220kV數(shù)字化變電站系統(tǒng)設(shè)計方案及對策及對策

-.z國電南自220kV數(shù)字化變電站技術(shù)方案國電**自動化股份**GUODIANNANJINGAUTOMATIONCO.，LTD一、變電站規(guī)模220kV自耦有載調(diào)壓變壓器兩臺，220kV和110kV電氣主接線為雙母線接線，35kV電氣主接線為單母分段接線。220kV進線2回，110kV出線3回，35kV出線4回。全站220kV和110kV為戶外設(shè)計，35kV為戶內(nèi)開關(guān)柜。整站構(gòu)建基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的變電站架構(gòu)，全面實現(xiàn)數(shù)字化變電站。二、配置清單220kV數(shù)字化變電站設(shè)備配置清單一次局部名稱規(guī)格型號單位數(shù)量單價總價備注互感器220kV電流互感器PSET6220CTDW支137.091.0主變、線路、母聯(lián)220kV電壓互感器PSET6220VTDW支67.042.0母線用220kV電流電壓互感器PSET6220CVDW支213.026.0線路用110kV電流互感器PSET6110CTDW支153.552.5主變、線路、母聯(lián)110kV電壓互感器PSET6110VTDW支63.521.0母線用110kV電流電壓互感器PSET6110CVDW支36.018.0線路用220kV中性點電流互感器PSET6110CTDW支23.57.0主變中性點35kV電流互感器PSET6035CTDH支210.816.8主變、分段、線路、電容器、接地變用35kV電壓互感器PSET6035VTDH支60.84.8母線用合計：279.1〔萬元〕二次局部序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量單價總價備注1主變保護柜差動及后備保護PST1200U臺45.020.0主變220kV側(cè)合并器PSMU602L臺44.016.0主變110kV側(cè)合并器PSMU602L臺44.016.0主變測控裝置PSR661U臺23.06.0GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機PSW618A臺42.510.010光口柜體及TGHB面21.02.02PT合并器柜220KV電壓合并器PSMU602臺23.010.0雙重化110KV電壓合并器PSMU602臺23.010.0雙重化柜體及TGHB面11.01.03220KV線路保護柜220kV線路保護PSL603U臺45.020.0220kV線路合并器PSMU602L臺44.016.0線路測控裝置PSR662U臺22.04.0GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機PSW618A臺42.510.010光口柜體及TGHB面21.02.04220kV母線保護柜220kV母線保護裝置PSB681U臺211.022.0雙重化GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機PSW618A臺22.55.010光口柜體及TGHB面21.02.05220kV母聯(lián)保護柜220kV母聯(lián)保護裝置PSL631U臺13.03.0母聯(lián)測控裝置PSR662U臺12.02.0220kV母聯(lián)合并器PSMU602L臺14.04.0GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機PSW618A臺12.52.5柜體及TGHB面11.01.07110kV線路保護柜110kV線路保護測控PSL621U臺35.015.0保護測控一體110kV線路合并器PSMU602L臺34.012.0GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機PSW618A臺32.57.510光口柜體及TGHB面31.03.08110kV母聯(lián)保護柜110kV母聯(lián)保護裝置PSL631U臺13.03.0母聯(lián)測控裝置PSR662U臺12.02.0110kV母聯(lián)合并器PSMU602L臺14.04.0GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機PSW618A臺12.52.510光口柜體及TGHB面11.01.010110kV母線保護柜110kV母線保護裝置PSB681U臺111.011.0GOOSE網(wǎng)絡(luò)交換機PSW618A臺12.52.510光口柜體及TGHB面11.01.011220kV開關(guān)智能終端220kV開關(guān)智能終端PSIU601臺104.040.0雙重化柜體及TDC-05面51.57.5含風(fēng)扇及加熱器12220kVPT智能終端220kVPT智能終端PSIU621臺22.55.0雙重化柜體及TDC-05面21.53.0含風(fēng)扇及加熱器13110kV開關(guān)智能終端110kV開關(guān)智能終端PSIU621臺62.515.0柜體及TDC-05面61.59.0含風(fēng)扇及加熱器14110kVPT智能終端110kVPT智能終端PSIU621臺22.55.0柜體及TDC-05面21.53.0含風(fēng)扇及加熱器15主變本體智能終端本體智能終端PSIU602臺25.010.0柜體及TDC-05面21.53.0含風(fēng)扇及加熱器16低壓裝置線路保護測控PSL641U臺41.04.0電容器保護測控PSC641U臺21.02.0接地變保護測控PST642U臺21.02.0分段備投保護PSP642U臺12.52.5PT智能終端PSIU642臺21.02.0母線用PT并列智能終端PSIU643臺11.01.0主變智能終端PSIU641臺41.04.0站控層交換機PSW618臺20.30.6數(shù)字式電表DTSD341-ME2只81.18.817電度表柜數(shù)字式電表DTSD341-ME2只111.112.1主變、線路柜體及TGHB面21.02.018公用柜公用測控裝置PSR661U臺23.06.0規(guī)約轉(zhuǎn)換器PS*643臺12.52.5站控層交換機PSW618臺40.31.2柜體及TGHB面11.01.019遠(yuǎn)動柜遠(yuǎn)動主機PS*600U臺23.06.0包含雙機切換GPS對時裝置GPS-1臺11.51.5柜體及TGHB面11.01.020故障錄波器柜故障錄波器DRL600D臺112.012.0柜體及TGHB面11.01.021監(jiān)控及配置工具主機〔DELL〕、22寸彩色液晶顯示器CPU頻率≥2.0GHz；內(nèi)存容量≥2GB；硬盤存儲器≥160GB；顯卡；10/100M網(wǎng)卡2塊；光驅(qū)；USB接口臺21.53.0PS6000+監(jiān)控系統(tǒng)軟件含VQC、接地選線功能套110.010.0裝置配置工具套1系統(tǒng)配置工具套122光纖等通訊設(shè)備光纖熔接盒1.01.0按需配置室內(nèi)光纜及尾纖4.04.0按需配置合計：440.7〔萬元〕三、配置方案1.站控層設(shè)備配置方案1.1硬件變電站層主機包括：監(jiān)控主機、遠(yuǎn)動主機。主機采用工業(yè)控制級計算機，具體配置如下：P43.0G、512MB、2×80G硬盤、40*可讀寫光驅(qū)、1.44M軟驅(qū)、網(wǎng)卡、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)、22”打印機：A3激光打印機監(jiān)控主機配備以太網(wǎng)卡。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)具有與以下各智能設(shè)備接口能力：1〕與電能表的接口2〕與智能直流系統(tǒng)的接口；3〕與火災(zāi)報警及消防系統(tǒng)的接口；4〕與視頻監(jiān)視系統(tǒng)的接口。5〕與微機五防系統(tǒng)的接口。6〕預(yù)留與其它智能設(shè)備的接口。1.2軟件提供操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，包括監(jiān)控系統(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)庫工具軟件、遠(yuǎn)動配置軟件、VQC軟件、小電流接地選線軟件等。2間隔層設(shè)備配置方案間隔層設(shè)備的軟硬件對數(shù)字化變電站的實施非常重要。PS6000+數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)中的“U〞系列保護測控裝置，采用了Freescale公司最新PowerPC高性能低功耗通信處理器為主CPU，并在其上構(gòu)建了完全配置化的邏輯圖執(zhí)行引擎和IEC61850數(shù)字化變電站軟件平臺。保護、測控等各產(chǎn)品無需修改傳統(tǒng)應(yīng)用積累的核心算法和邏輯，僅通過工具軟件少量修改軟硬件配置即可實現(xiàn)GOOSE開入開出和采樣值輸入，確保軟件可靠性。取消了間隔層裝置上的所有交流及開入開出插件，裝置只需要少量的幾塊CPU插件完成數(shù)字化信息處理，因此完全可實現(xiàn)裝置硬件統(tǒng)一及各電壓等級的保護測控一體化。間隔層裝置的MMI插件負(fù)責(zé)人機界面及對站控間隔層網(wǎng)絡(luò)的通信接口，對下管理假設(shè)干塊數(shù)字化CPU插件，運行不同的軟件以實現(xiàn)各種保護、測控以及分散錄波等功能。間隔層設(shè)備包含有保護設(shè)備、測控設(shè)備、表計等。單間隔設(shè)備如線路保護設(shè)備、測控設(shè)備、計量設(shè)備?？玳g隔設(shè)備包括故障錄波、變壓器差動保護、備自投設(shè)備等。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)備由于收大數(shù)據(jù)量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IEC61850協(xié)議建模與站控層通信，并具有完善的自我描述功能。2.1設(shè)備配置方案1〕220kV保護及測控裝置配置線路間隔配置兩套線路保護，每套保護分別配置一臺間隔合并器和測控裝置，在數(shù)字化線路保護對側(cè)配置一套傳統(tǒng)的線路保護，以實現(xiàn)傳統(tǒng)站與數(shù)字化站的光纖差動保護的配合。主變間隔配置雙主雙后的主變保護，分別配置了高、中側(cè)的合并器及主變測控裝置。母線差動保護裝置〔含失靈〕按照雙重化配置。配置適用于數(shù)字化變電站的故障錄波器，分別與各間隔合并器連接。各間隔合并器完成電壓切換的功能。2〕110kV保護及測控裝置配置線路間隔配置保護測控一體化的裝置，同時也配置一臺間隔合并器。各間隔合并器完成電壓切換的功能。