220kV智能化變電站自動控制技術(shù)的應(yīng)用

段德君

摘要：現(xiàn)代科技水平的提升致使變電站控制技術(shù)不斷走向自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化?！鞍踩?、效率、經(jīng)濟”成為智能變電站為企業(yè)提供生產(chǎn)力的具體要求，電力系統(tǒng)的智能化變電站成為自動控制技術(shù)的研究根本。文章主要對南方電網(wǎng)推廣的常規(guī)模擬量采樣、GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳合閘模式智能化變電站自動控制技術(shù)的設(shè)計原則、結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了深度分析與探究。

關(guān)鍵詞：智能化變電站;自動控制技術(shù);設(shè)計原則;結(jié)構(gòu)設(shè)計。

0引言

現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)水平的提升致使變電站自動控制技術(shù)不斷發(fā)展，自2018年4月以來，南方電網(wǎng)新建變電站自動控制技術(shù)已由綜合自動化過渡到智能化。與傳統(tǒng)綜合自動化變電站相比較，智能化變電站主要體現(xiàn)在設(shè)立獨立的GOOSE網(wǎng)過程層，配置光口交換機、智能終端、光口通訊方式;繼電保護及測控裝置電纜跳合閘改為GOOSE網(wǎng)跳合閘、各間隔斷路器及刀閘控制集中在智能終端、采用光纜敷設(shè)，減少二次電纜敷設(shè)。

1 設(shè)計原則

（1）互感器仍采用常規(guī)互感器，通過二次電纜直接接入裝置實現(xiàn)采樣，不配置合并單元。

（2）二次系統(tǒng)按邏輯功能劃分為站控層、間隔層、過程層設(shè)備。

（3）保護、測控裝置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸GOOSE報文，實現(xiàn)跳合閘功能和開關(guān)量信息的傳輸。

（4）安全自動裝置通過常規(guī)電纜接線，實現(xiàn)跳合閘功能和開關(guān)量信息的傳輸。

（5）電壓切換和電壓并列方式、對時、計量、直流電源、二次交流電源、二次設(shè)備安全防護與常規(guī)變電站方式相同。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

220kV智能化變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（雙母線接線）

2.1 站控層設(shè)備

站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，雙以太網(wǎng)通訊方式。站控層設(shè)備主要功能是通過網(wǎng)絡(luò)匯集全站的實時數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，并定時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入歷史數(shù)據(jù)記錄庫;按需將數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度端;接受電網(wǎng)調(diào)度控制調(diào)節(jié)命令并下發(fā)到間隔層、過程層執(zhí)行;具有全站操作閉鎖控制功能和站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、人機聯(lián)系功能;具有對間隔層、過程層二次設(shè)備的在線維護、參數(shù)修改等功能。

2.1.1監(jiān)控主機

雙機冗余配置，具有硬件設(shè)備和軟件任務(wù)模塊的運行自監(jiān)視功能。主機1兼操作員工作站滿足運行人員直觀、便捷、安全、可靠的要求，主機2兼五防工作站功能，具有操作票專家系統(tǒng)，實現(xiàn)對倒閘操作票的智能開票及管理功能。

2.1.2智能遠動機

雙機冗余配置，智能遠動機集成變電站和調(diào)度端系統(tǒng)之間的通信以及變電站的監(jiān)視和控制功能，實現(xiàn)變電站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲，提供數(shù)據(jù)、模型和圖形的處理和傳輸服務(wù)，并支持智能告警、遠程瀏覽、數(shù)據(jù)辨識、順序控制、電壓無功控制、防誤閉鎖、監(jiān)控終端等功能。

保護故障信息子站功能集成在智能遠動機，實現(xiàn)收集各繼電保護裝置及智能錄波器的動作信號、運行狀態(tài)信號，對事故進行分析;調(diào)度端可調(diào)取繼電保護裝置和故障錄波裝置定值、動作時間報告和故障錄波報告、運行狀態(tài)信號等。

2.1.3 調(diào)度發(fā)令終端

接收調(diào)度端系統(tǒng)下發(fā)操作命令，人工操作。

2.1.4 站控層交換機

站控層按雙網(wǎng)配置交換機，交換機采用100Mbps電（光）接口，級聯(lián)端口采用1000Mbps光接口。

2.1.5 其它設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)打印機，通過監(jiān)控系統(tǒng)打印全站各裝置的保護告警、事件、波形等。

音響報警設(shè)備，播報全站事故信號、開關(guān)及刀閘位置變化、監(jiān)視信號變化內(nèi)容，并根據(jù)事故信號發(fā)出報警聲。

2.2 間隔層設(shè)備

間隔層按間隔配置，實現(xiàn)各個間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息的匯總;完成各種保護、自動控制、邏輯控制功能的運算、判別、發(fā)令;完成各個間隔及全站操作聯(lián)閉鎖以及同期功能的判別;執(zhí)行數(shù)據(jù)的承上啟下通信傳輸功能。

