閻楷,姜玲
(1.華北電力大學(xué),北京102206;2.遼寧電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,遼寧沈陽(yáng) 110006)
長(zhǎng)春南500 kV智能變電站的主要特征如下。
a.智能變電站是由智能化一次設(shè)備(電子式互感器、智能終端等)和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層(過(guò)程層、間隔層、站控層)構(gòu)建,建立在IEC61850通信規(guī)約基礎(chǔ)上,能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。
b.在采用了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)后,智能化變電站將基本取消一二次設(shè)備間大量的連接電纜,保護(hù)和測(cè)控等間隔層設(shè)備利用網(wǎng)絡(luò)獲取一次電流電壓等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),也利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)間隔間以及和站控層的信息交換。
c.光纜取代電纜,數(shù)字代替模擬,將大大提高采樣精度和信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕蠓群?jiǎn)化二次接線,避免了傳統(tǒng)互感器和電纜連接固有問(wèn)題,設(shè)備之間互操作性強(qiáng),提高了變電站的自動(dòng)化水平。
a.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置站控層、間隔層、過(guò)程層3層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),采用以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為核心的二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。
b.過(guò)程層采用采樣值(SMV)、GOOSE和IEC61588對(duì)時(shí)三網(wǎng)合一方案。
c.利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)跳合閘、聯(lián)閉鎖功能,實(shí)現(xiàn)各廠家設(shè)備間的互操作和信息共享。
d.全站采用電子式互感器,并采用就地智能終端實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的智能化。
e.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警及分析決策、故障信息綜合分析決策、支撐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化控制等高級(jí)應(yīng)用功能。
f.配置一套網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置,具備網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析功能,能對(duì)數(shù)字式保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文及動(dòng)作情況進(jìn)行分析。
a.全站保護(hù)采用支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置,保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置以IEC61850規(guī)約直接接入MMS網(wǎng)和GOOSE網(wǎng),并采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)跳合閘。
b.全站采用電子式互感器,電子式電流、電壓互感器通過(guò)光纜連接到合并單元,合并單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式接入三網(wǎng)合一的GOOSE網(wǎng)絡(luò),數(shù)字式保護(hù)裝置、測(cè)控、錄波裝置采樣值直接取至三網(wǎng)合一的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。
c.全站保護(hù)柜中不再配置操作箱,采用智能終端就地安裝模式。
d.全站的500 kV斷路器和220 kV線路均采用全數(shù)字保護(hù)測(cè)控一體化裝置,測(cè)控保護(hù)裝置分別采用獨(dú)立的插件。
e.66 kV采用全數(shù)字五合一裝置保護(hù);66 kV五合一裝置集成保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、錄波、合并單元等功能,五合一裝置的保護(hù)功能獨(dú)立,五合一裝置的各個(gè)功能分別由一塊獨(dú)立的插件實(shí)現(xiàn)。
f.全站的保護(hù)、測(cè)控、錄波裝置同時(shí)具備接收IRIG-B碼和IEEE1588對(duì)時(shí),采用何種對(duì)時(shí)方式可靈活設(shè)置。
a.全站配置1套變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),各裝置統(tǒng)一后臺(tái)機(jī),收集處理一次主設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)信息和主變壓器運(yùn)行工況信息,信息采用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)方式傳送至主站系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)檢修。
b.500 kV HGIS斷路器配置SF6氣體絕緣性能監(jiān)視(含微水、溫度、密度)和局部放電狀態(tài)檢測(cè)裝置,其中局部放電檢測(cè)采用特高頻法,傳感器按不定位配置,全站配置1套離線式局部放電檢測(cè)儀。
c.220 kV GIS斷路器配置SF6氣體絕緣性能監(jiān)視(含微水、溫度、密度)。
