備等。要實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)信息和資源配置可以充分地實現(xiàn)，從而防止傳統(tǒng)的重復界面和設備的浪費，就必須將這些二次設備之間的聯(lián)系轉化為快速的線上網(wǎng)絡系統(tǒng)運行通信技術，也就是將電力系統(tǒng)中的二次設備聯(lián)系方式轉化為網(wǎng)絡傳輸技術，來取代整體線路運行機制，從而可以在完成數(shù)據(jù)收集和分享過程中，降低數(shù)據(jù)的異常和缺失，提升數(shù)據(jù)的分享品質，從而確保了智能變電站對于內部設備運行和狀況監(jiān)測得全面的監(jiān)督。在圖1.2、1.3中，顯示了智能變電站的內部構造圖，也顯示了智能變電站與常規(guī)變電站的不同之處。圖1.2智能變電站基本結構圖1.3智能變電站與常規(guī)變電站對比圖示為了保證電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟、有效地進行電力系統(tǒng)的維修，對提高電力系統(tǒng)的可靠性具有重要的現(xiàn)實意義。1.2國內外智能變電站發(fā)展動態(tài)“十二五”時期，我國電網(wǎng)智能化的發(fā)展呈現(xiàn)出以“點狀”帶動“面狀”發(fā)展的態(tài)勢。該示范工程的發(fā)展過程及特征顯示在表1.4中。“十四五”時期，全國各地各類電網(wǎng)對智能化變電所的總投資約為1581.12億元，各個電壓級別的電網(wǎng)所占的總投資比重見表1.5。圖1.4國網(wǎng)公司智能變電站試點項目特點分析圖1.5各電壓等級容量需求占比餅狀圖圖1.6中國與歐洲智能變電站發(fā)展對比歐美等先進的電力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的智能控制方面的發(fā)展較快，在中國處于領先地位。運用智能化變電所對設施進行了現(xiàn)場監(jiān)控，并對設施的壽命進行了預估和維修。從實踐中可以看到，項目的執(zhí)行是非常有效的。日本的“智慧電力網(wǎng)”是以日本的經(jīng)貿(mào)部為主導，以產(chǎn)、政、科研為主要內容的“三位一體”戰(zhàn)略為主導的。此外，日本許多著名的電力裝備廠商也紛紛加入了智能電力系統(tǒng)的開發(fā)中，帶動了該產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。在廣域通訊，儲能領域的電池優(yōu)化控制，電力分配等方面具有國際先進的技術含量。在智能配電，快速充電，以及在電動車方面的應用。對“智能變電站”這一理念的正確認識與正確運用，中、歐兩國之間有很大的分歧。IEC61850是歐洲最先對其進行了使用與學習的，基于該規(guī)范，我們制定了一套基于IEC61850的行業(yè)標準——《智能變電站技術導則》。中國與歐美等發(fā)達國家在電力系統(tǒng)的應用領域及基礎條件等方面存在著較大的差別，其發(fā)展狀況及研究側重點各有不同，但總體上都是以提升裝備的智能化為主要技術發(fā)展趨勢。中歐國家智能化變電所開發(fā)的詳細對比狀況。2電氣二次部分設計2.1智能變電站網(wǎng)絡架構智能變電站的網(wǎng)絡結構依照IEC61850來構建，以工作內容和設備所處的位置為依據(jù)，將其結構主要劃分為三層網(wǎng)絡，也就是：站控層、間隔層和過程層。對網(wǎng)絡系統(tǒng)信息的傳遞是通過層網(wǎng)絡來實現(xiàn)的。其中，站控層和中間層用來傳送信號，中間層用來傳送信號，中間層用來傳送信號。在智能化變電所的開發(fā)過程中，因其采用的技術規(guī)范和體系結構等因素，使得其在邏輯接口方面存在著較大的差別。為此，本文根據(jù)IEC61850國際通用規(guī)范，對智能化變電站進行了系統(tǒng)的研究。該變電所的次級網(wǎng)絡設計為“三層雙網(wǎng)”。在下面的詳細描述中，顯示了該系統(tǒng)的流程圖。圖2.1變電站自動化系統(tǒng)圖三個層次分別為：站控層、區(qū)間層和流程層。站控制層次的主要設施有：監(jiān)控主機，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關，數(shù)據(jù)服務器，綜合應用服務器，操作員站，工程師站，PMU數(shù)據(jù)中心，調度控制終端等；隔離器中的裝置主要有：保護裝置，穩(wěn)定控制系統(tǒng)，以及其他；流程級設備由：智能化設備配件，智能化終端設備，集成單元組成。兩個網(wǎng)分別是：站控層和過程層，其中站控層由中間開關和中間開關組成。兩部開關用光導纖維連接，構成相同的實體網(wǎng)絡。過程層：GOOSE與SV是過程層的主要組成.GOOSE是一種在中間層與工藝層間進行狀態(tài)與控制信息交互的網(wǎng)絡。比如，220kv及更高的電壓級別，就必須配置兩套電網(wǎng)，而10kv的線路段則不必配置另外的工藝層電網(wǎng)。在該控制層的移動管理系統(tǒng)中，發(fā)送“成功”信息。2.1.1過程層的網(wǎng)絡設計方案文中給出了110

