渡橋110KV變電站數(shù)字化解決方案

1、渡橋110KV變電站數(shù)字化解決方案摘要：渡橋110KV變電站設(shè)計(jì)考慮采用屋頂HGIS布置，該變電站通過二次系統(tǒng)優(yōu)化，提出一種實(shí)用化的數(shù)字化解決方案。本文旨在拋磚引玉，與同行探討110KV變電站數(shù)字化的實(shí)用解決方案。關(guān)鍵詞： 數(shù)字化 GOOSE光纖網(wǎng)絡(luò) IEC61850 過渡性0 引言數(shù)字化變電站是指變電站的信息采集 、傳輸 、處理 、輸出過程數(shù)字化 ，基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動(dòng)化等。隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，數(shù)字化變電站設(shè)備與設(shè)備間的互操作性、互換性已不成問題。數(shù)字化技術(shù)改變了傳統(tǒng)的變電站綜合自動(dòng)化二次設(shè)備的組態(tài)模式，我

2、們運(yùn)用智能設(shè)備（或加智能終端），光電(電子)電流電壓互感器，一次設(shè)備在線檢測(cè)及自診斷等技術(shù)，建設(shè)數(shù)字化變電站已成為可能。渡橋變電站構(gòu)建基于IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)體系的數(shù)字化變電站架構(gòu)，IEC61850協(xié)議將整站系統(tǒng)分為三層：站控層、間隔層、過程層。站控層設(shè)備具有面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一數(shù)據(jù)建模，能將系統(tǒng)內(nèi)IEC61850協(xié)議轉(zhuǎn)換成相應(yīng)規(guī)約格式以實(shí)現(xiàn)以外部接口設(shè)備（如遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）的標(biāo)準(zhǔn)通信。站控區(qū)設(shè)備采用百兆以太網(wǎng)，并按照IEC61850通信規(guī)約進(jìn)行系統(tǒng)建模和信息傳輸；間隔層設(shè)備主要包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置等一些二次設(shè)備，所有信息上傳均能夠按照IEC61850協(xié)議建模并具有支持智能一次設(shè)備的通信接口功能；

3、過程層設(shè)備是數(shù)字化二次自動(dòng)化系統(tǒng)特有的設(shè)備，包括電子式電流電壓互感器、智能開關(guān)一次設(shè)備或開關(guān)設(shè)備的智能單元。1 渡橋變電站的概況和數(shù)字化設(shè)計(jì)原則渡橋變電站本期110kV兩圈有載調(diào)壓變壓器一臺(tái)（遠(yuǎn)景三臺(tái)）；110kV采用HGIS設(shè)備，電氣主接線為擴(kuò)大內(nèi)橋接線（本期為普通內(nèi)橋）；10kV 電氣主接線為單母四分段接線（本期單母分段），采用10KV成套高壓開關(guān)柜。為節(jié)省工程一次性投資成本，綜合整個(gè)工程情況，110KV部分?jǐn)M采用數(shù)字化實(shí)用性方案，在110KV配電裝置（HGIS設(shè)備）應(yīng)用110kV有源電子式電流電壓互感器，在HGIS智能匯控柜加裝智能化終端，主變加裝智能化終端（含合并單元）以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；1

4、10KV間隔層應(yīng)用GOOSE光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化技術(shù)；10KV部分采用過渡性方案，按照IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)體系配置數(shù)字式保護(hù)測(cè)控裝置，采集常規(guī)電磁電流電壓模擬量，保護(hù)裝置留有光接口，由交換機(jī)直接與站控層交換機(jī)交換信息。 變電站110kV備自投功能、低頻減載功能、微機(jī)五防、小電流選線等功能均在站控層實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，簡(jiǎn)化裝置，進(jìn)一步降低工程造價(jià)。 選用IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)包含通信要求、信息模型、通信協(xié)議、工程管理和一致性檢測(cè)等內(nèi)容，支持站控層、間隔層和過程層通信，完全滿足數(shù)字化變電站的要求。11 站控層功能 站控層的主要功能是為變電站提供運(yùn)行、管理、工程配置的界面，并記

5、錄變電站內(nèi)的所有相關(guān)信息。具體如下：1）匯總?cè)镜膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，按時(shí)登錄歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心，接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；3）監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器采用一體化數(shù)據(jù)庫(kù)配置方式，生成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)即可完成對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)、功能及邏輯的配置，提高了數(shù)字化變電站的維護(hù)效率；4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；站控層、間隔層共用一套防誤規(guī)則庫(kù)，防誤規(guī)則庫(kù)可由后臺(tái)監(jiān)控生成并通過網(wǎng)絡(luò)下載到測(cè)控裝置，并可在后臺(tái)監(jiān)控上模擬、預(yù)演、校驗(yàn)測(cè)控裝置的防誤邏輯，有效的提高了系統(tǒng)的可靠性與維護(hù)效率；5）具有（或備有）站內(nèi)

