110kV智能變電站工程設計實踐

楊揚等

摘要：智能電網是一個完整的體系，具備靈活性、可靠性、經濟性等特點，且便于運營和管理。智能變電站是智能電網的重要環(huán)節(jié)之一，終端站更是電網基礎運行數(shù)據(jù)的采集源頭和命令的執(zhí)行單元，對智能電網起支撐作用。在現(xiàn)階段智能變電站中，二次系統(tǒng)較常規(guī)站有很大的變化，不僅增加了設備，而且結構更加復雜。本文針對110kV新關（城東）智能變電站工程的實際情況，主要對智能化二次系統(tǒng)設計原則、網絡結構及各層設備的配置進行了介紹，探討分析了智能變電站設計過程中存在的一些實際問題。

關鍵詞：智能變電站 監(jiān)控系統(tǒng) 網絡結構 智能終端 合并單元

1 概述

智能變電站是堅強智能電網的重要基礎和支撐[1]，是電網基礎運行數(shù)據(jù)的采集源頭和命令執(zhí)行單元，對智能電網起支撐作用。智能變電站設計建設過程中，諸如監(jiān)控系統(tǒng)配置、二次智能化設備配置、變電站二次網絡結構等問題，都是智能變電站建設中需要解決的。針對于具體情況，解決這些問題是智能變電站建設成功的關鍵。110kV新關（城東）變電站工程是一座開發(fā)區(qū)的智能變電站。作為電網的末端站，智能化變電站不僅要盡量減少設備的費用，并且需要兼顧保護裝置的安全穩(wěn)定運行。

本文結合110kV新關（城東）變電站工程（有110kV、10kV兩個電壓等級），就終端負荷站的部分設計內容進行了探討。

2 變電站二次系統(tǒng)的設計

2.1 建設背景介紹

為滿足城東工業(yè)園新增負荷，滿足園區(qū)經濟發(fā)展和生產運行的要求，故建設110kV新關（城東）變電站。110kV新關（城東）變電站按最終規(guī)模建設，安裝2臺容量為50MVA的主變壓器，每臺主變低壓側配置2×3600kVar并聯(lián)電容器組；110kV終期采用外橋接線，10kV采用單母線分段接線。本站已于2012年12月投運。

2.2 設計原則

①本站站按智能化變電站，無人值班設計。

②采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，配置主機兼操作員站。

③采用分層分布式的網絡結構，全站分為站控層、間隔層和過程層。

④整站采用IEC 61850協(xié)議，變電站內保護與監(jiān)控統(tǒng)一組網，數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集處理，資源共享，所有保護故障信息、遠動信息不重復采集[2]。

⑤站設置1套公用的時間同步系統(tǒng)，站控層采用SNTP對時，間隔層、過程層設備均采用IRIG-B碼對時方式。

2.3 網絡結構

整站基于IEC61850標準構建，開關量傳輸采用GOOSE協(xié)議。

對應于分散布置方案，全站三層一網，MMS總線+點對點。

特點如下：

①保護裝置采樣值采用光纖點對點方式傳輸，計量電度表采樣值采用光纖點對點方式傳輸。

②各保護直接跳閘，測控、開關位置等均通過點對點傳輸。

③站控層基于SNTP網絡對時，間隔層和過程層設備采用IRIG-B碼對時。

④站控層網絡（MMS總線）采用單星型以太網。

⑤因變電站主接線形式較為簡單，設備配置較少，為降低二次設備造價，減少交換機使用，110kV過程層不組建GOOSE網，GOOSE報文通過點對點傳輸；10kV不設獨立的GOOSE網絡，GOOSE報文通過站控層網絡傳輸。