2.2.1 繼電保護

（1）110kV及以上電壓等級繼電保護

220kV線路保護、主變保護、母線保護（集成母聯(lián)、分段保護功能）按雙重化配置，主變非電量保護集成在第1套本體智能終端。

110kV線路、母線（集成母聯(lián)、分段保護功能）保護按單套配置按單套配置。

保護與電壓、電流互感器通過電纜連接，實現(xiàn)模擬量采集;與刀閘機構(gòu)箱通過電纜連接，

實現(xiàn)開關(guān)量的采集（電壓切換）;與智能終端通過光纜連接，實現(xiàn)跳合閘控制。

（2）10kV電壓等級繼電保護

10kV保護、測控、智能終端一體化設(shè)計。10kV線路、電容器、電抗器、站用變、接地變按單套配置;10kV分段按雙重化配置。

一體化裝置與電壓、電流互感器、斷路器操作機構(gòu)通過纜線連接，實現(xiàn)模擬量、開關(guān)量的采集與跳合閘控制。

2.2.2 安全自動裝置

穩(wěn)控切負荷執(zhí)行站、220kV備自投、110kV備自投、10kV備自投按單重化配置，10kV備自投，按10kV主接線規(guī)?？紤]數(shù)量。

安全自動裝置與電壓、電流互感器、斷路器操作機構(gòu)通過纜線連接，實現(xiàn)模擬量、開關(guān)量的采集與跳合閘控制。

2.2.3 智能錄波器

智能錄波器具有連續(xù)報文記錄、暫態(tài)記錄、穩(wěn)態(tài)錄波、智能運維及遠程交互等功能;采用網(wǎng)絡(luò)方式采集數(shù)據(jù)。

智能錄波器包括采集單元與管理單元，其中管理單元雙重化配置，另配置智能錄波管理工作站;220kV電壓等級、110kV電壓等級、主變分別配置2套智能錄波采集單元，10kV電壓等級不配置智能錄波采集單元。主變智能錄波采集單元跨各電壓等級過程層交換機采集主變各側(cè)信息。

2.2.4 測控裝置

測控裝置按間隔單套配置一體化測控;110kV及以上電壓等級測控裝置獨立配置;主變各側(cè)及本體測控裝置獨立配置;公用測控裝置按接入需求配置測控數(shù)量。

測控裝置設(shè)置同期手合/遠控/強制手動切換開關(guān)、分合閘操作開關(guān);測控裝置設(shè)置檢修硬壓板。

2.2.5 電能計量裝置

全站配置2套電能采集裝置，電能量信息通過電能采集裝置上傳至調(diào)度端計量主站。

無特殊要求配置關(guān)口表情況下，變電站配置考核表，采用三相四線電子式多功能雙向電能表，有功精度0.5S級，無功精度2級，具備雙RS-485接口。

主變變高配置主、副表，變中、變低、220kV線路、110kV線路、10kV線路、10kV電容器組、10kV電抗器組、10kV站用變變低均按單表配置。

2.2.6 故障測距

220kV線路長度超過50kM、多單位維護、巡線困難的交流線路配置故障測距裝置，兩側(cè)變電站測距裝置根據(jù)線路長度、每基塔位置設(shè)置參數(shù)，線路區(qū)內(nèi)故障跳閘時，可精準判別故障點。

2.2.7 間隔層交換機

間隔層按雙網(wǎng)配置交換機。按公用設(shè)備、220kV電壓等級、110kV電壓等級、10kV電壓等級分別配置交換機，保護、測控接入交換機相互獨立。交換機采用100Mbps電（光）接口，級聯(lián)端口采用1000Mbps光接口。

2.3 過程層設(shè)備

過程層實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行等。

2.3.1 智能終端

智能終端按間隔配置，提供開入GOOSE信號接點，根據(jù)需求完成所需信號合成。

智能終端接收保護跳合閘命令、測控的手合/手分斷路器命令及隔離開關(guān)、接地開關(guān)等GOOSE命令，輸入斷路器位置、隔離開關(guān)及接地開關(guān)位置、斷路器本體信號（含壓力低閉鎖重合閘等），跳合閘自保持功能，控制回路斷線監(jiān)視、跳合閘壓力監(jiān)視與閉鎖功能等。