6、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報(bào)警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；6）具有對(duì)間隔層、過程層各設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)的功能；7）具有變電站電壓無(wú)功控制（VQC）、小電流接地選線、故障自動(dòng)分析和操作培訓(xùn)等功能。1.2 間隔層功能1）匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；2）實(shí)施對(duì)一次設(shè)備保護(hù)控制功能；3）實(shí)施本間隔操作閉鎖功能；4）實(shí)施操作同期及其他控制功能；5）對(duì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級(jí)別的控制；6）完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。1.3過程層的主要功能過程層設(shè)備包括光電互感器、合并單元、智能終端。合并器與互感器的輸出相連并完成與

7、一些跨間隔合并器的數(shù)據(jù)傳輸。完成電力運(yùn)行實(shí)時(shí)的電氣量檢測(cè)、運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)、操作控制執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。合并器具有以下基本功能：可接收來自多路電子式互感器采集器的采樣信號(hào)，匯總之后按照IEC61850規(guī)約以光信號(hào)形式對(duì)外提供采集數(shù)據(jù)；以光能量形式，為電子式互感器采集器提供工作電源（針對(duì)高壓戶外支柱式互感器）；HGIS互感器采用外置采集器的方式（檢修方便），可用站內(nèi)的直流提供電源；接收來自站級(jí)或繼電保護(hù)裝置的同步光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)采集器間的采樣同步功能；可以接收傳統(tǒng)互感器的模擬信號(hào)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并完成合并功能。智能終端應(yīng)具有以下基本功能：通過過程總線接口給間隔層設(shè)備提供電氣信息，接受間隔層設(shè)備的跳合閘

8、等控制命令；各斷路器的智能終端輸入開關(guān)位置、低氣壓、刀閘位置等狀態(tài)量，輸出跳合閘命令，含操作回路；本體智能終端輸入非電量、中性點(diǎn)刀閘位置、檔位等信號(hào)，輸出檔位控制、中性點(diǎn)刀閘控制和風(fēng)扇控制等接點(diǎn)。2、數(shù)字化方案的構(gòu)建2.1站控層設(shè)備配置方案1）硬件包括監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)等。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)配置規(guī)約轉(zhuǎn)換器通過RS485接口收集不能提供IEC61850接口的智能設(shè)備，轉(zhuǎn)換IEC61850協(xié)議后接入監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有與下列各智能設(shè)備接口能力：與電能表的接口、與智能直流系統(tǒng)的接口、與火災(zāi)報(bào)警及消防系統(tǒng)的接口、與視頻監(jiān)視系統(tǒng)的接口、與微機(jī)五防系統(tǒng)的接口、預(yù)留與其它智能設(shè)備的接口。2）軟件包括監(jiān)控系

9、統(tǒng)軟件、監(jiān)控系統(tǒng)支持軟件、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)工具軟件、遠(yuǎn)動(dòng)配置軟件、VQC軟件、小電流接地選線軟件、微機(jī)五防軟件、備自投軟件等。（10KV備自投由就地裝置實(shí)現(xiàn)，裝于母分柜）。站控層數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)以及主接線圖等應(yīng)按遠(yuǎn)景規(guī)模設(shè)置，便于以后擴(kuò)建工程的實(shí)施。110kV備自投功能、低頻減載功能、微機(jī)五防等功能在站控層實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)真正網(wǎng)絡(luò)化，進(jìn)行二次大整合，簡(jiǎn)化裝置，進(jìn)一步降低工程造價(jià)。網(wǎng)絡(luò)化備自投：以網(wǎng)絡(luò)化方式在GOOSE網(wǎng)絡(luò)底層就地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化備自投，110kV備自投功能直接利用過程層網(wǎng)絡(luò)集中采集的各級(jí)母線電壓、進(jìn)線電流、相關(guān)開關(guān)刀閘位置等信息交互，結(jié)合當(dāng)前運(yùn)行方式，根據(jù)運(yùn)行策略和當(dāng)前的狀態(tài)以及功能邏輯