⑥根據(jù)本站目前采樣值數(shù)據(jù)需求，不滿足配置SV網絡要求，故本站不配置SV網絡。

2.4 各層設備配置

2.4.1 過程層設備配置

本站110kV線路、110kV橋、110kV PT、主變本體采

用智能終端合并單元一體化設備，且單套配置；主變110

kV側、主變10kV側分別配置兩臺合并單元、一臺智能終端，裝置分散安裝于就地GIS控制柜或10kV開關柜內；10kV其余間隔不配置智能終端及合并單元。

2.4.2 間隔層設備配置

①保護測控裝置配置

a 依據(jù)業(yè)主要求，主變保護采用主后分開的保護裝置；主保護不具備測控功能，后備保護兼容測控功能，組屏放于主控室。

主變非電量保護下放到戶外主變本智能組件箱，實現(xiàn)就地采集就地跳閘。

b 110kV采用保護測控一體化裝置，組屏放于主控室。

c 10kV線路采用保護測控一體化裝置，10kV電容器及所變采用四合一裝置（具備保護，測控，計量、錄波功能），均安裝在開關柜上。

d 全站設一臺母線測控裝置，實現(xiàn)母線電壓的測量和PT刀閘的遙控功能；設一臺公用測控裝置，以硬接線方式采集非智能化設備的模擬量和開關量信息，上傳監(jiān)控后臺。

②計量裝置

110kV新關（城東）變電站110kV線路側、主變110kV側、主變10kV側均采用0.5S級數(shù)字式電度表，安裝于電量采集屏。10kV出現(xiàn)作為關口計量點，電度表采用1+0配置原則，采用0.2S級常規(guī)電度表；無功補償及站變，采用0.5S級常規(guī)電度表。

站內設置一臺電能量遠方終端設備，該設備以RS485串口方式采集全變電站的電量信息，向電能計量管理部門傳送信息，并通過協(xié)議轉換器接入站內MMS網絡。

3 設計中遇到問題及分析

3.1 合并單元與智能終端配置問題

依據(jù)國家電網公司通用設計規(guī)定，110kV變電站中，110kV側出線與分段（母聯(lián)）合并單元單套配置，智能終端單套配置；110kV母線配置單套合并單元、智能終端；主變110kV、10kV進線合并單元雙套配置，智能終端單套配置。

本站根據(jù)實際情況，對合并單元、智能終端配置做出以下優(yōu)化調整：

①110kV側出線與分段（母聯(lián)）采用智能組件，同時具備合并單元智能終端功能，單套配置。

②110kV母線采用智能組件，按照母線段分別配置，且均具備并列功能。正常工作時，兩套裝置同時使用，輸出SV采樣值為相應母線段電壓，分別供給各段母線所帶間隔。這樣將有效避免一套智能組件故障時，站內全部保護設備均無法取到電壓采樣值的情況，提高了變電站運行的可靠性。

③為了滿足主變雙套保護的獨立性、可靠性，設計中未對主變110kV、35kV進線合并單元、智能終端配置做出調整；主變本體采用具有合并單元功能的智能組件，并且兼容本體保護功能。

3.2 主變本體智能組件接入網絡問題

主變本體智能組件是一個特殊的裝置，具備合并單元、智能終端、主變本體保護三臺裝置的功能。因此在本工程設計過程中有兩種思路，第一，主變本體智能組件直接接入站控層網絡；第二，主變智能組件接入過程層網絡，在過程層不配置網絡時，GOOSE報文點對點接入主變測控裝置，SV采樣值點對點接入主變保護裝置。

兩種思路比較：

①主變本體智能組件具備保護功能，可以看做保護裝置，并且有部分廠家可以使其兼容測控功能，這就使得主變本體智能組件更加接近于單獨的保護測控裝置，因此，其信息可以直接上傳至后臺。主變本體智能組件具備合并單元功能，而站控層網絡允許傳輸GOOSE、SV報文。

