包家500 kV智能化變電站過程層實(shí)施中存在的問題及解決措施

李貞城,任宗琦,王 蕾

(吉林省電力有限公司檢修公司,長(zhǎng)春 130021)

智能化變電站是以變電站一、二次設(shè)備為智能化對(duì)象,以太網(wǎng)高速通信技術(shù)為平臺(tái),對(duì)站內(nèi)所有智能電子設(shè)備(IED)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建模,實(shí)現(xiàn)信息共享和互操作,并以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制,數(shù)據(jù)分析等功能,滿足安全穩(wěn)定的現(xiàn)代化建設(shè)要求的變電站[1]。包家500 kV智能化變電站工程實(shí)施的重點(diǎn)之一是過程層的解決方案。文中對(duì)常規(guī)互感器安裝時(shí)的極性、智能變電站合并單元如何使用、智能終端的配備原則及功能應(yīng)用、過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析并給出實(shí)施方案。

1 過程層實(shí)施中存在的難點(diǎn)

1．1 合并單元

和常規(guī)互感器配合的合并單元,由于需要接收模擬量,所以合并單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜,則需要合并單元廠家提供交流 AC插件來接收模擬量,并通過合并單元內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)處理芯片來完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,同時(shí) 3/2接線方式聯(lián)絡(luò)開關(guān)的合并單元還要具備正、反 2種極性輸出功能。

1．2 智能終端

改造過程中需要和常規(guī)母線保護(hù)配合。為了保證改造期間不失去母線保護(hù),對(duì)智能終端,要求既要與智能的保護(hù)設(shè)備相聯(lián)系又要與常規(guī)的保護(hù)設(shè)備相聯(lián)系,既能夠提供面向通用對(duì)象的變電站事件(GOOSE)跳閘接口,還能夠接收常規(guī)接點(diǎn)跳閘功能,滿足常規(guī)母線保護(hù)作用斷路器的需要,實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)的長(zhǎng)期運(yùn)行。

2 解決方案及特點(diǎn)

智能化變電站中過程層的實(shí)施需要解決一次電流、電壓采集的模擬量轉(zhuǎn)換,智能化所用設(shè)備的采樣通過合并單元(MU)直接傳輸,一次設(shè)備的狀態(tài)量(含斷路器、隔離開關(guān)、機(jī)構(gòu)信號(hào)等)接入智能設(shè)備裝置并通過 GOOSE的傳輸,保護(hù)裝置的跳合閘、測(cè)控裝置的遙控命令、保護(hù)裝置之間的配合信號(hào)等等。包家 500 kV智能化變電站過程層采樣值 (SV)、GOOSE獨(dú)立組網(wǎng),均采用 100 Mb星型雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。全站實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議遵循DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)[2],采樣值采用 IEC61850-9-2傳輸。

過程層設(shè)備包括：將線路電流互感器(TA)及母線電壓互感器(TV)的模擬信號(hào)匯總同步后分發(fā)給保護(hù)、測(cè)控、母差等裝置的 MU;采集一次設(shè)備斷路器、隔離開關(guān)、機(jī)構(gòu)信號(hào)等狀態(tài)并通過 GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸至保護(hù)和測(cè)控裝置,同時(shí)接收保護(hù)和測(cè)控裝置的跳合閘、遙控命令并對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行操作的智能終端等設(shè)備。

2．1 常規(guī)互感器的實(shí)施方案

在包家500 kV變電站智能化改造工程實(shí)施中,互感器的安裝極性應(yīng)滿足如下要求：對(duì)于線路間隔T A要求 P1朝向母線側(cè),P2朝向線路側(cè);對(duì)于主變間隔 TA要求 P1朝向母線側(cè),P2朝向主變側(cè);對(duì)于母聯(lián)間隔 TA要求 P1朝向 I(或 IA)母線,P2朝向 II(或 IB)母線。電壓互感器的安裝要求P1朝向母線?；ジ衅魍鈿ぴO(shè)計(jì)有接地端,要求通過接地線將互感器外殼與地網(wǎng)直接相連;注意保護(hù)好互感器接頭。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于全站 T A極性統(tǒng)一便于日后運(yùn)行維護(hù)管理,合理的控制合并單元配置文件的數(shù)量,于合并單元的配合更透明化。

2．2 合并單元的實(shí)施方案

包家 500 kV變電站采用常規(guī)互感器+合并單元的采樣方式,首次利用現(xiàn)有電流、電壓互感器至MU之間一對(duì)一控制電纜連線,實(shí)現(xiàn)模擬量輸入數(shù)字量輸出;從常規(guī)互感器采樣到保護(hù)測(cè)控計(jì)量裝置,一般都要通過 MU來完成,MU主要將來自常規(guī)互感器的數(shù)據(jù)匯總,并依照相應(yīng)的采樣協(xié)議(FT3,IEC61850-9-2)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并輸出至過程層,供其他設(shè)備采集。

包家 500 kV智能化站實(shí)施過程中合并單元的輸出規(guī)范組網(wǎng)和直采的均以 IEC61850-9-2傳輸;合并單元間的信息傳輸以FT3傳輸。IEC61850-9-2采用以太網(wǎng)接口,速率 10 Mb/s或 100 Mb/s,采用組網(wǎng)方式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接。組網(wǎng)方式下,MU需要借助外部時(shí)鐘源同步,給采樣打時(shí)間標(biāo)簽,在保護(hù)裝置側(cè)根據(jù)計(jì)數(shù)器作同步插值算法;點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式下,MU不依賴于外部時(shí)鐘源,由于不經(jīng)過交換機(jī),所以延時(shí)穩(wěn)定,在保護(hù)裝置側(cè)可根據(jù)不同 MU的延遲特性作還原處理。

