數(shù)字化變電站背景材料資料

5/5數(shù)字化變電站背景材料資料數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)建設(shè)研究工作素材

一、數(shù)字化變電站的主要特征和特點(diǎn)

（一）主要特征

1．一次設(shè)備數(shù)字化

采用數(shù)字輸出的電子式互感器、智能開關(guān)（或配智能終端的傳統(tǒng)開關(guān)）等智能一次設(shè)備。一次設(shè)備和二次設(shè)備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息。

2．二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

二次設(shè)備間用通信網(wǎng)絡(luò)交換模擬量、開關(guān)量和控制命令等信息，取消常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的控制電纜，采用光纖網(wǎng)絡(luò)直接通信。

3．管理系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化

應(yīng)包括自動(dòng)故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

和程序化控制系統(tǒng)等自動(dòng)化系統(tǒng)，提升自動(dòng)化水平，減少運(yùn)行維護(hù)的難度和工作量。

（二）近、中、遠(yuǎn)景特征

近期數(shù)字化變電站的建設(shè)主要是基于IEC61850的二次設(shè)備發(fā)展。一次智能設(shè)備明顯滯后于二次智能設(shè)備的發(fā)展，一次設(shè)備的數(shù)字化僅依靠二次設(shè)備廠家的附加設(shè)備將一次設(shè)備數(shù)字化后接入數(shù)字化變電站二次采集系統(tǒng)，而基于IEC61850的二次設(shè)備取得全面提升。此階段電子式互感器的應(yīng)用還處于試用和起步階段。而數(shù)字化變電站的建設(shè)和管理正處于積累經(jīng)驗(yàn)的階段，開始對(duì)基于現(xiàn)階段技術(shù)水平的數(shù)字化變電站提出一些運(yùn)行、管理上的規(guī)范。

中期數(shù)字化變電站的電子式互感器的發(fā)展已經(jīng)較成熟，開始全面應(yīng)用于數(shù)字化變電站，由此帶動(dòng)二次智能設(shè)備裝置性能提升、功能分布更加合理。有革命性變革的智能一次設(shè)備開始逐漸應(yīng)用于變電站中，但技術(shù)和應(yīng)用

程度都有待進(jìn)一步提高?；贗EC61850的二次系統(tǒng)更加完善，互操作、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等發(fā)展已經(jīng)趨于成熟和穩(wěn)定。整個(gè)數(shù)字化變電站管理體系已經(jīng)逐漸成熟。

遠(yuǎn)景智能一次設(shè)備已經(jīng)基本發(fā)展成熟，在數(shù)字化變電站中全面應(yīng)用，完全意義上的數(shù)字化變電站開始出現(xiàn)，基本掌握與之相適應(yīng)的數(shù)字化變電站技術(shù)、管理系統(tǒng)。

（三）關(guān)鍵技術(shù)

1．?dāng)?shù)字化變電站體系研究

電網(wǎng)發(fā)展對(duì)數(shù)字化變電站的要求研究

數(shù)字化變電站及其架構(gòu)研究

2．?dāng)?shù)字化一次設(shè)備應(yīng)用研究

電子式互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用研究

數(shù)字化高壓電器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用研究

一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

3．?dāng)?shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)研究

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)總體方案研究

數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)研究

數(shù)字化變電站測(cè)控技術(shù)研究

數(shù)字化變電站故障錄波技術(shù)研究

4．?dāng)?shù)字化變電站電能計(jì)量技術(shù)研究

5．?dāng)?shù)字化變電站安全可靠性研究

數(shù)字化變電站系統(tǒng)安全可靠性研究

數(shù)字化變電站信息安全及對(duì)策研究

6．?dāng)?shù)字化變電站相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范研究數(shù)字化變電站相關(guān)認(rèn)證、試驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)研究數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)規(guī)范研究

數(shù)字化變電站運(yùn)行及管理規(guī)范研究

數(shù)字化變電站典型設(shè)計(jì)制訂

二、數(shù)字化變電站相關(guān)規(guī)程規(guī)范

（一）已有國(guó)家、行業(yè)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

IEC61850《變電站通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)》IEC60044-7《電子式電壓互感器》

