110kV智能變電站技術(shù)方案簡(jiǎn)析

劉斐

摘 要：智能變電站是指以一次設(shè)備參量數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全站信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的變電站。按IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站在邏輯上分為站控層、間隔層、過(guò)程層，它打破了常規(guī)變電站的各個(gè)子系統(tǒng)是信息孤島的困境，實(shí)現(xiàn)了信息資源的共享。以某一智能站為例，簡(jiǎn)要分析了智能變電站實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，及其智能化技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：IEC 61850 智能變電站 數(shù)字化

中圖分類號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（c）-0091-01

智能變電站是采用先進(jìn)的傳感、信息、通信、控制、人工智能等技術(shù)，建立全站所有信息采集、傳輸、分析、處理的數(shù)字化統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全站的信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化。按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站在邏輯上分成站控層、間隔層、過(guò)程層，其主要技術(shù)特征是設(shè)備智能化、信息標(biāo)準(zhǔn)化、控制智能化及完全互操作性。智能站實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于過(guò)程層，由于早期光電互感器及一次智能設(shè)備原因。目前隨著電子式互感器技術(shù)的成熟及智能終端代理一次設(shè)備的完善，采用IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2采樣傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了過(guò)程層的數(shù)字化。下面以某一110 kV智能變電站為例，分析其智能化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用。

1 過(guò)程層的實(shí)現(xiàn)

智能變電站的過(guò)程層為直接與一次設(shè)備接口的功能層，其典型的過(guò)程層裝置為合并單元與智能終端。目前國(guó)內(nèi)110 kV及以下變電站的過(guò)程層多采用61850-9-1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采樣值傳輸。

該站亦采用這種傳輸方式，但采用IEC 61850-9-1實(shí)現(xiàn)的過(guò)程總線，增加了網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的投資，而且在跨間隔傳送采樣值方面存在著缺陷。該站采用過(guò)程總線與站級(jí)總線合二為一的方案，實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)統(tǒng)一的單一總線信息共享，利用VLAN技術(shù)將過(guò)程層劃分為一些功能子網(wǎng)，子網(wǎng)同時(shí)傳輸采樣數(shù)據(jù)和GOOSE報(bào)文。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。此方案可以有效控制站控層和過(guò)程層的數(shù)據(jù)流量，網(wǎng)絡(luò)故障也可以在小范圍內(nèi)診斷，又很好地解決了跨間隔的采樣值傳輸。在具體實(shí)施中，采用合并單元與智能終端二合一的過(guò)程終端。

110 kV、35 kV電壓等級(jí)互感器在傳統(tǒng)互感器的基礎(chǔ)上通過(guò)加裝電壓、電流轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；10 kV電壓等級(jí)互感器全部采用電子式互感器。

為解決常規(guī)開(kāi)關(guān)、變壓器等一次設(shè)備的接入問(wèn)題，在過(guò)程層應(yīng)用智能終端來(lái)代理，就地安裝在一次場(chǎng)地上，智能終端與一次設(shè)備之間采用硬接線連接。

2 間隔層的實(shí)現(xiàn)

間隔層的配置采用集中式保護(hù)測(cè)控一體化裝置，按照不同電壓等級(jí)母線段進(jìn)行集中，考慮到集中式保護(hù)的檢修方便和運(yùn)行可靠性，所有集中式保護(hù)測(cè)控裝置進(jìn)行雙重化配置。間隔層與過(guò)程終端之間的采樣值傳輸采用IEC 61850-9-1通信協(xié)議，與過(guò)程終端單元的通信采用GOOSE通信協(xié)議。

具體間隔的繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)如下：

（1）110 kV所有間隔都是測(cè)控和操作箱集成在一起的智能測(cè)控裝置，支持IEC 61850。該裝置具有實(shí)時(shí)的全站邏輯閉鎖功能，支持GOOSE方式實(shí)現(xiàn)間隔層防誤閉鎖功能。