d.每臺(tái)主變壓器配置1套油色譜狀態(tài)檢測(cè)裝置(含微水)和1套在線局部放電狀態(tài)檢測(cè)裝置,其中局部放電檢測(cè)采用特高頻法。
a.智能變電站采用全站直流、交流、逆變、UPS、通信等一體化電源系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)站用交、直流系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)、一體化配置、一體化監(jiān)控。
b.通信電源采用2套獨(dú)立DC/DC變換器供電,取消通信48 V蓄電池,站用直流負(fù)荷和通信負(fù)荷均按4 h事故放電時(shí)間考慮選擇全站220 V蓄電池容量。
a.全站設(shè)置一套時(shí)間同步時(shí)鐘系統(tǒng),主時(shí)鐘按雙重化配置,采用基于衛(wèi)星時(shí)鐘(支持北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng))與地面時(shí)鐘互備方式獲取精確時(shí)間。
b.時(shí)鐘同步精度和守時(shí)精度應(yīng)滿(mǎn)足站內(nèi)所有設(shè)備的對(duì)時(shí)精度要求,站控層網(wǎng)絡(luò)采用SNTP對(duì)時(shí),間隔層及過(guò)程層設(shè)備同時(shí)具備接收IRIG-B對(duì)時(shí)信號(hào)和IEC61588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)信號(hào)。
a.繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)共享信息采集,通過(guò)防火墻將相關(guān)信息送給保護(hù)及故障錄波信息工作站,繼電保護(hù)故障信息處理功能由繼電保護(hù)信息子站主機(jī)來(lái)完成。
b.保護(hù)及故障信息系統(tǒng)直接采集來(lái)自間隔層或過(guò)程層的數(shù)據(jù),并處理各種所需信息;節(jié)省了一個(gè)保護(hù)信息專(zhuān)網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰,接口簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。
a.全站采用支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式電能表及關(guān)口表,所采用的數(shù)字式電能表及關(guān)口表應(yīng)通過(guò)國(guó)家有關(guān)計(jì)量部門(mén)鑒定,滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)的電能計(jì)量規(guī)程規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。
b.?dāng)?shù)字式電能表及關(guān)口表采樣值直接取至采樣值(SMV)、GOOSE和IEC61588對(duì)時(shí)三網(wǎng)合一的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò),可以充分利用站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)所采集的信息量,并提升計(jì)量精度。
a.配置適用于電子式互感器的數(shù)字式相量測(cè)量裝置,數(shù)字式PMU子站由數(shù)字式數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)集中處理單元組成。
b.?dāng)?shù)字式采集單元負(fù)責(zé)接收采樣值(SMV)、GOOSE和IEC61588對(duì)時(shí)三網(wǎng)合一的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的500 kV及220 kV相關(guān)元件交流電流、電壓采樣值報(bào)文,并轉(zhuǎn)換成相量數(shù)據(jù)。
c.?dāng)?shù)據(jù)集中處理單元負(fù)責(zé)和調(diào)度主站通信,將各個(gè)數(shù)字式數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)組幀、打包,按照一定的頻率和格式傳送給主站。
采用適用于電子式互感器的數(shù)字式行波故障測(cè)距裝置,采用高速采集模塊采集行波信號(hào),實(shí)現(xiàn)行波測(cè)距。
a.在長(zhǎng)春南500 kV智能變電站中配置1套R(shí)FID智能巡檢系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的智能巡警。
b.在長(zhǎng)春南500 kV智能變電站中配置1套智能監(jiān)測(cè)及輔助控制子站,實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報(bào)警、主變消防、采暖通風(fēng)等輔助系統(tǒng)的智能運(yùn)行管理功能。
智能化變電站一次設(shè)備與常規(guī)變電站的安裝、施工無(wú)大差異,僅是部分一次設(shè)備內(nèi)置智能終端或檢測(cè)裝置等,信號(hào)傳輸?shù)目刂齐娎|被光纖代替。
智能變電站與常規(guī)變電站調(diào)試工作差異很大,調(diào)試工作已委托東北電力科學(xué)研究院進(jìn)行,目前調(diào)試方案已經(jīng)形成,智能變電站的試驗(yàn)大致如下。
智能變電站二次系統(tǒng)的試驗(yàn)流程主要包括:出廠驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)性能調(diào)試和啟動(dòng)調(diào)試。
出廠驗(yàn)收一般在二次系統(tǒng)集成商處進(jìn)行,主要對(duì)二次系統(tǒng)的硬件、功能、性能和可靠性等進(jìn)行驗(yàn)收。出廠驗(yàn)收通常要在以下幾個(gè)條件滿(mǎn)足后進(jìn)行:
a.系統(tǒng)集成商已按照系統(tǒng)的配置要求在工廠環(huán)境下完成了軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成;
b.系統(tǒng)集成商已搭建了模擬測(cè)試環(huán)境,提供了測(cè)試設(shè)備,并完成了相關(guān)技術(shù)資料的編寫(xiě);
c.二次設(shè)備供應(yīng)商已完成出廠試驗(yàn),并達(dá)到合同及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。
現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試在現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備屏柜安裝完成,所有二次電纜安裝和光纜熔接完成后進(jìn)行,通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)儀器依據(jù)相應(yīng)的規(guī)程(或試驗(yàn)方案)對(duì)所有二次設(shè)備進(jìn)行功能和性能測(cè)試。如保護(hù)裝置的定值校驗(yàn),測(cè)控裝置的同期功能測(cè)試以及交換機(jī)收發(fā)功率測(cè)試。
現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試主要指系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及整組傳動(dòng),在所有現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試工作完成后進(jìn)行。此外,現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試還包括站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試和遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)調(diào)試等。
現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)性能調(diào)試主要進(jìn)行二次系統(tǒng)性能指標(biāo)的測(cè)試,如遙信變位傳送時(shí)間測(cè)試、遙控命令執(zhí)行傳輸時(shí)間測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率測(cè)試等。
啟動(dòng)調(diào)試通常在整組傳動(dòng)合格并通過(guò)有關(guān)部門(mén)驗(yàn)收后進(jìn)行。啟動(dòng)調(diào)試時(shí),主要考驗(yàn)智能變電站二次系統(tǒng)在實(shí)際帶電運(yùn)行時(shí)能否正常工作。啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程中,由于沒(méi)有常規(guī)的電流電壓二次電纜連接,而無(wú)法使用第三方的表計(jì)進(jìn)行保護(hù)裝置的相量校核,主要通過(guò)保護(hù)裝置本身的測(cè)量量確認(rèn)相量是否正確。
智能變電站二次系統(tǒng)的試驗(yàn)涉及范圍較廣,這里主要對(duì)出廠驗(yàn)收及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容及試驗(yàn)手段進(jìn)行探討,對(duì)一些和常規(guī)變電站不同的試驗(yàn)內(nèi)容重點(diǎn)進(jìn)行分析。
二次系統(tǒng)出廠驗(yàn)收試驗(yàn)的對(duì)象是經(jīng)集成后的智能變電站二次系統(tǒng),主要包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、保護(hù)測(cè)控一體化裝置、智能終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)工作站等。出廠驗(yàn)收主要是從硬件檢查、系統(tǒng)功能測(cè)試、系統(tǒng)性能測(cè)試、系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試等幾個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)。
對(duì)于IEC61850測(cè)試,主要進(jìn)行模型文件合法性測(cè)試、一致性測(cè)試和互操作測(cè)試,需要在第三方軟件和測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行,出廠驗(yàn)收時(shí)通常沒(méi)有條件進(jìn)行。為了保證相關(guān)設(shè)備的一致性和互操作性,可以在搭建的出廠驗(yàn)收系統(tǒng)上,對(duì)每個(gè)型號(hào)的設(shè)備分別抽取1臺(tái)進(jìn)行完整的關(guān)聯(lián)試驗(yàn),檢查該裝置和其它設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)互操作,可以保證本站所使用設(shè)備間的一致性和互操作性。
由于智能變電站對(duì)通信可靠性的要求非常高,所以在出廠驗(yàn)收時(shí)必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相關(guān)的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后還要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能測(cè)試需要使用專(zhuān)業(yè)的設(shè)備,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)要求相關(guān)的規(guī)程還沒(méi)有出來(lái),現(xiàn)在通常進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率測(cè)試、交換機(jī)吞吐量測(cè)試、交換機(jī)丟包測(cè)試和收發(fā)功率測(cè)試等。
進(jìn)行保護(hù)整組傳動(dòng)時(shí),需要結(jié)合變電站的GOOSE配置表(圖),對(duì)不同設(shè)備間的GOOSE虛端子開(kāi)入邏輯進(jìn)行檢查,確保所有裝置配置文件和設(shè)計(jì)要求相符。
