新一代智能變電站二次設(shè)備配置、優(yōu)化及集成

張健

【摘?要】目前，在智能化數(shù)字變電站技術(shù)和DL/T860通信標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展下，我國已經(jīng)從智能化數(shù)字變電站的理論階段發(fā)展到項目實際階段。我國的電氣二次設(shè)備也得到高速發(fā)展，集成化成為變電站自動化技術(shù)未來發(fā)展的方向。本文通過分析某220kV智能化變電站建設(shè)中電氣二次部分的特點，提出新一代智能變電站設(shè)備配置、優(yōu)化及集成的有關(guān)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】變電站;智能;設(shè)備;優(yōu)化

智能變電站二次系統(tǒng)主要由綜合自動化系統(tǒng) 繼電保護(hù)裝置、測控裝置、錄波裝置、計量裝置、合并單元、智能終端等組成。二次設(shè)備通過電壓互感器或電流互感器與一次設(shè)備相連，對一次設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和測控。傳統(tǒng)變電站面臨諸如常規(guī)互感器的動態(tài)測量范圍存在局限性、缺乏統(tǒng)一的信息模型和信息交換模型而使電網(wǎng)信息共享難以實現(xiàn)、設(shè)備之間缺乏互操作、大量二次電纜對可靠性的不利影響等問題

1 新一代智能變電站設(shè)備配置

新一代智能變電站采用模塊化預(yù)制二次組合設(shè)備，以電氣功能和模塊為單元，完成站內(nèi)二次設(shè)備的預(yù)制拼接和集成調(diào)試。整個設(shè)備分布在現(xiàn)場組裝安裝上，降低了變電站的安裝調(diào)試工作量，減少施工周期。采用光纜與外部設(shè)備連接方式，保證即插即用。各功能模塊有：

站控層模塊包括：監(jiān)控主站（集成操作員站、工程師站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)功能）、時鐘同步裝置、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等設(shè)備;間隔層模塊包括：保護(hù)及測控柜、故障錄波、電度計量[2];集成電源模塊包括：交直流系統(tǒng)和逆變電源。

智能變電站綜合自動化系統(tǒng)包括三層設(shè)備（站控層、間隔層、過程層設(shè)備）和三層網(wǎng)絡(luò)（站控層MMS網(wǎng)絡(luò)、間隔層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)）。站控層網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)與站控層其他設(shè)備通信，與間隔層設(shè)備通信，傳輸MMS報文和GOOSE報文;站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)，站控層設(shè)備通過兩個獨(dú)立的以太網(wǎng)控制器接入雙重化站控層網(wǎng)絡(luò);間隔層的主要任務(wù)是利用本間隔的數(shù)據(jù)完成對本間隔設(shè)備的監(jiān)測和保護(hù)判斷，主要包括保護(hù)、測控、計量、錄波等裝置等，間隔層網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)與本間隔其他設(shè)備通信、與其他間隔層設(shè)備通信、與站控層設(shè)備通信，可傳輸MMS報文和GOOSE報文;變電站間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)，間隔層設(shè)備通過兩個獨(dú)立的以太網(wǎng)控制器接入雙重化的站控層網(wǎng)絡(luò);過程層主要完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，如開關(guān)量、模擬量的采集以及控制命令的執(zhí)行等，主要包括電子式互感器、智能開關(guān)等設(shè)備。過程層網(wǎng)絡(luò)通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成間隔層與過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備之間以及過程層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信;可傳輸SV報文和GOOSE報文。過程層網(wǎng)絡(luò)按電壓等級分別組網(wǎng)。

2 智能變電站設(shè)備優(yōu)化

2.1 站控層

變電站自動化系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)包括：綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電能采集系統(tǒng)、智能輔助控制系統(tǒng)等，均具有統(tǒng)一的水平網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)安全等級可劃分為：安全I(xiàn)區(qū)和II區(qū)，在安全I(xiàn)區(qū)和安全I(xiàn)I區(qū)之間設(shè)置防火墻，區(qū)域III和區(qū)域IV之間使用前后隔離裝置分開，保證各區(qū)域之間信息共享、統(tǒng)一存儲。

在控制層設(shè)置監(jiān)控主機(jī)和操作員站，實現(xiàn)后臺監(jiān)控系統(tǒng)的功能和先進(jìn)的應(yīng)用功能的結(jié)合。通過監(jiān)控主機(jī)與各子系統(tǒng)之間分層分布式協(xié)作，實現(xiàn)暫態(tài)數(shù)據(jù)及穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，形成基于同一層面的具有唯一性的基礎(chǔ)信息。

監(jiān)控單元由智能變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，收集了智能變電站通信設(shè)備的環(huán)境信息、設(shè)備信息和其他保護(hù)測量信息。

低頻低壓減負(fù)荷裝置、電壓無功控制（VQC）和變電站實現(xiàn)一體化，自動切換裝置不再獨(dú)立分配，完全由智能變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)?？紤]到上述設(shè)備的一般運(yùn)行時間較長，運(yùn)行可靠性要求較低，因此，智能變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的站控裝置可以通過站控層網(wǎng)絡(luò)的下行信息來滿足功能要求。

