220kV數(shù)字化變電站技術(shù)分析

彭君

（佛山市辰譽(yù)電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司,廣東 佛山 528000）

1、工程概況

2.1 改造前站內(nèi)狀況

220kV某變電站建成投運(yùn)近13年，一次接線分為 220kV、110kV、10kV3個(gè)電壓等級(jí)。220kV與110kV都采用雙母線帶旁路接線方式，220kV出線共6回；110kV出線共7回；10kV采用單母線分段接線，共有5段母線，出線共41回，本站的220kV、110kV一次設(shè)備都為敞開(kāi)式設(shè)備，10kV斷路器全部為小車開(kāi)關(guān)，改造前該站二次系統(tǒng)為常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.2 改造內(nèi)容

該站數(shù)字化改造分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一個(gè)階段是對(duì)10kV所有間隔進(jìn)行基于IEC61850協(xié)議的綜合自動(dòng)化改造，10kV間隔層與站控層之間采用IEC61850協(xié)議進(jìn)行通信，10kV間隔層裝置及以下保留傳統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)模式不變，10kV保護(hù)測(cè)控裝置使用RCS9600C系列裝置進(jìn)行改造，10kV改造時(shí)沒(méi)有使用數(shù)字式電壓、電流互感器，接入保護(hù)測(cè)控裝置的仍然是模擬量的電壓、電流，一次設(shè)備的跳、合閘回路和信號(hào)仍采用二次電纜硬接線方式，已于2010年10月順利投入運(yùn)行。

第二個(gè)階段則針對(duì) 220kV、110RV、3臺(tái)主變所有間隔進(jìn)行數(shù)字化改造：（1）電氣二次部分、按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)站內(nèi)各保護(hù)、安穩(wěn)、故障錄波、二次公用設(shè)備以及站內(nèi)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行改造，新建一套符合IEC61850～準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，新設(shè)一套圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)系統(tǒng)。保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)、保信、監(jiān)控系統(tǒng)、錄波、智能就地柜等均采用南瑞繼保PCS系列產(chǎn)品；（2）電氣一次部分：220kV的線路間隔、主變進(jìn)線間隔、母聯(lián)間隔、旁路間隔、母線PT間隔的所有電流、電壓互感器均更換為電子式電流、電壓互感器；110kV的線路間隔、主變進(jìn)線間隔、母聯(lián)間隔、旁路間隔、母線PT間隔的所有電流、電壓互感器均更換為電子式電流、電壓互感器。主變?nèi)圆捎贸Ｒ?guī)的變壓器套管電流互感器和中性點(diǎn)互感器，輸出的模擬信號(hào)通過(guò)合并器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)再發(fā)往相關(guān)設(shè)備。本站改造數(shù)字式CT、PT、合并器使用南京新寧光電產(chǎn)品。

2、本站數(shù)字化技術(shù)簡(jiǎn)介

3.1 總體要求

本站按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)從整體上分為三層：站控層、間隔層和過(guò)程層，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用如下方案：間隔層各間隔組建各自網(wǎng)絡(luò)，過(guò)程層與間隔層設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)通信，其通信標(biāo)準(zhǔn)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，間隔層與站控層設(shè)備采用以太網(wǎng)通信，其通信標(biāo)準(zhǔn)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化程度高，間隔層設(shè)備之問(wèn)的開(kāi)入、閉鎖、跳閘、錄波等信號(hào)傳遞通過(guò)GOOSE網(wǎng)連接。

3.2 過(guò)程層

過(guò)程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，過(guò)程層的主要設(shè)備就是提供數(shù)字接口的電子式互感器以及合并器。

3.2.1 電子式互感器

本站110kV及以上互感器采用電子式互感器，其原理是利用低功率鐵心線圈(LPCT)傳感測(cè)量級(jí)電流，利用空芯線圈傳感保護(hù)級(jí)電流，利用電容／電感分壓器傳感被測(cè)電壓?；ジ衅饔傻凸β疏F心線圈、空芯線圈、電容／電感分壓器和數(shù)字變換器等部分組成，通過(guò)采集器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)經(jīng)光纖傳輸，互感器的輸出為數(shù)字信號(hào)。