kV園式變電所在流程級的四種方法。第一種方法是：將保護器的斷開與保護器的電流與電壓的收集，以一種“一點”的形式進行連接，又稱光纖直接采，光纖直接跳。通過使用互聯(lián)網(wǎng)的方法來對側控制裝置等其他裝置進行數(shù)據(jù)的收集，比如SV網(wǎng)絡來收集當前的電流、壓力樣本，GOOSE網(wǎng)絡來收集斷路器位置、低壓閉鎖等信號。在圖2.2中可以看到。圖2.2過程層設計方案一特點：該保護器采用點對點的方式，具有較高的可靠性。將GOOSE消息與SV消息分成兩個不同的系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的消息傳輸更加高效穩(wěn)定。缺點：所需的光纖數(shù)量較多，有關的轉換裝置較多，投資較多，且不能實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)的共享。第二種方法是：將GOOSE和SV的數(shù)據(jù)集中在一個網(wǎng)中，不需要更多的單獨的網(wǎng)中。比如，開關位置，低壓閉鎖，測控設備所需要的數(shù)據(jù)，都是經(jīng)由網(wǎng)絡來傳送的。在圖2.3中可以看到。圖2.3過程層設計方案二特點：通過點對點的光纜采集裝置電流、電壓數(shù)據(jù)采集和跳閘數(shù)據(jù)采集，具有較高的可靠性。將GOOSE與SV采集的數(shù)據(jù)共用在同一網(wǎng)中，可大幅降低開關次數(shù)。缺點：所需光纖數(shù)量多，造價高，且GOOSE與SV取樣同時采用，易造成傳輸時延，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。圖2.4過程層設計方案三方法三：通過網(wǎng)絡進行GOOSE數(shù)據(jù)的傳送，通過互聯(lián)網(wǎng)進行GOOSE數(shù)據(jù)的收集，實現(xiàn)了設備跳閘和低壓阻塞等GOOSE數(shù)據(jù)的收集；通過光纖對保護器中的電流和電壓進行了直接的采集。在圖2.4中可以看到。特點：通過網(wǎng)絡化的方法，實現(xiàn)了對諸如保護器短路等GOOSE數(shù)據(jù)的實時傳送，極大地節(jié)省了光纖和有關的切換設備。缺陷：防護設備有很高的觸發(fā)時間。通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳送，會造成數(shù)據(jù)的時滯和不穩(wěn)定。延誤脫扣的結果是很糟糕的。方法4：采用了GOOSE及SV取樣的方法，并采用了網(wǎng)絡化方式，將裝置的電流、壓力取樣及脫扣等數(shù)據(jù)進行了分析，結果見圖2.5。圖2.5過程層設計方案四特點：直觀、節(jié)約資金、易于維修。缺點：取樣與脫扣需要較高的穩(wěn)定度。在實際應用中，由于對電網(wǎng)進行抽樣，導致了電網(wǎng)的不穩(wěn)定、消息時滯和保護的停機或拒動等問題。在上述四種網(wǎng)絡連接的情況下，從安全和運行的穩(wěn)定性角度來看，第二種方案更適用于該發(fā)電廠，也就是采用了受保護SV直接收集和GOOSE信號一對一連接的方法。通過這種直接挖礦和跳躍的方法，可以讓系統(tǒng)的工作狀態(tài)更為穩(wěn)定。2.1.2過程層的通信設計在業(yè)務過程中，采用了基于順序的邏輯，采用了虛擬局域網(wǎng)來實現(xiàn)業(yè)務過程中的數(shù)據(jù)傳輸。在智能站場中，普遍采用了信息屏蔽和VLAN分區(qū)等技術，保證了流程級的網(wǎng)絡結構的穩(wěn)定性。移動通信系統(tǒng)采用了各種技術方法。當任何裝置發(fā)出訊息時，都需要偵測訊息網(wǎng)絡的忙碌與否。在兩個裝置之間，互相向對方傳送消息的時候，如果他們在發(fā)現(xiàn)了一個網(wǎng)絡忙碌的時候，他們就會把要傳送的消息反饋到該裝置，之后持續(xù)地對該裝置進行探測，在該裝置處于忙碌狀態(tài)的時候，該裝置就會被傳送到該裝置上。在此模式下，在即時與不即時資訊同步傳送時，資訊網(wǎng)路將會互相侵占彼此的網(wǎng)絡資源。使用了一個private標簽的private邏輯，使得更多的業(yè)務資源能夠被更多的關鍵信息所使用。在此基礎上，針對各個終端對于實時的要求，IEC61850通過對SV、GOOSE等消息的篩選，實現(xiàn)了實時的實時消息傳遞。然而，隨著各裝置間數(shù)據(jù)的傳遞，數(shù)據(jù)的傳遞速度越來越快，一旦超出了系統(tǒng)的50%以上，數(shù)據(jù)的傳遞速度就會下降。提出了一種基于數(shù)據(jù)中心的虛擬局域網(wǎng)設計方法。采用這種方式，在流程級裝置數(shù)目眾多、體系結構比較繁雜的情況下，將彼此間進行信息交換的裝置分割到相同的局域網(wǎng)內，保證了各局域網(wǎng)的穩(wěn)定性。虛擬局域網(wǎng)能分辨出哪些是資料存在的網(wǎng)絡。將具有網(wǎng)絡特征的信息傳送到交換器，使其僅對具有網(wǎng)絡特征的信息進行辨識，從而極大地降低了由交換器進行交換的信息量。在圖2.6中顯示了presentation標記信息。圖2.6信息結構標示如果要在多個裝置間傳送資料，而非一一傳送，則采用傳送/傳送方式。由于SV消息和GOOSE消息對于延遲的需求比較高，因此一般都是使用該方法，并給出了兩個方法來完成多終端的互動。1）VLAN多設備交互邏輯VLAN模式的一個主要的邏輯就是在消息可以被順利地傳送給它之前，如果消息的發(fā)送者和消息的接收者都擁有同一個VID，那么就像在圖2.7中看到的那樣。圖2.7VLAN交互連接圖2）MAC多設備交互信息源篩選邏輯在一個開關從多個源中收到了一個消息，然后將它傳送到一個結點的時候，由于在傳送方中沒有相應的消息源識別出其他消息源的消息，所以無法被接受和使用。3）對信息交換設備進行VLAN劃分VLAN技術建立在對一個地區(qū)進行分區(qū)的理論和方法上，即把某一地區(qū)按某種規(guī)律進行分區(qū)，從而形成若干地區(qū)網(wǎng)。網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)和信息，必須在一定的分區(qū)范圍之內進行傳送，而網(wǎng)絡中不允許其他分區(qū)的數(shù)據(jù)和信息。這樣，劃分一個網(wǎng)域，就能明顯地防止在整個網(wǎng)絡中出現(xiàn)大量的資訊。2.2110kV線路保護設計2.2.1110kV線路保護配置110kV輸電線路上的光導纖維電流保護器的差分電路是這樣設計的。（1）配有光導纖維差分保護裝置，可迅速解決線路上各種問題；（2）設計了三級間隔、三級間隔的過流保護，并帶有檢查模式、點到點取樣、點到點跳車等多種類型的開關。2.2.2110kV線路保護設備配置方案1.二次設備配置（1）110kV線路測控、保護110線路采用南瑞公司生產(chǎn)的NSR-305TX系列產(chǎn)品，并配備了一組集監(jiān)控和防護于一身的整合式設備。（2）110kV線路合并單元、智能終端與主變電設備共用一組：配置一組智能接線端，一組集成設備，分別為NSR-387B、NSR-386AG。①過程層交換機南瑞繼電器公司提供的EPS6028E型交換機，主要是為了實現(xiàn)與變電站內部的各種智能化裝置之間的信息交流及數(shù)據(jù)的分享。②關口表本次測試的線路開關測試儀設在站點的電源入口。配置2只水門計，測量準確度0.2s。從母線變頻器的智能型開關箱內獲取AC電壓，并聯(lián)接到電度表的屏幕上。③組屏方案110