IEC60044-8《電子式電流互感器》

IEC62063《電子及相關(guān)技術(shù)在高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備輔助回路中的應(yīng)用》

IEC62271-3《基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的高壓斷路器及其附件的數(shù)字接口》

IEEE1588《網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步系統(tǒng)》

DL/T860《變電站通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)》

（二）需要研究編制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

三、數(shù)字化變電站關(guān)鍵設(shè)備

(一)交換機(jī)

交換機(jī)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用使用其重要性日益凸現(xiàn)，交換機(jī)的選型原則：1）符合IEC61850-3；2）支持IEEE1588（可選）；3）保證GOOSE報(bào)文傳輸零丟包；4）保證網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性，支持優(yōu)先級(jí)；5）支持VLAN；6）支持

RSTP網(wǎng)絡(luò)冗余；7）帶端口鏡像功能；8）支持組播管理；9）支持SNTP；10)宜通過KEMA認(rèn)證。目前通過KEMA測(cè)試的廠家有羅杰康、赫斯曼、GE，國(guó)內(nèi)的東土以及MOXA。國(guó)外交換機(jī)的價(jià)格較貴，國(guó)內(nèi)的交換機(jī)價(jià)格相對(duì)便宜。

（二）智能終端產(chǎn)品

國(guó)內(nèi)主流繼電保護(hù)生產(chǎn)廠商都有智能終端產(chǎn)品在變電站中的應(yīng)用業(yè)績(jī)，其價(jià)格也相對(duì)較便宜。國(guó)外如GE公司的BRICK產(chǎn)品也有類似智能終端的功能，但價(jià)格相對(duì)較高。

（三）電子互感器

國(guó)內(nèi)外公司基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、電子互感器應(yīng)用的保護(hù)測(cè)控裝置均已有產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)基于61850和電子式互感器的測(cè)控和保護(hù)裝置與常規(guī)測(cè)控保護(hù)裝置在價(jià)格上基本持平。

四、推薦工程實(shí)施方案

（一）數(shù)字化變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)目前數(shù)字化變電站應(yīng)用的實(shí)際情況，以及數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的成熟程度，數(shù)字化變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則如下：1．監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布式系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)體系面向?qū)ο蠖皇敲嫦蚬δ?，整合二次控制、保護(hù)、測(cè)量設(shè)備。

2．全站二次系統(tǒng)采用IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)，通信介質(zhì)采用電纜或光纖。

3．為保證變電站的可靠運(yùn)行，對(duì)有雙重化要求的保護(hù)，其對(duì)應(yīng)的CT、PT采樣器、智能終端以及網(wǎng)絡(luò)配置需按雙重化配置。

4．可采用數(shù)字信號(hào)輸出的電子式互感器，簡(jiǎn)化二次模擬量采集設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

5．信息共享采集的唯一性，所有保護(hù)故障信息、

遠(yuǎn)動(dòng)信息不重復(fù)采集。保護(hù)信息子站支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，接入監(jiān)控網(wǎng)收集各保護(hù)裝置的信息，并通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入調(diào)度保護(hù)信息管理系統(tǒng)。

6．配置支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的故障錄波器。故障錄波器單獨(dú)組網(wǎng)接入保護(hù)信息子站。

（二）數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)原則性方案

1．采用智能終端、保護(hù)GOOSE跳閘，不采用電子式互感器

采用常規(guī)一次設(shè)備和智能終端以及符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能二次設(shè)備結(jié)合的模式；監(jiān)控、保護(hù)跳合閘命令的輸出、保護(hù)間動(dòng)作信息的交互由網(wǎng)絡(luò)完成，通過GOOSE報(bào)文實(shí)現(xiàn)間隔層聯(lián)閉鎖和保護(hù)跳合閘功能。聯(lián)閉鎖信號(hào)可MMS網(wǎng)中傳輸，也可以在GOOSE網(wǎng)中傳輸。建議在500kV、220kV樞紐變電站中應(yīng)用。