②主變本體智能組件作為合并單元和智能終端合一裝置，具備智能終端和合并單元的功能。而就現(xiàn)在的智能變電站來說，之所以配置智能組件等過程層設備，原因是國內現(xiàn)有的一次設備不能滿足智能站的要求，需要通過增加二次設備來彌補一次設備的不足。因此智能組件不能僅僅看做是光電轉換設備，而更重要的是應該將其看做是一次設備的一部分。從長遠來看，智能組件所具備的功能將會由一次設備實現(xiàn)，所以不宜直接接入站控層網絡。而就現(xiàn)階段來說，智能變電站均采用分層分布式結構，智能組件作為過程層設備，直接接入站控層網絡，有可能對站控層網絡穩(wěn)定造成一定的影響，并且使得整個監(jiān)控系統(tǒng)的管理不夠清晰明確。

通過綜合考慮，本站按照第二種思路，主變本體智能組件GOOSE報文點對點接入主變測控裝置，SV采樣值點對點接入主變保護裝置。

3.3 智能組件安裝位置選擇

本站合并單元與智能終端考慮安裝于就地位置，裝置安裝于就地位置主要由于以下幾點：

①本站按照常規(guī)配置，采用“合并單元+常規(guī)電流（電壓）互感器”方式，智能組件安裝于就地智能控制柜內，將有效的減少控制電纜的使用量，而且智能組件連線較短，不容易產生誤差。

②本站采用戶內GIS，智能組件安裝于智能控制柜內，配線及裝置安裝均由GIS廠家完成，減少了端子之間的轉接，使裝置的可靠性得到有效提高。

③智能組件安裝于就地位置，有效的減少了主控室內的屏位數(shù)量，減小了主控室面積[3]。

④智能組件雖然是二次設備，但實際上應該屬于一次設備的一部分，就地安裝顯得理所當然。

3.4 母線合并單元與其余間隔合并單元之間的協(xié)議

現(xiàn)階段，國內合并單元廠家常用的SV采樣值相互傳輸協(xié)議有兩種，一種是IEC61850-9-2協(xié)議，另一種是IEC60044-8協(xié)議[4]。由于國家電網公司的招標方式時常改變，經常出現(xiàn)各間隔合并單元廠家不一致的情況，有一些廠家的合并單元只能接收IEC61850-9-2協(xié)議的數(shù)據(jù)，而有一些廠家的合并單元只能接收IEC60044-8協(xié)議的數(shù)據(jù)。智能變電站中，各間隔合并單元之間通常會有很多聯(lián)系光纜，因此，在設計聯(lián)絡會上，必須對其通信協(xié)議予以明確，有效避免現(xiàn)場調試時，出現(xiàn)無法通信的情況。本站智能組件均采用單一廠家產品，智能組件之間的SV采樣值相互傳輸協(xié)議均采用IEC60044-8協(xié)議，有效的避免了上述情況的發(fā)生。

4 結語

隨著科技的不斷進步，越來越多的技術應用到智能電網的建設中。雖然智能化變電站只是智能電網中的一部分，但是其作用是無可替代的。如今，大量的智能變電站正在建設中，設計過程中遇到的問題也在不斷的涌現(xiàn)出來。只有不斷的解決難題，才能使智能變電站建設的更加完美，使智能化電網得到不斷的完善。本文只是對負荷終端智能變電站的二次系統(tǒng)展開了設計分析，對設計過程中遇到的幾個問題進行了闡述，要全面建設智能電網，還需要廣大電力工作者的共同努力。

參考文獻：

[1]變電站智能化改造技術規(guī)范（Q/GDW Z414）[S].國家電網公司指導性技術文件，2010.

[2]劉振亞，國家電網公司110（66）kV-750kV智能變電站通用設計[M].北京，中國電力出版社.

[3]陳曉捷，智能變電站合并單元布置方式探討[J].電力與電工2011，31（3）：44-46.

[4]鄢志平，聶一雄，鄧志華.基于IEC 61850的合并單元與二次設備通信研究[J].高壓電器，2009，45（2）：27-30.

作者簡介：

楊揚（1985-），男，河北石家莊人，助理工程師，主要從事變電工程電氣二次設計工作。韓姝嫻（1988-），女，河北石家莊人，主要從事水利水電工程設計工作。