kV輸電線路的保護性測量和控制屏幕：配備NSR-305TX-FA-G國電南瑞公司的保護性測量和控制設備1套；以及EPS6028E-18SXST-4GSX-WV型網(wǎng)絡開關。④對時方式本發(fā)明的二次裝置采用的是電子端口B代碼的時間同步方法，并與一種與該裝置的同步裝置接口相連接的方法。2.交流電流、電壓設計（1）110kV間隔CT中各個繞組的分配該變壓器的測試用電流互感器為5套，5套都與110KV端的合成裝置相連。第一線圈對導線進行了保護，第二線圈對差動元件進行了保護，第三線圈對備用元件進行了保護。第四套為對主變進行測量和控制，未套為對主變進行電力測量的電子儀表。（2）110kV線路交流電壓回路①從110

kV母線變流器中獲取該計費用電能表所用的電壓；②母線上的PT測量電壓經(jīng)次級線與母線合成部相連，然后經(jīng)光纜與主測量和控制屏幕上的共同測量和控制部相連。該站的線路保護實現(xiàn)方式見附圖2.8。圖2.8線路保護實施方案示意圖2.2.3110kV線路保護GOOSE/SV網(wǎng)絡設計110kV段的智能控制器，采用110kV的光纜，對測量屏幕及工藝層的切換進行了防護，其中直采、直跳及網(wǎng)采用三種模式的防護，見附圖2.9，其主要內容為：（1）線路保護直采①將SV電壓取樣，通過對保護的點對點的保護電路進行取樣，將其輸入到連線設備；②通過母線合成裝置，可以得到保護的點到點的SV信號，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)的保護。（2）線路保護直跳保護裝置跳閘，重合閘命令通過點對點光纖直接傳遞給線路智能終端。（3）110kV線路測控裝置網(wǎng)采①將110