MU在工程實(shí)施中和常規(guī)互感器的連接方式為電纜,MU在控制室保護(hù)屏上,一個(gè)MU與一套保護(hù)對(duì)應(yīng),并安裝在此保護(hù)屏上。電流MU的額定延時(shí)為1750μ s,電壓 MU的額定延時(shí)發(fā) FT3的為 750μ s,發(fā) 9-2報(bào)文的為 1250μ s;同時(shí) 220 kV的M U需要接收 GOOSE信息(隔離開關(guān)位置)來完成電壓的切換,并且 220 kV的電壓切換在間隔的 MU來實(shí)施。500 kV的電流MU同時(shí)具備正、反兩種極性輸出功能(國(guó)內(nèi)是首次嘗試),此功能的成功應(yīng)用解決了需要通過保護(hù)裝置定值控制字來修改 T A正、反極性的功能,更便于3/2接線合電流的計(jì)算。

特別是當(dāng)前 500 kV電子式互感器技術(shù)指標(biāo)還不能完全滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求,已投運(yùn)的電子式互感器運(yùn)行還不穩(wěn)定的情況下,實(shí)現(xiàn)變電站智能化,采用常規(guī)互感器經(jīng)合并單元的采樣方式是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最佳選擇。合并單元具備正、反兩種極性輸出滿足了 3/2接線合流保護(hù)的要求,應(yīng)用前景十分廣泛。

2．3 智能終端的實(shí)施方案

包家 500 kV變電站每個(gè)間隔按雙重化配置智能終端,按一套保護(hù)對(duì)應(yīng)一個(gè)智能終端的原則,智能終端集成了控制、保護(hù)、測(cè)量、檢測(cè)等功能,放置于智能控制柜內(nèi)。智能終端對(duì)下與一次設(shè)備使用電纜連接,對(duì)上轉(zhuǎn)換成光數(shù)字信號(hào)(GOOSE)與間隔層內(nèi)的IED配合。智能終端的GOOSE信息示意圖見圖 1。

智能終端具備以下功能：接入斷路器位置、隔離開關(guān)及接地隔離開關(guān)位置、斷路器結(jié)構(gòu)信號(hào)(含壓力低閉鎖重合閘等);接收保護(hù)裝置的跳合閘命令,斷路器、隔離開關(guān)、接地隔離開關(guān)等 GOOSE遙控命令;斷路器控制回路斷線監(jiān)視、跳合閘壓力監(jiān)視與閉鎖功能等;智能終端具備三跳硬接點(diǎn)輸入接口,可靈活配置的保護(hù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口和 GOOSE網(wǎng)絡(luò)接口;提供2組分相跳閘接點(diǎn)和一組合閘接點(diǎn);具備對(duì)時(shí)功能、事件報(bào)文記錄功能;智能終端的動(dòng)作時(shí)間不大于7 ms;當(dāng)智能終端接收到跳閘命令后,應(yīng)通過GOOSE網(wǎng)發(fā)出收到跳令的報(bào)文;智能終端的告警信息通過 GOOSE上送給測(cè)控裝置。

在工程實(shí)施中,本間隔智能終端與線路保護(hù)之間采用 GOOSE點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接跳閘方式,對(duì)于跨間隔的信息采用 GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式,技術(shù)實(shí)施方案見圖2。同時(shí)在包家變電站智能化改造中智能終端既能夠提供 GOOSE跳閘接口,還能夠接收常規(guī)接點(diǎn)跳閘功能,滿足常規(guī)母線保護(hù)作用斷路器的需要。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文著重解決了包家 500 kV智能化變電站過程層在實(shí)際應(yīng)用中的問題。過程層設(shè)備經(jīng)過數(shù)字化的轉(zhuǎn)換后,傳統(tǒng)的電纜被少量的光纜所替換,光纜傳輸信號(hào)容量大,信號(hào)受環(huán)境的電磁干擾少,一方面降低了電纜的使用數(shù)量,節(jié)約成本,另一方面簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì),減少現(xiàn)場(chǎng)具體實(shí)施和調(diào)試的工作量。用光纜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜,通過網(wǎng)絡(luò)的軟報(bào)文實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸回路的自檢(如 GOOSE數(shù)據(jù)斷鏈、信號(hào)傳輸失幀等),從而實(shí)現(xiàn)傳輸回路的狀態(tài)檢修,避免了傳統(tǒng)二次回路端子接觸不可靠時(shí)但無法實(shí)現(xiàn)自檢的缺點(diǎn),大大降低變電站維護(hù)人員的工作量。但由于過程層信號(hào)的傳輸對(duì)于實(shí)時(shí)性、可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性等要求非常高,因此是智能化變電站工程實(shí)施過程中的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。智能化變電站過程層的成功應(yīng)用,減少了投資成本,解決了資源優(yōu)化等問題。

圖1 智能終端的GOOSE信息示意圖

圖2 智能終端與保護(hù)配合示意圖

[1]于立濤．青島午山數(shù)字化變電站建設(shè)模式及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)研究 [D]．保定：華北電力大學(xué),2008．

[2]DL/T860,變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)第8-1部分：特定通信服務(wù)映射(SCSM)對(duì) MM S(ISO9506-1和ISO9506-2)及 ISO/IEC8802-3的映射 [S]．