3.2.2 合并單元

本站采用的合并單元是聯(lián)系電子式互感器和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備之間的設(shè)備，用于對(duì)來(lái)自傳感模塊的各相電流電壓信號(hào)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)性(同步)組合，并轉(zhuǎn)發(fā)給二次設(shè)備。合并單元完成各相電流電壓的采樣同步控制。傳感模塊到合并單元之間為光纖聯(lián)系，合并單元到各二次設(shè)備之間采用光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信，傳輸規(guī)約采用IEC60044-8傳送。與互感器相配套的合并單元同步處理電流電壓采樣的數(shù)字信號(hào)，輸入輸出路數(shù)根據(jù)不同的應(yīng)用情況靈活配置。

3.2.3 智能終端

智能終端(PCS222)因 220kV／110kV 戶外開(kāi)關(guān)為原有常規(guī)設(shè)備，以智能終端來(lái)部分實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備的智能化，智能終端安裝在高壓場(chǎng)地?cái)嗦菲骱偷堕l機(jī)構(gòu)旁的智能就地柜內(nèi)，智能終端與間隔層設(shè)備通過(guò)光纜按電壓等級(jí)組成GOOSE網(wǎng)傳遞數(shù)字信息。二次設(shè)備通過(guò)智能終端發(fā)送分合閘命令給開(kāi)關(guān)和刀閘，實(shí)現(xiàn)保護(hù)跳閘、重合閘或開(kāi)關(guān)刀閘的遙控，同時(shí)開(kāi)關(guān)、刀閘的分合位、SF6氣體總閉鎖等信號(hào)通過(guò)GOOSE網(wǎng)傳送給間隔層和站控層設(shè)備。

3.2.4 配置要求

220kV的線路間隔、主變進(jìn)線間隔、母聯(lián)間隔、旁路間隔、母線PT間隔、110kV的主變進(jìn)線間隔、旁路間隔、母線PT間隔的所有電流、電壓互感器設(shè)備及其合并單元按冗余配置；110kV線路間隔、母聯(lián)間隔的所有電流、電壓互感器設(shè)備及其合并單元按單配置。

3.3 間隔層

間隔層主要是實(shí)現(xiàn)保護(hù)和監(jiān)控功能，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制閉鎖和間隔級(jí)信息的人機(jī)交互功能，間隔層設(shè)備可以通過(guò)間隔層總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備間相互對(duì)話機(jī)制，間隔層設(shè)備可以集中組屏或就地下放。

3.4 站控層

站控層系統(tǒng)主要是包含兩套系統(tǒng)，分別是：就地監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程系統(tǒng)。只要有任何一個(gè)系統(tǒng)正常工作的話，就可以完成對(duì)變電站的監(jiān)控。并且就地監(jiān)控和RTU都是有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的一些介質(zhì)分別接入兩個(gè)共同并行冗余的通信系統(tǒng)中。

3、本數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)的常規(guī)變電站相比的優(yōu)點(diǎn)

（1）數(shù)字化變電站的所有智能設(shè)備均按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建立信息模型和通信接口，設(shè)備間可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。保證設(shè)備之間的互操作性。（2）數(shù)字化改造可以大量減少變電站內(nèi)控制電纜的數(shù)量，從而節(jié)約電纜成本。（3）數(shù)字化改造采用了比電纜具有更好電磁兼容性能的光纜，使變電站內(nèi)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃燥@著提高。（4）使用數(shù)字信號(hào)大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘?，?shù)字化的電流電壓信號(hào)在傳輸?shù)蕉卧O(shè)備和二次設(shè)備處理的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生附加誤差，提升了保護(hù)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。同時(shí)，電子式互感器大量的節(jié)約了鐵心、銅線等金屬材料。另外，二次設(shè)備和一次設(shè)備之間使用絕緣的光纖連接，降低了一次設(shè)備對(duì)二次設(shè)備產(chǎn)生干擾的可能性，提高了二次設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)

本變電站改造為數(shù)字化變電站后，已經(jīng)安全穩(wěn)定運(yùn)行一年，設(shè)備運(yùn)行正常，各類數(shù)據(jù)采集、傳輸無(wú)誤，保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作正常，該站的改造完成對(duì)于數(shù)字化變電站的可靠性和安全性可以為實(shí)施數(shù)字化變電站提供一定的理論依據(jù)和實(shí)施方案。

[1]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2008.

[2]電力用互感器和電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)選型與應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社，2004.