kV線測控制設備的電流和電壓取樣，經(jīng)合成單元傳送至過程層網(wǎng)絡以完成網(wǎng)絡取樣，將諸如設備故障、網(wǎng)絡傳送中斷、錯誤取樣等遠程信號GOOSE的數(shù)據(jù)，經(jīng)該智能終端傳送至過程層網(wǎng)絡，然后被該線測控制設備網(wǎng)絡進行進一步的發(fā)掘；②將110

kV線測控制設備的GOOSE數(shù)據(jù)，如開關位置，分閘位置，接地位置，遙信，閉鎖重合閘，直流測量等，通過該數(shù)據(jù)，通過該數(shù)據(jù)，將110kV線測控制設備的GOOSE數(shù)據(jù)，通過該數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撨^程層，并通過該數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆摂?shù)據(jù)中。③所測量的電壓經(jīng)由組合單元傳輸至由所述測量控制設備所獲得的過程層的網(wǎng)絡；④利用所述的測控設備網(wǎng)，采集所述的開關控制、所述的分離控制和所述的組合和所述的機器復位的GOOSE數(shù)據(jù)。圖2.9110kV線路二次信息邏輯圖2.3110kV公用設備設計2.3.1110kV公用設備配置方案1.二次設備配置(1)在110

kV的I組和II組中分別設置3個常用的變流器和模擬器。(2)每個110

kv二級母線配置一個總電源裝置一個，一個智能端子一個，其中所用的是NSR-386BG,NSR385B。(3)采用國電南瑞電力公司NSR-383T型的電力測量用電并聯(lián)用用電裝置，完成了該裝置的并聯(lián)用。(4)一種由GOOSE網(wǎng)絡構成的變電所對變電所進行的工藝級開關設備進行了保護。(5)公用測控屏幕上，將全站保護、測控設備和站控層網(wǎng)絡分析裝置的停電報警、設備報警、故障報警等全部報警信息全部展示出來。（a）（b）圖2.10設備告警信息（6）時間同步原則采用電路接口B碼時序的同步方法，并與同步時鐘裝置相連接。2.組屏方案(1)將NSR-386BG型號的合成單元、NSR-385B型號的智能終端、NSR-383T型號的測量壓力并聯(lián)機設在110kV母線設備智能控制柜中。(2)110

kV公共測量控制設備（1）的組網(wǎng)：設置NSR-3500DD2B公共儀器+NSR-3500DD2B總線路公共儀器。2.3.2公用設備二次系統(tǒng)GOOSE/SV網(wǎng)絡設計1.公用裝置二次系統(tǒng)信息具體如下：①將來自并聯(lián)裝置的遠距離GOOSE信息，如：背景所收集的設備異常信息，并聯(lián)異常信息，網(wǎng)絡故障信息，采樣異常信息，如：SV信息，設備異常信息，并聯(lián)異常信息，網(wǎng)絡故障信息，采樣異常信息等，從并聯(lián)裝置發(fā)出，并經(jīng)網(wǎng)絡收集。②母線的智能終端將母線測量控制設備所收集到的刀閘、地閘、位置、分閘位置遙信和直流測量值等GOOSE數(shù)據(jù)，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)進行收集。2.時鐘計時器的電源由DC分配屏幕提供，其部分的AC電流由鄰近的時鐘計時器的電源引至，并連接到一個房間的時鐘計時器上。2.4交直流一體化電源系統(tǒng)設計變電站直流、交流系統(tǒng)由站內交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、交流不間斷系統(tǒng)（UPS）、直流變電系統(tǒng)（DC/DC）等設備構成，并配備有狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和備用電池組。變電站交直流集成系統(tǒng)的構造具體表現(xiàn)在了圖2.11中。圖2.11一體化電源示意圖2.4.1直流電源這一部分的重點是對蓄電池的型號的選取、在設計中需要裝配的數(shù)量、裝配的地點以及電源的配置等進行了詳細的分析。該站的DC負載情況如圖2-1所示。表2-1直流負荷統(tǒng)計列表（1）計算電池的數(shù)量，公式為：（2-1）公式里，Un為直流母線額定電壓，為220V，當電池組運行時的充電方式為浮充，浮充電壓用Uf表示，為2.23V，將其代入公式（2-1）算出結果n=103.6臺，則取整數(shù)，n=104臺。電池組的型號的選擇，下式為終止放電電壓計算公式：（2-2）將數(shù)據(jù)代入公式（3-2）計算結果Ujn=1.79V，變電所配備蓄電池104節(jié)，每節(jié)電壓為2V（貧液）。電池組容量的選擇，持續(xù)到第n個階段，電池容量Ccn計算公式為：（2-3）公式中：Kk為可靠系數(shù)，在此處選1.4；Kc1為容量換算系數(shù)，取0.688，I1=65.22；Kc2為換算容量系數(shù)，取0.856，I2=54.73，將數(shù)據(jù)代入到公式里（2-3）算出結果Ccn=115.56Ah。從圖2-1可以看出，在開關跳閘時，DC系統(tǒng)最大沖擊負荷為10.5