10、判別，使測(cè)控裝置通過計(jì)算分析向過程層設(shè)備發(fā)送控制命令。網(wǎng)絡(luò)化低頻低壓減載：將母線運(yùn)行信息通過網(wǎng)絡(luò)集中采集、集中處理、集中邏輯判斷，并將得出的減載信息通過GOOSE服務(wù)發(fā)送到各間隔層設(shè)備分散就地執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)化間隔層五防功能：完全依據(jù)底層網(wǎng)絡(luò)信息共享和互操作，在間隔層網(wǎng)絡(luò)通過運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)識(shí)別及邏輯判斷綜合判斷決策，以分散型式在網(wǎng)絡(luò)底層實(shí)現(xiàn)變電站完整的五防操作邏輯閉鎖功能，取代了常規(guī)的專用五防系統(tǒng)，消除了專用五防系統(tǒng)與綜自系統(tǒng)之間繁雜的信息校驗(yàn)。取消監(jiān)控系統(tǒng) “五防”工作站，由操作員站提出“五防”解決方案，實(shí)現(xiàn)全站的防誤操作閉鎖功能。10KV側(cè)操作，五防方案保留電腦鑰匙和鎖具，時(shí)在受控設(shè)備的操作回路中

11、串接本間隔的閉鎖回路。數(shù)字化變電站監(jiān)控后臺(tái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全監(jiān)視可視化。在后臺(tái)機(jī)界面上監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，迅速定位二次故障設(shè)備和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)，可有效縮短二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及二次設(shè)備故障查找時(shí)間。2.2間隔層設(shè)備配置方案間隔層的數(shù)據(jù)采集應(yīng)滿足IEC 61850-9協(xié)議中規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，具有識(shí)別協(xié)議中的數(shù)據(jù)有效性判斷，實(shí)時(shí)閉鎖保護(hù)，并能將告警事件上送。間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備的通信采用百兆光纖通信。間隔層設(shè)備具備與過程層通信自檢功能，并能將告警事件上送至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。間隔層設(shè)備間的聯(lián)系如間隔相互閉鎖等，應(yīng)從間隔層總線通過光纖來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。間隔層設(shè)備包含有保護(hù)設(shè)備、測(cè)控設(shè)備、表計(jì)等，

12、可分為單間隔設(shè)備和跨間隔設(shè)備。單間隔設(shè)備如線路保護(hù)設(shè)備、測(cè)控設(shè)備、計(jì)量設(shè)備。跨間隔設(shè)備包括故障錄波、變壓器差動(dòng)保護(hù)、備自投等設(shè)備。單間隔設(shè)備具有與合并器的過程層光纖通信接口，并具有與跨間隔間采樣數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)交換能力?？玳g隔設(shè)備由于收大量數(shù)據(jù)的限制建議配置前置單元集中處理過程層數(shù)據(jù)交換。所有間隔層設(shè)備能按照IEC 61850協(xié)議建模與站控層通信，并具有完善的自我描述功能。1）主變間隔配置主保護(hù)、后備保護(hù)、主變測(cè)控、非電量保護(hù)集中在主變本體智能終端內(nèi)可采用就地跳閘的方式，通過電纜接到斷路器各側(cè)的智能終端實(shí)現(xiàn)，或接入GOOSE跳閘。2）10kV間隔配置單套測(cè)控保護(hù)一體的設(shè)備，就地安裝于開關(guān)柜上。3

13、）電度表選用符合IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字輸入的電能表。或采用RS485通過規(guī)約轉(zhuǎn)換器送到電能采集中心，轉(zhuǎn)發(fā)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)到站控區(qū)。23 過程層設(shè)備配置方案過程層設(shè)備主要包括電子式電流電壓互感器、智能一次設(shè)備等，HGIS智能化開關(guān)由傳統(tǒng)開關(guān)+智能終端方式來實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備智能化，電子式電流電壓互感器采用羅氏線圈+激光供能或站內(nèi)直流供電的光電電流電壓互感器來實(shí)現(xiàn)互感器設(shè)備的數(shù)字化。光電電流互感器的采集器采用雙AD采樣功能，含測(cè)溫功能，補(bǔ)償由溫度變化引起的實(shí)際采樣偏差。光電電壓互感器采用串級(jí)電容分壓原理。如下圖所示：過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備相連應(yīng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)式總線通信方式，過程層設(shè)備

14、具有自我檢測(cè)、自我描述功能，支持IEC 61850過程層協(xié)議。傳輸介質(zhì)應(yīng)采用光纖傳輸。2.3.1互感器及合并器配置方案1）變壓器110kV側(cè)合并器配置。主變差動(dòng)保護(hù)用電流采用就地安放合并器實(shí)現(xiàn)采集電子式互感器數(shù)字量的功能。主變后備保護(hù)用電流采用就地安放合并器實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換功能，提供給保護(hù)測(cè)控裝置。2）變壓器10kV側(cè)合并器配置3）110kV母線電壓配置配置獨(dú)立的PT合并器，軟件實(shí)現(xiàn)PT并列功能。110kV母線電壓通過PT合并器完成數(shù)字量采樣后傳遞給間隔合并器。合并器可以在數(shù)據(jù)處理器模件上插上附板擴(kuò)充光纖輸入輸出接口。110kV間隔配置3臺(tái)合并器，分別為主變差動(dòng)、后備和PT合并器。2