2．采用電子互感器、合并單元、智能終端、保護(hù)GOOSE跳閘

采用為較為完整的數(shù)字化變電站方案，采用常規(guī)開關(guān)設(shè)備和智能終端將開關(guān)、閘刀數(shù)字化，采用電子式互感器和合并單元輸出數(shù)字信號(hào)給保護(hù)測(cè)控、電度表，采用符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能二次設(shè)備；監(jiān)控、保護(hù)跳合閘命令的輸出、保護(hù)間動(dòng)作信息的交互由網(wǎng)絡(luò)完成，通過GOOSE報(bào)文實(shí)現(xiàn)間隔層聯(lián)閉鎖和保護(hù)跳合閘功能。聯(lián)閉鎖信號(hào)可MMS網(wǎng)中傳輸，也可以在GOOSE網(wǎng)中傳輸。建議在終端500kV變電站、220kV非樞紐變電站和110kV及以下變電站使用。

五、數(shù)字化變電站試點(diǎn)總體情況

（一）浙江蘭溪500千伏變電站

采用常規(guī)一次設(shè)備加基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能二次設(shè)備模式。一是采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)，

保護(hù)、測(cè)控、遠(yuǎn)動(dòng)等設(shè)備支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。二是采用網(wǎng)絡(luò)化GOOSE跳合閘機(jī)制，GOOSE網(wǎng)按電壓等級(jí)劃分，物理獨(dú)立。三是常規(guī)電氣設(shè)備加智能終端，屋外就地布置方式，過程層應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

目前，已完成該試點(diǎn)工程設(shè)計(jì)、設(shè)備采購、安裝接線，正在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

1．研究形成IEC61850工程應(yīng)用模型。依托工程規(guī)范各制造商IEC61850設(shè)備模型，研究形成“IEC61850工程應(yīng)用模型”（Q/GDW-11-152-2009），減少不一致性，保證設(shè)備互操作性，提升通用互換性，提高可維護(hù)性。

2．研究制定數(shù)字化變電站GOOSE檢修方法。根據(jù)GOOSE基于網(wǎng)絡(luò)傳輸，采用多播報(bào)文方式發(fā)送報(bào)文，不同于常規(guī)保護(hù)跳合閘、斷路器位置等實(shí)時(shí)信號(hào)硬接線的特

點(diǎn)，研究形成GOOSE檢修方法。GOOSE接收端將GOOSE報(bào)文中檢修位與自身裝置檢修壓板狀態(tài)進(jìn)行比較，兩者一致時(shí)，報(bào)文中數(shù)據(jù)作為有效信號(hào)處理或者動(dòng)作。

3．完成500kV變電站全站IEC61850保護(hù)系統(tǒng)級(jí)動(dòng)模試驗(yàn)。依托蘭溪變、海寧變工程，進(jìn)行了首次500kV變電站IEC61850全站保護(hù)系統(tǒng)級(jí)整體性動(dòng)模試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)主流繼電保護(hù)廠家的61套IEC61850繼電保護(hù)裝置參與了驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)證明各保護(hù)裝置性能指標(biāo)滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工程應(yīng)用要求，通過智能終端采用GOOSE跳合閘的機(jī)制可行。

4.研究提出數(shù)字化變電站智能裝置GOOSE虛端子配置方法。根據(jù)GOOSE基于網(wǎng)絡(luò)傳輸，通過數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)各智能裝置信息交互、跳合閘出口，不存在原有傳統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)接點(diǎn)、端子、接線的特點(diǎn)，提出智能裝置虛端

子、虛端子邏輯連線以及GOOSE配置表等概念，形成了智能裝置GOOSE配置的設(shè)計(jì)方法，提出了“虛端子”概念，將基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腉OOSE數(shù)字信號(hào)以虛端子、虛端子邏輯連線和GOOSE配置表的形式表達(dá)，直觀反映智能裝置開入、開出，繼電保護(hù)GOOSE配合，以及出口邏輯等。提高了安全可靠水平，提高了施工、調(diào)試的效率。

（二）四川綿陽東220千伏變電站

采用電子式互感器加基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能二次設(shè)備模式。一是基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建全站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。二是間隔層和過程層設(shè)備組建GOOSE網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)化GOOSE跳合閘機(jī)制，GOOSE網(wǎng)按電壓等級(jí)劃分，物理獨(dú)立。三是采用電子式互感器，電流電壓信號(hào)數(shù)字化采集。四是常規(guī)開關(guān)加智能終端，屋外就地布置