A，一般的鉛酸蓄電池不能達到這樣的需求，所以使用一套200AhGF-M200閥控密封。在鉛酸電池組中，與之相匹配的是，選擇一套DCXJ-552電池組狀態(tài)控制單元模塊，它可以被用來檢測電池單體電壓或電池組電壓等運轉參數(shù)。此外，還設有一條溫升補償線路，以確保該線路的平穩(wěn)、持續(xù)運轉。該變電所設置在二次裝置室，并設有二臺電池柜。（2）充電模塊的選擇①首先計算充電模塊的額定電壓，用Ur表示，用公式計算為：（2-4）在公式里，Ucm為充電后期電池組單節(jié)電壓，本設計中電池型號為鉛酸蓄型，電壓取2.4V，將數(shù)值代入式（2-4）計算結果Ur=249.6V。②充電模塊的輸出電流用Ir表示，公式為：（2-5）當采用平均充電方式時，充電電流達到最大。公式里，10小時放電率電流用I10表示，本設計中I10=200Ah10h=20A，常規(guī)負荷電流Ijc=20.63A，由公式（2-5）計算出Ir=40.63～45.63A。③充電模塊的臺數(shù)選擇計算充電機總數(shù)nt，利用公式：（2-6）為變電所單獨的充電裝置進行了開發(fā)。若電池組數(shù)目不足6組，則電池組數(shù)目以N+1為基礎進行分配。在這個公式中，每臺充電器的輸出電流Ime按照20

A來進行計算，n=3.315~3.563

Ah按照式（2-6）來進行計算，其結果是要比計算值更大的最小整數(shù)，因此，每套都要有4個20ATH230D20NZ充電器，一個充電柜被設置在公眾二次機房中。（3）直流系統(tǒng)的連接設計該方案采用單一母線的方式，在一段的控制母線中，利用系統(tǒng)狀況監(jiān)視設備及隔離監(jiān)視設備，27個(ZK102-ZK125,ZK128,ZK129,ZK130)DC電源出口(ZK126)1條（ZK127）通訊設備饋線（ZK131）電源DCU配柜段饋線充電器由一段的母聯(lián)式開關與一條控制母線相連。利用系統(tǒng)的狀況監(jiān)控設備和隔離監(jiān)控設備，將27路(ZK202-ZK225、ZK228、ZK229、ZK230)DC出線口、1路(ZK226)AC不中斷電力系統(tǒng)饋線、1路(ZK227)DC配電柜式二段式給料設備進行分配。2.4.2不間斷電源（UPS）設計不間斷電源裝置的型號及配置，表2-2列舉了UPS系統(tǒng)的負荷情況。UPS裝置容量SC的計算按公式2-7：（2-7）公式里，不間斷電源系統(tǒng)的負載P∑=3.0kW，依照有關規(guī)范系統(tǒng)的負載量應為設計容量的60%，可靠性系數(shù)Krel考慮各種環(huán)境因素補償，依照規(guī)范選擇1.35，功率因數(shù)cosφ=0.9，將數(shù)據(jù)代到（2-7）中計算結果得SC=7.5kVA。表2.2單套UPS負荷統(tǒng)計表（單位：W）在該智能變電站中，設置了一套交流不中斷電源，其出線電壓為220

VAC，其電容為110kVATD5310E-W，未另設電池組。在DC室設置UPS控制箱。在所使用的變電所的AC輸出發(fā)生了錯誤或者是在該變電所的整流器不工作的情況下，該直流的輸入就會立刻被轉換到一個電池組中，從而給該變電所的主要的交流負荷，不中斷的電力供應。2.4.3通信電源DC/DC在變電所里，所有的通訊設備都需要用到整個變電所的電力供應，也就是220