15、.3.2智能終端配置方案智能終端裝置是將傳統(tǒng)一次設(shè)備接入過程層總線的設(shè)備，它輸入開關(guān)位置、低氣壓、刀閘位置等狀態(tài)量，輸出跳合閘命令，含操作回路。智能終端裝置能滿足開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)使用要求，使用工業(yè)柜端子箱，能滿足保護(hù)設(shè)備關(guān)于電磁兼容性、絕緣性能、機(jī)械振動(dòng)方面的要求。并具有就地操作箱功能。具有光纖以太網(wǎng)接口支持IEC 61850協(xié)議，能夠與間隔層設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。主變間隔各配置2臺(tái)智能終端，分別安裝在開關(guān)端子箱內(nèi)；低壓側(cè)配置1臺(tái)智能終端，與低壓側(cè)合并器集成設(shè)計(jì)，安裝在開關(guān)柜上；每臺(tái)主變配置一臺(tái)本體智能終端，安裝在主變端子箱內(nèi)。主變低壓側(cè)智能終端裝置適應(yīng)于低壓主變和分段間隔等場(chǎng)合，集成合并器功能、就地

16、操作箱等功能, 采取就地安裝。交流模件支持Rogowski線圈的毫伏級(jí)輸入及測(cè)量線圈的豪伏級(jí)輸入，CPU模件能以IEC61850-9標(biāo)準(zhǔn)光信號(hào)形式對(duì)外提供采集數(shù)據(jù)，可方便的送給光電式計(jì)量電度表。主變壓器智能終端：該裝置完成變壓器本體的智能化，除完成非電量保護(hù)等功能外，還具有接收中性點(diǎn)刀閘位置、檔位等信號(hào)，輸出檔位控制、中性點(diǎn)刀閘控制和風(fēng)扇控制等接點(diǎn)的能力，也可方便的擴(kuò)展變壓器溫度變送器回路等功能。配置用于主變本體智能終端。2.3.3過程層網(wǎng)絡(luò)配置方案(1) 電流電壓采集采用IEC61850-9-1規(guī)定的單向多點(diǎn)光纖以太網(wǎng)，每個(gè)合并器可向多個(gè)二次設(shè)備發(fā)送采樣信息。(2) 斷路器、刀閘等一次設(shè)備控

17、制和信息采集。本工程中一次設(shè)備除互感器外均選用傳統(tǒng)設(shè)備，為滿足數(shù)字化變電站的需要應(yīng)配置智能終端，使其具備過程層總線接口。保護(hù)裝置具有與智能終端通信的過程層總線接口，用光纖和下層智能終端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。信號(hào)傳輸能滿足GOOSE服務(wù)的要求，以保證故障跳閘的快速性。主變保護(hù)裝置具備多個(gè)過程層總線接口，與各側(cè)的下層智能終端配合；同時(shí)主變的每個(gè)智能終端均提供2個(gè)過程總線接口，分別與主變保護(hù)通過光纖連接。110kV GOOSE網(wǎng)絡(luò)方案圖：3 二次數(shù)字化設(shè)備布置110kV設(shè)備（HGIS）智能匯控制柜安裝智能終端和合并器：通過過程總線接口給間隔層設(shè)備提供電氣信息，接受間隔層設(shè)備的跳合閘等控制命令；并對(duì)斷路器的智能

18、終端輸入開關(guān)位置、低氣壓、刀閘位置等狀態(tài)量，輸出跳合閘命令，含操作回路； 110kV電壓合并單元、公共測(cè)控裝置、主變保護(hù)測(cè)控裝置采用集中組柜方式，遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)及通信柜、直流柜、站用電柜、系統(tǒng)通信設(shè)備柜等二次設(shè)備布置在二次設(shè)備室，室內(nèi)設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)。 10kV線路及電容器組的保護(hù)測(cè)控一體化，保護(hù)測(cè)控裝置分別安裝在相應(yīng)的開關(guān)柜。裝置對(duì)上滿足IEC61850，對(duì)下能夠接入電子式互感器數(shù)字信號(hào)（遠(yuǎn)期考慮，預(yù)留光電接口），也能接入常規(guī)模擬信號(hào)。出口能給傳統(tǒng)接點(diǎn)，也能夠輸出GOOSE信號(hào)。按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)10kV線路及電容器組的電能表分別安裝在相應(yīng)的開關(guān)柜。 110kV開關(guān)設(shè)備于就地匯控柜（端子箱）加裝智能終端，輸出G