3〕35kV保護及測控裝置配置各出線間隔配置集成合并器功能、保護測控功能、就地操作箱等功能為一體的保護測控裝置。主變低壓側(cè)和PT間隔配置低壓智能單元來實現(xiàn)模擬量采集和操作箱功能，同時配置PT并列裝置來完成單母分段的電壓并列功能。4〕電度表選用符合IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字輸入的電能表。2.2間隔層設(shè)備的根本要求間隔層的數(shù)據(jù)采集應(yīng)滿足IEC61850-9協(xié)議中規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，具有識別協(xié)議中的數(shù)據(jù)有效性判斷，實時閉鎖保護，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現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。3．3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。過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備相連應(yīng)采用點對點或網(wǎng)絡(luò)式總線通信方式，過程層設(shè)備具有自我檢測、自我描述功能，支持IEC61850過程層協(xié)議。傳輸介質(zhì)應(yīng)采用光纖傳輸。現(xiàn)階段智能化開關(guān)由傳統(tǒng)開關(guān)+智能終端方式來實現(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〔針對戶外支柱式互感器〕或站內(nèi)直流供電〔針對GIS互感器〕的光電電流電壓互感器來實現(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，含測溫功能，補償由溫度變化引起的實際采樣偏差。光電電壓互感器采用串級電容分壓原理。如以下圖所示：(淺色為保護采樣線圈、深色為測量采樣線圈)3.1互感器及合并器配置方案整體配置整個系統(tǒng)中全部使用電子式互感器。220kV及110kV側(cè)電子互感器按開關(guān)配置，在出線側(cè)配置一支電子式電壓互感器為線路抽取電壓。220kV及110kV側(cè)均采用電子式電流互感器雙電源供能方式，包括激光功能和在線取能兩種。主變中性點CT為獨立式電流互感器，其絕緣等級為110KV。采用點對點光纖向間隔層設(shè)備傳輸采樣值：間隔層設(shè)備的采樣值來自單個合并器時，采用IEC61850-9-1協(xié)議，如線路間隔；采樣值來自多個合并器時，采用傳輸延時固定IEC60044-8的FT3協(xié)議，如主變和母差間隔。母線PT合并器用IEC60044－8標(biāo)準(zhǔn)的光纖串行接口〔FT3〕輸出數(shù)據(jù)給各間隔的合并器，各間隔合并器根據(jù)隔離開關(guān)位置進展電壓切換和PT并列選擇電壓與本間隔采樣數(shù)據(jù)組合后輸出。高電壓等級按間隔配置合并單元，220kV側(cè)合并器均為雙重化配置，110kV側(cè)主變合并器為雙重化配置。35KV配置采用戶內(nèi)干式絕緣的電子式電壓互感器。每個間隔配置一套包含采樣及跳合閘功能的就地保護測控裝置。220kV及110kV線路電子式互感器配置在220kV線路側(cè)配置電子式電流互感器和電子式電壓互感器為線路抽取電壓，電流互感器內(nèi)含有雙重化的保護和測量線圈，與之對應(yīng)配置雙重化的合并單元，如以下圖：在110kV線路側(cè)配置電子式電流互感器和電子式電壓互感器為線路抽取電壓，電流互感器內(nèi)含單套的保護和測量線圈，與之對應(yīng)配置單套合并單元，如以下圖：變壓器220kV及110kV側(cè)電子式互感器配置變壓器35kV側(cè)電子式互感器配置為了滿足220kV變壓器保護雙重化配置的要求，35kV側(cè)的就地采集單元也按雙重化要求配置。35kV出線電子式互感器配置35kV低壓保護測控裝置集中合并器和智能單元的功能，可直接輸出9-1數(shù)字量提供應(yīng)電度表。35kV母線電壓配置35kV母線電壓通過PT智能終端完成就地采樣后，再通過光纖回路采用FT3傳輸?shù)姆绞絺鬟f給PT并列裝置，由該裝置完成并列功能后傳遞給保護測控裝置。合并單元配置220kV電壓等級以4個典型間隔為例進展了配置說明，如以下圖所示。線路間隔、主變間隔、母聯(lián)間隔配置電子式電流電壓互感器，母線PT間隔配置電子式電壓互感器，其安裝位置如下圖，合并單元因保護雙重化需要，線路間隔、主變間隔、母聯(lián)間隔各配置兩套合并單元，母線PT間隔各配置一套合并單元分別接入來自兩條母線上的電壓信號，并在其各自的合并單元內(nèi)實現(xiàn)電壓并列功能，而電壓切換功能則由各間隔合并裝置來完成。 110kV電壓等級間隔合并單元配置除主變間隔外，其余間隔均為單套配置。其配置方案同于220kV電壓等級的單套配置。以下圖為220kV母線保護的合并器配置構(gòu)造圖。各間隔合并器均按照雙重化配置，分別通過光纖接入到母線保護中。合并器機箱采用標(biāo)志6U.10機箱，機箱模件配置及模件端子如以下圖所示。本機箱構(gòu)造最多可以為3路采集器提供激光電源。當(dāng)需要接入的采集器超過4個時，可以在數(shù)據(jù)處理器模件上插上附板，該附板可以提供多達14路的光纖輸入輸出接口。110kV間隔配置6臺合并器，分別為主變差動、后備、線路、分段和PT合并器。