kV的DC電力通過饋線柜向開關輸送到DC/DC轉換器，48V的DC/DC-DC-DC轉換器轉換，一共給出20個DC供電通道，包括12個32

A的DC功率的DC功率分配組件，8個64

A的DC電源。另外，還準備了一個備有90A（330

A）的通信供電設備。在第二層的保護室內設置通信功率箱。2.4.4交流電源考慮到該變電所要進行較長時間的容量擴展，因此，該變電所的接線形式為一母線，其AC輸出回路為60個左右。其中，從一節(jié)母線供給33個AC功率，1個AC輸出向不中斷電源系統(tǒng)提供電力，1個AC輸出向充電系統(tǒng)提供電力。2節(jié)匯流排出32個電源，一個是UPS的旁通進口，一個是充電的，一個是緊急的燈光的。2#號所用的變頻器擔負著整個變電所的AC負載.2.5其他二次部分設計2.5.1全站時間同步系統(tǒng)由于二次側的安全可靠，對各類保護性、測控裝置的動作、測量結果和動作的準確性等都有一定的控制指標，因此對該控制體系的時序進行了嚴格的控制。在綜合自動化變電站中，常規(guī)的互感器傳送模擬量的延時時間非常短暫，不會對保護裝置產(chǎn)生任何的作用，但是，在將模擬量轉化為數(shù)字量之后，就會產(chǎn)生一些信息的延遲。時間到了。在智能化變電所中，其資料應具備可辨識的時標。在智能化變電所中，各裝置的時序指標均符合統(tǒng)一規(guī)范，并根據(jù)各保護器跳閘和開關分合閘的時刻，對電網(wǎng)瞬態(tài)進行準確的判斷。所述的同步時鐘圖案是這樣的：（1）衛(wèi)星同步時鐘在電網(wǎng)中，GPS與北斗兩種主要的時間同步方法被廣泛采用。GPS的一個重要特征就是它能夠通過使用GPS信號來完成對地球和地球的時間的實時同步。此外，GPS還配置有外延裝置以適應各類儀器對時鐘的需求，使得時鐘編碼類型更為豐富，例如IRIG-B、數(shù)字脈沖和串行時鐘等?！侗倍沸恰返臅r鐘同步也是利用了人造衛(wèi)星時鐘的方法。區(qū)別就在于，這臺設備采用了我們國家自主研發(fā)的“北斗星”，而且定位的準確度非常高。它與現(xiàn)有的GPS定位技術在原理上是一樣的，但是它具有雙向和大范圍的兩種定位方式。（2）網(wǎng)絡同步對時NTP（NetworkTime

Protocol，簡稱NTP）是一種在互聯(lián)網(wǎng)上得到了大量使用的實時數(shù)據(jù)傳送協(xié)定。該系統(tǒng)的同步時鐘算法較為繁瑣，且其同步精度可達1-50毫秒。在IEC

61850中，SNTP（簡單網(wǎng)絡時間協(xié)定）被稱作是同步時間協(xié)定。SNTP是對NTP的一種改良，在精簡的網(wǎng)絡中得到了大量的使用。2.5.2故障錄波及網(wǎng)絡記錄分析裝置(1)該智能化變電所配備的是南瑞公司生產(chǎn)的DPR-343型的故障記錄儀，主要是為了對該裝置的故障情況進行波形的采集和采集。為繼電保護工作人員提供了在發(fā)生系統(tǒng)失效時，對保護裝置進行操作的依據(jù)。通過將光纜與開關相連，通過網(wǎng)絡化的方法進行數(shù)據(jù)收集。并與中心開關相連，以此方法與地測數(shù)據(jù)進行交流。（2）組屏方案網(wǎng)絡記錄分析及故障錄波組1個機柜：1臺HP監(jiān)視器+1臺系統(tǒng)實時監(jiān)督記錄裝置+1臺數(shù)據(jù)檢測記錄裝置+1個故障波形管理模塊+1個網(wǎng)絡分析模塊，它們被放置在二次保護設備室中。具體情況見圖2.12。圖2.12故障錄波組一面柜2.6本章小結本章對“三層兩網(wǎng)”的架構進行了詳細的闡述，并對GOOSE/SV各層之間的數(shù)據(jù)交換進行了詳細的闡述和研究；其次，針對所選擇的變電所，對所選擇的變電所所對應的不同電壓水平的線路保護進行了詳細的研究，并對所選擇的主變電所對應的主變電所進行了相應的裝置選擇，使得所選擇的裝置完全符合所選擇的裝置的要求；接著列舉了變電站中AC供電的供電方式，給出了AC供電方式及AC供電方式的具體分析。功率大，UPS不中斷供電等；文章還介紹了一種簡單的光纜防護裝置及測控裝置的改進方案。而在智能化的變電所中，大量的數(shù)據(jù)通過光纖傳送。在發(fā)生了裝置操作的不正常情況下，不能按照一般的方式來處理，不能對其二次線路進行檢測。從而實現(xiàn)了對二次電路的直觀顯示，便于維護工作。