方式，過程層應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

目前，已完成該試點(diǎn)工程初步設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備開展設(shè)備采購、施工圖設(shè)計(jì)。

1．研究形成電子式互感器和合并單元標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范。針對(duì)不同廠商合并單元與電子互感器接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一現(xiàn)狀，研究提出了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的合并單元信息模型、采樣值傳輸模型、服務(wù)映射模型，規(guī)范了合并單元對(duì)外信息交換服務(wù)的信息模型接口和過程，規(guī)范了合并單元與電子式互感器的接口方式，實(shí)現(xiàn)不同廠商合并單元和電子式互感器接口互聯(lián)、互通及互操作。

2．完成電子式互感器選型和電氣配電裝置選型研究。分析對(duì)比電磁原理和光學(xué)原理電子式互感器絕緣性能、電磁干擾、溫度循環(huán)誤差試驗(yàn)、采集與轉(zhuǎn)換單元可靠性等相關(guān)指標(biāo)差異，以及國(guó)內(nèi)外主流產(chǎn)品制造和工

程應(yīng)用情況，提出試點(diǎn)工程采用光學(xué)原理電子式電流互感器，同時(shí)，為與羅氏線圈原理電子式電流互感器相比較，試點(diǎn)工程部分采用有源型非常規(guī)電流互感器。提出采用與隔離開關(guān)集成的組合式電子式電流電壓互感器，形成數(shù)字化變電站配電裝置設(shè)計(jì)方案。

3．開展基于電子互感器和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的光纖差動(dòng)保護(hù)交換信息標(biāo)準(zhǔn)化研究。針對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)范站間保護(hù)交換信息標(biāo)準(zhǔn)、光纖縱差保護(hù)要求選擇同型號(hào)等制約數(shù)字化變電站建設(shè)現(xiàn)狀，研究分析光纖差動(dòng)保護(hù)交換信息內(nèi)容、采樣數(shù)據(jù)同步方法、光纖通道配置及線路碼型和速率等，提出數(shù)字化變電站線路光纖縱差保護(hù)裝置交換信息標(biāo)準(zhǔn)化模型，規(guī)范保護(hù)裝置光接口編碼、信息幀格式、采樣數(shù)據(jù)同步方案。

4．研究形成數(shù)字化站電氣二次設(shè)計(jì)完整表達(dá)方

案。結(jié)合數(shù)字化變電站各智能裝置采用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息交互、跳合閘等，不同于傳統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)硬接線的特點(diǎn)，研究形成表達(dá)直觀的全站網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信息、二次回路原理和接口、二次安裝圖表達(dá)方式和要求，滿足數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行各階段要求。

5．研究制定智能單元端子箱技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法。依據(jù)國(guó)內(nèi)主流智能單元對(duì)溫度、濕度等環(huán)境要求，研制了智能端子箱大氣環(huán)境試驗(yàn)裝置。并利用該裝置，針對(duì)不同型式端子箱，開展低溫、高溫、日照強(qiáng)度、雨淋、凝露試驗(yàn)等，檢驗(yàn)其環(huán)境參數(shù)調(diào)控能力。形成智能單元端子箱技術(shù)要求、“智能單元端子箱檢驗(yàn)規(guī)范”和“智能單元端子箱現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收辦法”。

（三）江西泰和220千伏變電站

采用電子式互感器加基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能二次設(shè)備模式。一是基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建全站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。二是間隔層和過程層設(shè)備組建GOOSE網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)化GOOSE跳合閘機(jī)制，GOOSE網(wǎng)按電壓等級(jí)劃分，物理獨(dú)立。三是采用電子式互感器，實(shí)現(xiàn)電流、電壓信號(hào)數(shù)字化采集。四是常規(guī)開關(guān)加智能終端，屋外就地布置方式，過程層應(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。

目前，已完成該試點(diǎn)工程初步設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備開展設(shè)備采購、施工圖設(shè)計(jì)。

六、具體意見和建議

（一）梳理數(shù)字化變電站相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)建設(shè)、設(shè)備制造、交接試驗(yàn)、安裝調(diào)試等需要，梳理已有國(guó)家、行業(yè)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，研究分析提出需研究編制的數(shù)字化變電站相關(guān)技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)建議。

（二）研究提出過程層GOOS