3.2智能終端配置方案智能終端能給傳統(tǒng)斷路器或變壓器等提供數(shù)字化變電站接口并具有就地操作箱功能。設(shè)計系統(tǒng)的智能終端分別適用于分相斷路器、三相斷路器、主變本體等，在高電壓等級場合可按要求使用兩臺裝置實現(xiàn)完全的雙重化。其中主變本體智能終端具有變壓器本體保護和測控功能，本體保護跳閘可選擇經(jīng)CPU或不經(jīng)CPU由操作回路直接跳閘。智能終端就地安裝在智能終端柜中。以下圖為分相智能操作箱適用于雙跳圈雙合圈〔或單合圈〕且分相動作的斷路器，可通過配置兩臺智能操作箱來對應(yīng)于雙重化要求。配置用于220kV電壓等級操作回路。以下圖為低壓智能終端，該裝置適應(yīng)于低壓線路、電容器、所變保護等場合，集成合并器功能、保護測控功能、就地操作箱等功能,支持就地組屏、集中組屏等方式。交流模件支持Rogowski線圈的毫伏級輸入及測量線圈的伏級輸入，CPU模件能以IEC61850-9-1或IEC60044-8/FT3標(biāo)準(zhǔn)以光信號形式對外提供采集數(shù)據(jù)，可方便的送給光電式計量電度表，裝置具有和站控層以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通訊能力。配置用于低壓保護測控裝置。以下圖為主變壓器智能終端，該裝置完成變壓器本體的智能化，除完成非電量保護等功能外，還具有接收中性點刀閘位置、檔位等信號，輸出檔位控制、中性點刀閘控制和風(fēng)扇控制等接點的能力，也可方便的擴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。3.3GOOSE網(wǎng)絡(luò)配置間隔層設(shè)備間實時性要求較高的信息，如失靈啟動、斷路器位置等通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸；間隔層設(shè)備間實時性要求不高的信息，如間隔聯(lián)閉鎖信息等通過站控間隔層網(wǎng)絡(luò)傳輸。過程層通訊采用按間隔組網(wǎng)方式。過程層通信網(wǎng)按間隔分成假設(shè)干子網(wǎng)，用母差交換機連接。*個間隔子網(wǎng)故障時，不影響其它間隔的功能。母差交換機故障時，不影響各間隔內(nèi)功能。220kVGOOSE網(wǎng)絡(luò)方案圖：110kVGOOSE網(wǎng)絡(luò)方案圖：主變GOOSE網(wǎng)絡(luò)方案圖：四、設(shè)計方案1〕一次設(shè)備智能化采用數(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，取消控制電纜。3〕運行管理自動化所有信息按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建模，并按統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)傳輸，實現(xiàn)不同設(shè)備和不同功能的信息共享。整合監(jiān)控、遠(yuǎn)動、五防、在線監(jiān)測等功能，新增自動故障分析系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等高級應(yīng)用功能，提升自動化水平，減少運行維護的難度和工作量。另外，變電站站內(nèi)信息數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，在IEC61850到主站的標(biāo)準(zhǔn)確立以后，調(diào)度端將可完全變電站的所有信息。除了傳統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)外，調(diào)度端還可以直接導(dǎo)入變電站模型乃至主接線圖，并能獲得在線監(jiān)測、設(shè)備臺帳等運行管理信息。4〕信息模型標(biāo)準(zhǔn)化選用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。數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按IEC61850協(xié)議整站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分層構(gòu)建，從整體上分為三層：站控層、間隔層和過程層，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與常規(guī)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設(shè)備只是通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、智能化一次設(shè)備、合并單元、光纖連接等方式。-.z-.z1.站控層功能站控層的主要功能是為變電站提供運行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內(nèi)的所有相關(guān)信息。具體如下：1〕匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；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)動通信效勞器采用一體化數(shù)據(jù)庫配置方式，生成監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的