3基于SCD文件的虛端子連接檢測成果以光纖作為輸入輸出設備間的通訊紐帶，實現(xiàn)了自動化變電站的智能化。智慧站臺與常規(guī)站臺有很大的區(qū)別。由于只需少數(shù)光纖就能傳送海量的取樣和數(shù)據(jù)，因此，每個光纖所傳送的數(shù)據(jù)量相對較大。二次線路的布線相對于常規(guī)的變電所來說是一個很難處理的問題。由于其直觀性，使得操作人員的工作變得抽象和復雜。在此基礎上，結合二次網(wǎng)的特點，提出了二次網(wǎng)中“虛構端子排”這一新的設計思想。SV及GOOSE兩種數(shù)據(jù)流程的展示與常規(guī)的變電所監(jiān)控與保護系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)終端相同，更加詳細，更加直觀。3.1SCD配置文件的虛回路展示3.1.1二次回路可視化分層展示第二回路為每個光纖電纜的第二回路，它包括GOOSE和SV兩個信息流?！疤撾娐贰笔且环N將已設定好的功能說明文檔直接用畫面展示的方法，在不增加任何附加處理的情況下，可以實現(xiàn)一個動態(tài)的鏈接。第一個層次：變電所控制系統(tǒng)的組成；第二級柵格：每輛汽車的柵格層次；第三級的電力系統(tǒng)：整個二次電路的網(wǎng)絡結構，舉例說明110kv的電力系統(tǒng)，見附圖3.1；圖3.1110kV線路間隔二次回路示意圖第四層網(wǎng)格：所有設備的虛擬回路展示，如圖3.2所示。圖3.2線路保護裝置虛回路展示根據(jù)IEC61850的國際規(guī)范，提出了一種以GOOSE、SV為基礎的、以SV為核心的、以網(wǎng)絡通訊標識為唯一、可辨識的通訊標識。在此基礎上，提出了一種基于SCL的變電所功能模塊的技術方案。將全變電所的數(shù)據(jù)以容量說明文件形式保存。通過SCD讀出程序，可直接向設備使用者顯示智能變電站一次、二次設備的組態(tài)及GOOSE、SV的全流程。其中，SCD系統(tǒng)中的文件處理接口與檢查接口分別顯示在下面的圖表中。圖3.3變電站SCD文件操作界面圖3.4SCD文件規(guī)范化校驗3.1.2SCD配置文件解讀使用武漢凱默公司的KMS9000測試機作為智能化變電所SCD概要的閱讀器，該測試機可直接顯示出智能化變電所次級網(wǎng)，并可將次級網(wǎng)中次級網(wǎng)的數(shù)據(jù)流程可視化和具體化。該程序還提供了脫機功能。在KMS9000中，把這個變電所的SCD文件輸入到一個軟件中，可以看到二次裝置的相關邏輯以及SV,GOOSE等的傳遞流程，見圖3.5。圖3.5主變測控裝置關聯(lián)圖在程序菜單中，有SMV發(fā)送/接收、GOOSE發(fā)送/接收選項、相關詳細控制模塊列表、映射通道列表和虛擬終端列表。這些列表可以為繼電保護調試人員檢查、試驗二次設備或檢查虛擬終端線路的設置是否正確，從而可以用來直觀、精準地發(fā)現(xiàn)問題。另外，還可以從Keimer測試器中得到一個虛擬端的清單，以便維護和維護工作。在圖3.6中可以看到。圖3.6SCD文件比對界面3.1.3SCD配置文件調試流程首先，裝備廠商必須制定完整的全廠產(chǎn)能說明。在此，虛端接入與常規(guī)的二次接入線路是一樣的。在圖3.7中顯示了整個測試過程。文字組態(tài)開發(fā)人員利用SCL語言開發(fā)了一種可以對保護裝置能力進行表示的ICD文字，它可以對智能變電站的所有保護裝置IED及其他二次設備的能力表示文字展開一個統(tǒng)一的規(guī)范，之后，按照一定的標準，在SCD文件中對其進行配置，利用能力描述文件的組態(tài)軟件，得出了智慧站的工程配置文件CID，之后，在每一段的IED文件中，建立一個虛擬終端，并對其進行配置，開發(fā)使其具備與GOOSE、SV信息流交換互動的功能，使其可以實現(xiàn)與GOOSE、SV信息流的可視化。通常的項目檔案的組態(tài)關聯(lián)顯示在圖3.8中。圖3.7本站配置過程簡圖圖3.8各文件關系示意圖3.2虛端子連接實例3.2.1虛端子邏輯連接表解讀“虛擬終端”邏輯鏈路是在智能化變電所輔助裝置上進行的數(shù)字邏輯聯(lián)結，通常有直接光纜和網(wǎng)絡光纜兩種方式。利用SCD讀檔的方法，可以方便、快捷地從次級網(wǎng)中獲取“虛擬終端”的聯(lián)機數(shù)據(jù)。在該虛擬端的邏輯聯(lián)結表中，SV、GOOSE等數(shù)據(jù)的聯(lián)結方式與在綜合變電所的保護屏幕上所顯示的聯(lián)結方式基本一致。各間隔裝置的GOOSE開關量輸入、SV采樣開關量輸入、GOOSE開關量輸出、SV采樣開關量輸出以及SV采樣開關量輸出的數(shù)據(jù)必須進行規(guī)范化，以代表各層之間、網(wǎng)絡之間以及它們的連接。二次"數(shù)碼虛繼電器"資料。在這種智能化的變電所中，各個區(qū)間裝置的資料比較多，文章的空間也就不多了。本文以變壓器測量控制保護裝置、變壓器智能終端及合成裝置作為實例，給出了它們的GOOSE數(shù)據(jù)的一個虛擬終端表格，通過該表格可以直觀地顯示各個裝置的內在聯(lián)系。本文介紹了110