（2）110 kV數(shù)字化主變壓器保護(hù)裝置（包括主變壓器差動(dòng)、后備保護(hù)）高壓側(cè)電流采自110 kV進(jìn)線和橋電流，電壓取110 kV母線電壓，低壓側(cè)電量是通過(guò)合并單元轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸；高后備零序/間隙保護(hù)通過(guò)合并單元，采集主變壓器零序/間隙電流。主變壓器本體保護(hù)采用智能本體終端裝置，支持IEC 61850。本體重瓦斯、有載重瓦斯通過(guò)電纜接至就地端子箱內(nèi)變壓器本體保護(hù)智能單元，采取“直采直跳”；本體智能單元通過(guò)GOOSE實(shí)現(xiàn)控制功能。

（3）110 kV橋備用電源自動(dòng)投入保護(hù)是內(nèi)橋方式，兩條110 kV進(jìn)線，跳合閘采用GOOSE傳輸方式。

（4）10 kV饋線/電容/站用變壓器采用測(cè)控保護(hù)一體化裝置，通過(guò)常規(guī)電纜接入裝置，主變壓器低壓側(cè)出線和分段是通過(guò)合并單元將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)接入主變壓器保護(hù)及備用電源自動(dòng)投入裝置，過(guò)負(fù)荷聯(lián)切通過(guò)MMS實(shí)現(xiàn)。

（5）兩條進(jìn)線間隔的計(jì)量設(shè)備為數(shù)字式電能表，接收來(lái)自進(jìn)線合并單元的數(shù)據(jù)，并按光電電度表規(guī)約實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方抄表。

3 站控層的實(shí)現(xiàn)

站控層由變電站監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、防誤閉鎖系統(tǒng)、保護(hù)信息管理系統(tǒng)、通訊監(jiān)控系統(tǒng)、電量遠(yuǎn)傳系統(tǒng)、安防監(jiān)視系統(tǒng)及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行整合，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)還附有VQC電壓質(zhì)量控制功能和小電流接地選線功能，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)共用、信息共享的目的。

站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備之間采用IEC 61850協(xié)議進(jìn)行通信。監(jiān)控后臺(tái)主要用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)毓δ芎妥冸娬緝?nèi)的就地監(jiān)視、控制功能。在IEC 61850中，監(jiān)控后臺(tái)與其他間隔層設(shè)備一樣，是一個(gè)邏輯設(shè)備，包含多個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)。

站控層設(shè)備主要配置站控層主機(jī)1臺(tái)； 遠(yuǎn)動(dòng)裝置2臺(tái)，以提高系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)向調(diào)度或監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳；配置規(guī)約轉(zhuǎn)換器1臺(tái)、公用測(cè)控裝置1臺(tái)，用于接入其他非IEC 61850裝置的遙信、遙測(cè)和遙控；配置微機(jī)五防機(jī)1臺(tái)。站控層與間隔層保護(hù)測(cè)控等設(shè)備采用IEC 61850-8-1通信協(xié)議，單以太網(wǎng)配置模式。

4 其余設(shè)備的處理

對(duì)變電站內(nèi)一些不具備IEC 61850通信功能的單元，如交直流系統(tǒng)、消弧線圈、消防和站用變壓器等通過(guò)IEC 61850網(wǎng)關(guān)進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)再接入監(jiān)控后臺(tái)。

5 結(jié)語(yǔ)

理想的智能變電站工程應(yīng)該是：完全數(shù)字化和智能化的過(guò)程層，包括電子式互感器和一次智能設(shè)備，采用IEC 61950-9-2的過(guò)程層組網(wǎng)；間隔層除了采用IEC 61850-8-1的MMS與站控層之間實(shí)現(xiàn)客戶/服務(wù)器的信息共享外，還在間隔層內(nèi)部、間隔層與過(guò)程層之間實(shí)現(xiàn)GOOSE的快速狀態(tài)傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控、保護(hù)功能；站控層則應(yīng)用基于SCL的各種參數(shù)管理、設(shè)備管理和配置手段。

該站的實(shí)現(xiàn)方案還未達(dá)到純粹智能變電站的程度，今后還需進(jìn)一步加強(qiáng)智能變電站的研究與實(shí)踐，不斷地提升智能化水平。

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