智能數(shù)字化變電站設(shè)計方案

智能數(shù)字化變電站設(shè)計方案數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革，對變電站自動化系統(tǒng)的各方面將產(chǎn)生深遠的影響。數(shù)字化變電站三個主要的特征就是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850標準”，即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達到標準化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。這使得數(shù)字化變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟性、維護簡便性方面均比常規(guī)變電站有大幅度提升。一、目前35kV變電站的狀況1、35kV普通變電站的規(guī)劃方案35kV變電站的應(yīng)用范圍主要是農(nóng)村電網(wǎng)和工礦廠區(qū),原因是隨著城網(wǎng)110kV線路環(huán)網(wǎng)的改造完成，以及城市電網(wǎng)負荷密度的加大，35kV變電站的輻射范圍和供電能力不適合城市電網(wǎng)的發(fā)展。由于農(nóng)網(wǎng)和工礦廠區(qū)的負荷主要表現(xiàn)為分散性大或者負荷小，因此從長遠發(fā)展和經(jīng)濟容量方面綜合考慮，一般35kV變電所配置均在3150kVA～8000kVA，最大容量以不超過10000kVA到12000kVA。35kV變電站系統(tǒng)通常為從可靠性及運行靈活性考慮，采用兩臺主變互為備用。35kV主回路通常采用單母線帶分段的一次方案；10kV出線路數(shù)通常為10路以下，10kV主回路一般為單母帶分段結(jié)構(gòu)，也有少數(shù)雙母帶分段結(jié)構(gòu)。如下圖所示，因此35kV變電站的建站規(guī)模小，容量小，結(jié)構(gòu)簡單，進而投資也比較少。2、目前國內(nèi)35kV數(shù)字化變電站的主要模式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點主要是：變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在物理上實現(xiàn)一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，即“過程層”、“間隔層”、“站控層”。35kV變電站在數(shù)字化升級中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)智能化和經(jīng)濟效益的升級，引進了多種設(shè)計思路，主要有以下二種。方案一，根據(jù)IEC61850的要求，變電站自動化系統(tǒng)在站控層和間隔層真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通過統(tǒng)一通訊標準，實現(xiàn)不同廠家智能裝置之間的互通和互操作；而過程層采用常規(guī)設(shè)備，采用常規(guī)的點對點聯(lián)結(jié)方式，通過導(dǎo)線連接常規(guī)互感器和斷路器等一次設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用單總線或冗余總線型式。間隔層的測控保護裝置采用MMS協(xié)議與監(jiān)控后臺、遠動工作站通信；間隔層裝置通過GOOSE實現(xiàn)信息交互。由于35kV變電站目前沒有智能一次設(shè)備，本方案在站控層和間隔層實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，改進優(yōu)化了變電站的通訊構(gòu)架，因此有利于對現(xiàn)有的常規(guī)變電站系統(tǒng)進行升級改進。該方案在目前35kV變電站中應(yīng)用最廣，主要應(yīng)用在舊站改造。相對于常規(guī)的變電站綜合自動化系統(tǒng)，本方案實現(xiàn)了不同廠家的站控層和間隔層設(shè)備互聯(lián)，但由于信息只在間隔層和站控層中共享，一次設(shè)備信息沒有實現(xiàn)智能化，本質(zhì)上就是實現(xiàn)了變電站二次設(shè)備的數(shù)字化。方案二，在目前現(xiàn)有的一次設(shè)備情況下，選用數(shù)字式互感器和常規(guī)斷路器，通過在一次設(shè)備本體附加模擬量輸入合并單元和智能控制單元，完成過程層設(shè)備的數(shù)字化和智能化；間隔層、過程層間完全通過數(shù)字化連接，取消了大量點對點硬接線連接；本方案較方案一實現(xiàn)了全站的光纖化、數(shù)字化。本方案的優(yōu)點是：升級方便，在協(xié)議不改變的前提下，更換數(shù)字化的智能設(shè)備即可實現(xiàn)功能的升級，過程層更改少，更不必更改間隔層和站控層；變電站數(shù)字化水平較高。但缺點是由于沒有真正的智能化一次設(shè)備，僅僅實現(xiàn)數(shù)字化，另外，由于沒有像110KV以上系統(tǒng)中設(shè)置對整層設(shè)備的匯總處理裝置，本質(zhì)上說就是方案一數(shù)字化的前提下又升級到信息化，但是許多功能如小電流選線、防越級跳閘等智能功能就沒了實現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)，智能化仍然沒有實現(xiàn)。由于本方案相當(dāng)于增加了一個過程層的設(shè)備，增加了投資，但功能卻沒有明顯的提高，因此本方案的依然難以推廣。3、新型集中式數(shù)字化智能綜合保護為核心的數(shù)字化變電站設(shè)計方案本方案是在方案二信息化的基礎(chǔ)上，通過對信息的集中處理，實現(xiàn)了原先獨立的保護控制單元無法實現(xiàn)的分布和集成式應(yīng)用，從而實現(xiàn)了智能化。