2.2過程層網(wǎng)絡(luò)

實現(xiàn)過程層與間隔層之間的信息傳遞以及間隔層內(nèi)裝置之間的信息交換。信息非常重要，優(yōu)先級很高，實時性要求也非常高，一般丟失也不重發(fā)。可分為采樣值（SV）網(wǎng)絡(luò)和跳閘（GOOSE）網(wǎng)絡(luò)。

（1）采樣值（SV）網(wǎng)絡(luò)

主要負(fù)責(zé)將過程層電子式互感器的采樣數(shù)據(jù)傳送給間隔層的二次設(shè)備。目前主要采用點對點的直連方式，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要是IEC 61850-9-1，跨間隔的連接可采用同步性能更好的FT3格式。

（2）GOOSE 網(wǎng)絡(luò)

主要負(fù)責(zé)傳輸間隔層保護(hù)、測控設(shè)備向智能開關(guān)設(shè)備發(fā)送的跳閘/合閘命令，以及智能開關(guān)設(shè)備間隔層二次設(shè)備反饋的開關(guān)位置信息及其他相關(guān)信息。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎酶咚俟饫w環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。它是最重要的網(wǎng)絡(luò)，直接影響了變電站系統(tǒng)的可靠性。GOOSE網(wǎng)絡(luò)如果不夠成熟可靠，將直接引起拒動和誤動。因此，對它的網(wǎng)絡(luò)延時要求在 4ms之內(nèi)。

2.3網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化

智能變電站網(wǎng)絡(luò)建立在IEC61850通信技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的合理性很大程度上決定了變電站運(yùn)行的可靠性。變電站網(wǎng)絡(luò)配置應(yīng)綜合考慮運(yùn)行可靠 性、實用性和經(jīng)濟(jì)性，合理配置網(wǎng)絡(luò)，盡量減少網(wǎng)絡(luò)交換，對于采用橋式接線、線變組接線220 kV及以下電壓等級變電站，可不組建過程層網(wǎng)絡(luò)，GOOSE / SV 報文采用點對點方式傳輸，保護(hù)及安全自動裝置之間信息傳輸采用直連方式，其優(yōu)點是避開了交換機(jī)環(huán)節(jié)，減少了傳輸延時;對于少于三個裝置需要接受 SV 報文時，可不組建SV網(wǎng)絡(luò);當(dāng)需要組建網(wǎng)絡(luò)時，宜采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

目前，變電站采用GOOSE、SV、MMS三網(wǎng)合一的方式組網(wǎng)，減少網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置，簡化網(wǎng)絡(luò)接線，但是對網(wǎng)絡(luò)的寬帶、交換機(jī)的處理能力、通信的安全可靠均提出了很高的要求。該方式理論上具備可行性，建議通過少量的工程試點來檢驗完善該方式的實際可行性。

3 保護(hù)、測控裝置集成方案

根據(jù)220 kV智能變電站的一次接線，提出了二次設(shè)備集成的兩種方案。

方案一：根據(jù)電氣間隔積分、測控、保護(hù)功能積分采用一體化裝置。每隔一段時間設(shè)置保護(hù)測控裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，保護(hù)裝置綜合測控功能的技術(shù) 得到了提高。

方案2：根據(jù)電壓水平和電氣間隔，集成測量、控制和保護(hù)功能?？鐓^(qū)間集成電壓等級，采用綜合保護(hù)、測量和控制裝置。在方案1的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對變 電站繼電保護(hù)測控裝置進(jìn)行跨區(qū)間集成。

集中保護(hù)測控裝置包括交換服務(wù)器和綜合保護(hù)測控裝置。交換服務(wù)器通過SV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)采集各間隔數(shù)據(jù)，其主要功能為：接受來自GPS時鐘服務(wù)器的同步時鐘信號，并且把該同步信號編碼輸出到相應(yīng)間隔的各智能單元實現(xiàn)全站的同步數(shù)據(jù)采集;將來自智能單元的采樣數(shù)據(jù)和開入量數(shù)據(jù)打包、經(jīng)過軟件計算后，通過以太網(wǎng)向全光纖集成保護(hù)測控裝置裝置發(fā)布;將全光光纖綜合保護(hù)測控裝置的輸出指令轉(zhuǎn)發(fā)給各智能單元，實現(xiàn)保護(hù)跳閘。集中式測控保護(hù)一體化裝置具有共享便利及信息獲取的優(yōu)勢，代表了變電站集成保護(hù)測控裝置未來發(fā)展的方向。

結(jié)論

通過對220 kV智能變電站電氣二次設(shè)備進(jìn)行綜合優(yōu)化，提高了220 kV智能變電站的設(shè)備集成度，簡化了二次設(shè)備與其它設(shè)備之間的連接，降低了二次設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試工作量，提高了保護(hù)設(shè)備的速動性和靈敏性。

參考文獻(xiàn)：

[1]嵇建飛，袁字波，龐福濱.智能變電站就地智能設(shè)備電磁兼容抗擾度實現(xiàn)分析[J].電工技術(shù)學(xué)報，20l4，29（1）：2—10.

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（作者單位：廣東嶺南設(shè)計院有限公司）