kV開發(fā)區(qū)變電所二次網(wǎng)絡中的一種新型的虛擬終端機。3.2.2主變主保護裝置虛端子邏輯連接在變電所的變電所中，變電所的電壓采集數(shù)據(jù)是與變電所的電壓采集數(shù)據(jù)相連的。其主要功能是將變壓器各邊合成裝置的電流和電壓采樣值傳輸?shù)礁鞅Ｗo和控制設備。以110

kV的變壓器為例子，給出了在110kV的變電所中，在此基礎上給出了一個SV取樣虛端的邏輯圖。表3.12#主變保護裝置與合智一體之間的SV虛端子聯(lián)系從表格中可見，所述的變壓器保護設備的SV采樣input_2

SV采樣input_7與所述的線融合設備的SV采樣output_11

SV采樣output_16相對應。在這些信息當中，第30,32,34個信息是A,B,C三相的保護電流，這些信息是從線結合單元中產(chǎn)生的，然后經(jīng)過光纜的直接獲取和傳輸?shù)阶儔浩鞯谋Ｗo設備。從而獲得了用以參加該保護設備的操作的變壓器110

kV端的電流。3.2.3主變后備保護裝置虛端子邏輯連接表變電站的高電壓側備用保護系統(tǒng)和智能終端有數(shù)據(jù)交流，GOOSE數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)收集來傳輸?shù)?。以電力系統(tǒng)中的備用保護為例子，列出了從備用保護到智能終端的GOOSE數(shù)據(jù)的邏輯聯(lián)系，如下圖3.2所示。表3.22#主變后備保護與智能終端之間的GOOSE虛端子聯(lián)系用表3.2中的數(shù)據(jù)作為例子，說明了在一條光纜上，與一條光纜相連的是一臺用于變壓器備用保護的高電壓端開關。3.2.4可視化二次回路的優(yōu)勢相對于常規(guī)的變電所而言，可視化二次回路在建設、調試和運行中都有著不可替代的優(yōu)點。比如，在常規(guī)的變電所中，控制盒與開關柜之間是用一根纜線相連，用來傳送開關命令及開關容量。在工程實施過程中，經(jīng)常會發(fā)生線路連接不當或電線芯子破裂等情況，使運行線路失靈，使切換裝置失去了作用。這個時候，就得讓工程師們耗費很多的心神來查看每個導線的連接狀況，非常耗時耗力。與之比較，在智能化的變電所中，次級電路更具視覺效果。技師只要在程序中開啟SCD檔案，便可看到各裝置的邏輯聯(lián)結，其工作效能可大幅提升。與常規(guī)的變電所一樣，用變電所收集到的電流環(huán)，經(jīng)線纜傳送到繼電器。而且，在傳送的時候，還會有很多個站。如果在接線端子螺釘?shù)袈浠蛘呤窃谶B接件斷裂的時候，電流回路就會被關閉，這時就會出現(xiàn)開路現(xiàn)象，從而產(chǎn)生高壓，從而導致了對電纜和裝置的破壞，還會對人體造成一定的損害，這是非常嚴重的。將智能變電站二次回路進行了視覺上的展示，通過SCD文件，我們可以很直接地看到回路的邏輯連接。該回路采用光導纖維將二次裝置與工藝裝置連接起來，避免了電流互感器的斷路。具有危險性，確保人員及裝備的安全性。3.3本章小結在對一臺智能化變電所二次設備進行分析的基礎上，采用SCD文檔對二次設備的虛環(huán)及虛端進行了可視化處理。1)將凱默公司開發(fā)的用于SCD系統(tǒng)的KMS9000系統(tǒng)的主要功能模塊進行了簡單、直接的描述，并對該系統(tǒng)的開發(fā)與試驗進行了較為詳盡的描述。將智能變電站的SCD文件加載到KMS9000軟件中，再通過報告分析和閱讀功能，將智能變電站二次系統(tǒng)清晰、可視地呈現(xiàn)出來，從而對GOOSE的信息流動和SV有一個明確的認識。此外，還能夠將全站SCD文件的虛終端鏈路表，清楚地將每個設備之間的二次虛電路的邏輯鏈路展現(xiàn)出來，從而讓日后設備調試、試驗、驗收、維護等工作取得進步，可以極大地提高項目進度。2)二次數(shù)據(jù)的傳遞有兩種形式：一種是直接的，一種是網(wǎng)絡的，二次的虛擬端子連接組成了二次數(shù)據(jù)傳遞的邏輯連接。SCD概要可以用來檢驗主回路的接線情況。比如，在主變合并單元、智能終端和保護裝置中，在SCD配置文件中的虛擬終端表格中，能夠看到兩個設備之間的邏輯線路連接，比如，變壓器合并單元的SV信息和