（1）220kV線路、主變變高、母聯(lián)、分段雙重化配置，母線PT單套配置。

（2）110kV線路、主變變中、母聯(lián)、分段雙重化配置，母線PT單套配置。

（3）主變本體（其中1套集成非電量保護功能）、主變變低雙重化配置。

（4）10kV保護、測控、智能終端一體化配置，10kV分段雙重化配置，其它單套配置。10kV母線PT智能終端單套配置。

2.3.2 過程層交換機

過程層交換機按電壓等級配置，采用雙重化雙網(wǎng)配置。

（1）220kV電壓等級過程層交換機

220kV GOOSE A1、A2網(wǎng)：采集線路、主變變高、主變本體、母聯(lián)、分段、母線PT測控;采集線路、主變、母線（集成母聯(lián)、分段）第1套保護;采集線路、主變變高、主變本體（集成非電量保護功能）、母聯(lián)、分段第1套智能終端，采集母線PT智能終端。

220kV GOOSE B1、B2網(wǎng)：采集公用測控，線路、主變、母線（集成母聯(lián)、分段）第2套保護;采集線路、主變變高、主變本體、母聯(lián)、分段第2套智能終端。

（2）110kV電壓等級過程層交換機

110kV GOOSE A1、A2網(wǎng)：采集線路、主變變中、母聯(lián)、分段、母線PT測控;采集母線（集成母聯(lián)、分段）、線路保護;采集主變變中、母聯(lián)、分段第1套智能終端，采集線路、母線PT智能終端。

110kV GOOSE B1、B2網(wǎng)：采集公用測控，主變變中、母聯(lián)、分段第2套智能終端。

（3）10kV電壓等級過程層交換機

在無簡易母差保護要求下，過程層可不獨立組網(wǎng);主變變低第1套智能終端、10kV分段第1套保測智接入110kV GOOSE A1/A2網(wǎng);主變變低第2套智能終端、10kV分段第2套保測智接入110kV GOOSE B1/B2網(wǎng)。

2.4 其它二次設(shè)備

2.4.1 二次安全防護設(shè)備

按接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面配置二次安全防護系統(tǒng)。每個平面配置2臺縱向加密認證裝置、1臺橫向防火墻、1臺控制區(qū)交換機、1臺非控制區(qū)交換機。實現(xiàn)變電站與調(diào)度端數(shù)據(jù)的安全隔離及加密認證。

2.4.2 綜合數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理單元

全站設(shè)置1套綜合數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理單元，用于匯集主變油色譜、主變鐵芯、主變中性點隔直、GIS局放等電氣一次設(shè)備相關(guān)信息，送至遠方在線監(jiān)測后臺。

2.4.3 同步時鐘對時系統(tǒng)

全站配置1套同步時鐘對時系統(tǒng)設(shè)備，雙重化配置主時鐘（具備北斗、GPS對時功能），另配置對時擴展裝置，輸出B碼RS485串口、光口對時接點。

2.4.4視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

全站配置1套視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，布置攝像監(jiān)視點。監(jiān)視站內(nèi)主變壓器、各電壓等級配電裝置等主要設(shè)備，以及全景監(jiān)視變電站出入口、圍墻四周電子圍欄、各功能小室，辯識外觀狀態(tài)。具備風(fēng)速、水浸、門禁管理等環(huán)境監(jiān)控及管理功能。

2.4.5交、直流電源系統(tǒng)

（1）直流電源系統(tǒng)

全站配置1套直流系統(tǒng)，采用兩段母線接線，兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，每段母線各帶1套充電裝置和1組蓄電池。自動監(jiān)測各直流饋線絕緣情況，發(fā)出接地信號。

（2）交流不間斷電源系統(tǒng)

全站配置1套交流不間斷電源系統(tǒng)，采用雙機雙母線帶母聯(lián)運行接線方式。具有2路交流輸入、1路直流輸入。

（3）二次交流電源系統(tǒng)

全站配置1套二次交流電源系統(tǒng)，兩路交流電源進線，具備自動切換功能。

3結(jié)語

綜上所述，南方電網(wǎng)區(qū)域智能化變電站自動化控制技術(shù)的發(fā)展，進一步提高了變電站自動控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化、智能化。電流互感器、電壓互感器、安全自裝置、計量表計仍舊采用常規(guī)設(shè)備，以兼具電網(wǎng)可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性為主。

隨著南方電網(wǎng)智能化變電站投運數(shù)量的持續(xù)增加、運行經(jīng)驗的逐步增長、智能化設(shè)備的不斷更新;在不遠的將來將實現(xiàn)變電站全站二次設(shè)備、電壓互感器、電流互感器智能化，進一步提高變電站自動化控制技術(shù)的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

參考文獻：

[1]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 ?《中國南方電網(wǎng)公司標準設(shè)計和典型造價V2.1》

[2]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 ?《智能變電站二次系統(tǒng)通用設(shè)計規(guī)范（2018年試行版）》