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，獨立裝置具有的處理能力已經(jīng)完全有能力對整個變電站的信息進行系統(tǒng)的處理，尤其是針對35kV以下的變電站相對簡單的系統(tǒng)，集成式數(shù)字化智能綜合保護裝置完全有能力實現(xiàn)整個間隔層的功能?！耙怨δ芊?wù)為承載、以構(gòu)建信息模型為手段、以規(guī)范數(shù)據(jù)通信為途徑，這些內(nèi)涵使得IEC61850標準不再是簡單的通信協(xié)議，更多的是系統(tǒng)的自動化功能建模方法，它為變電站信息一體化建設(shè)提供了標準。”本方案采取雙冗余的配置方式，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制單元、光纖以太網(wǎng)以及集成式數(shù)字化智能綜合保護裝置均采用雙系統(tǒng)模式，互相校驗，互為熱備用。本方案的結(jié)構(gòu)精簡但功能強大，主要是：過程層選用合并單元（MU）和智能控制單元（IU）集成為一體的就地智能化裝置，由于35kV變電站均為開關(guān)柜結(jié)構(gòu)，斷路器和互感器等一次設(shè)備距離較近，為便于接線選用一體式就地智能化裝置可以減少接線數(shù)量，同時節(jié)省投資。間隔層采用集中式數(shù)字化智能綜合保護裝置，處理所有過程層光纖上傳的信息，設(shè)置一主一備兩臺保護，兩臺通訊網(wǎng)絡(luò)交換機，充分保證集中式數(shù)字化智能綜合保護裝置的可靠性，集中式綜合保護裝置需要實現(xiàn)以前多臺智能電子裝置實現(xiàn)的功能，包括接入更多的交流量，完成更多的計算，因此需要有更快的運算能力、高可靠的硬件結(jié)構(gòu)和豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，并基于此可以實現(xiàn)許多單臺間隔層智能單元無法實現(xiàn)的功能，完成了變電站的面向?qū)ο蟮慕?，實現(xiàn)了智能化。站控層連接比較簡單，從單臺集中式數(shù)字化智能綜合保護裝置上通訊，另外來接其他智能設(shè)備，與方案一、二相同。集中式數(shù)字化智能綜合保護具有以下特點：1、集中式數(shù)字化智能綜合保護采用多CPU構(gòu)架，性能大幅度提升，并且接線連接簡單，系統(tǒng)集成度高，因此變電站自動化整體可靠性將明顯提高。2、“不同間隔間信息的集成，能夠利用相鄰元件間冗余廣域信息提高保護性能，保證整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行?！比缈梢詫崿F(xiàn)小電流接地選線、低周低壓減載、站域優(yōu)化控制、站域系統(tǒng)保護等3、“靈活快捷的內(nèi)部數(shù)據(jù)交換與共享增加了裝置的智能性、自適應(yīng)性，大幅度減少了網(wǎng)絡(luò)流量?！?、集成保護方案也是一種間隔內(nèi)的信息集成和硬件集成，突破了間隔的限制，簡化硬件結(jié)構(gòu)，降低建設(shè)投資成本，減少了現(xiàn)場運行維護工作量和難度。5、替代了一個間隔層的設(shè)備，成本得到大幅度下降，有利于35kV數(shù)字化變電站在工礦和農(nóng)網(wǎng)中推廣。過程層設(shè)備采用合并單元、智能終端、一二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測一體化的智能裝置實現(xiàn)，直接安裝在高壓柜面板上。過程層網(wǎng)絡(luò)的采樣值采用DL/T860.92（IEC61850-9-2）通訊標準，狀態(tài)量采集與控制采用DL/T860.81的GOOSE服務(wù)，采樣值和GOOSE報文合并組網(wǎng)，通訊介質(zhì)采用光纜，接口方式采用1310nm的ST方式。過程層網(wǎng)絡(luò)雙網(wǎng)冗余配置增加系統(tǒng)的可靠性。過程層設(shè)備配置原則。每個斷路器配置一臺智能設(shè)備，每臺變壓器配置一臺本體智能設(shè)備完成變壓器溫度、檔位采集與控制、變壓器本體保護等功能，本體采用繼電器重動方式，與各側(cè)開關(guān)連接采用電纜方式。間隔層保護測控功能在1臺站域保護控制主機內(nèi)完成，為提高可靠性，采用雙機冗余配置，在完成間隔保護測控的同時完成基于跨間隔的站域功能實現(xiàn)，如小電流接地選線、低周低壓減載、站域優(yōu)化控制、站域系統(tǒng)保護等。站域保護控制主機與過程層設(shè)備接口采用“直采直跳”方式，與站控層設(shè)備采用DL/T860.81的MMS服務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。全站對時采用GPS或北斗作為時鐘源，配置1臺對時服務(wù)器，對時誤差不超過1ms，采用IRIG-B信號實現(xiàn)站內(nèi)間隔層、過程層設(shè)備的對時與同步控制，采用SNTP實現(xiàn)與站控層設(shè)備對時，裝置支持采用DL/T860.81的MMS服務(wù)實現(xiàn)與站控層設(shè)備信息交互。配置1臺通訊管理裝置實現(xiàn)與調(diào)度的數(shù)據(jù)交換和本地數(shù)據(jù)的采集，完成通信管理機和遠動服務(wù)器的功能，支持4路以太網(wǎng)、10路RS232/485的物理接口，規(guī)約支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、部頒CDT等主流調(diào)度規(guī)約，同時具有Modbus（主）、IEC60870-5-103等本地設(shè)備接口實現(xiàn)站內(nèi)直流屏等非DL/T860