其它幾個(gè)試驗(yàn)內(nèi)容和常規(guī)變電站類(lèi)似,在此不做闡述。
現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試需對(duì)裝置的各項(xiàng)功能進(jìn)行驗(yàn)證,各個(gè)裝置由于其功能不同所進(jìn)行的調(diào)試內(nèi)容也不盡相同,以下主要按照以下幾個(gè)分類(lèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的主要內(nèi)容進(jìn)行論述:合并單元、智能終端、保護(hù)及測(cè)控裝置和交換機(jī)。
3.4.1 合并單元
合并單元(MU)主要負(fù)責(zé)對(duì)多個(gè)電子式互感器的采集量進(jìn)行整合,并提供給相關(guān)的保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量和錄波等,合并單元通常按間隔配置。合并單元大致可以分為2種類(lèi)型:線路合并單元和母線合并單元。其中線路合并單元通常還具備電壓切換功能,母線合并單元通常還具備電壓并列功能。合并單元可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)信息,網(wǎng)絡(luò)地址需要和相關(guān)的配置文件一致,否則無(wú)法和其它設(shè)備進(jìn)行互聯(lián),所以在進(jìn)行軟件檢查時(shí)增加了對(duì)于裝置網(wǎng)絡(luò)IP地址、MAC地址等進(jìn)行檢查。
合并單元和其它設(shè)備之間的通信通過(guò)光纖聯(lián)接實(shí)現(xiàn),為了保證通信的可靠穩(wěn)定,需要對(duì)光纖端口的收、發(fā)信功率進(jìn)行測(cè)量,以確保有足夠的功率裕度。同時(shí)還需要模擬各種通信中斷和通信異常情況,確認(rèn)可以正確檢出通信中斷和異常,并能夠正確閉鎖相關(guān)的設(shè)備。
告警功能檢查中,對(duì)于采集模塊故障告警、數(shù)據(jù)異常告警等涉及到電子式互感器的故障,需要電子式互感器廠家配合模擬相應(yīng)故障。
開(kāi)入檢查中,對(duì)于GOOSE虛端子開(kāi)入的檢查,由于涉及到其它設(shè)備,需要結(jié)合系統(tǒng)的整組傳動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行,全面檢查開(kāi)入和開(kāi)出的相關(guān)配置。
電壓切換功能試驗(yàn)時(shí),如果裝置使用的開(kāi)關(guān)、刀閘位置為硬接點(diǎn)接入,則可以直接在合并單元進(jìn)行模擬;如果裝置使用的開(kāi)關(guān)、刀閘位置接點(diǎn)通過(guò)GOOSE虛端子開(kāi)入獲取,則需要在智能終端上進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)關(guān)、刀閘切換模擬。
3.4.2 智能終端
智能終端(ICU)主要負(fù)責(zé)對(duì)開(kāi)關(guān)、刀閘位置的采集以及對(duì)控制命令的執(zhí)行等,因此對(duì)智能終端需要進(jìn)行外觀檢查、工作電源檢查、軟件檢查、通信測(cè)試、告警功能檢查、開(kāi)入檢查、遙信和遙控功能試驗(yàn)等。
3.4.3 保護(hù)及測(cè)控裝置
保護(hù)及測(cè)控裝置現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)內(nèi)容包括外觀檢查、工作電源檢查、軟件檢查、通信測(cè)試、告警功能檢查、采樣檢查、后臺(tái)監(jiān)控報(bào)文信號(hào)檢查、保護(hù)或測(cè)控裝置的邏輯及定值校驗(yàn)。
3.4.4 交換機(jī)
交換機(jī)及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在智能變電站中起到了重要的作用,需要對(duì)交換機(jī)進(jìn)行全面檢查,交換機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的主要內(nèi)容有外觀檢查、工作電源檢查、管理員設(shè)置檢查、以太網(wǎng)端口檢查、通信接口檢查、告警檢查及其它檢查。
在現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試工作完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試。通常先進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的檢查,檢查所有光纖通道的一一對(duì)應(yīng)性,確認(rèn)所有通信正常,檢查所有的二次電纜連接正確,再通過(guò)一次通流及升壓、整組傳動(dòng)再次確認(rèn)二次系統(tǒng)可以正常工作。通過(guò)模擬保護(hù)裝置動(dòng)作檢查保護(hù)出口、智能終端及開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)是否正常,開(kāi)關(guān)是否正確跳合閘。
在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試時(shí),還要進(jìn)行站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)功能測(cè)試,如四遙功能測(cè)試、全站防誤閉鎖功能測(cè)試和主從切換功能測(cè)試等。此外,還要進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)工作站相關(guān)功能測(cè)試,并與調(diào)度主站進(jìn)行聯(lián)調(diào)。
智能變電站二次系統(tǒng)的性能十分關(guān)鍵,因此,在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)還需進(jìn)行二次系統(tǒng)相關(guān)性能測(cè)試,如測(cè)試保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間、采樣延時(shí)及同步性,測(cè)試遙信變位傳送時(shí)間、遙測(cè)超越定值傳輸時(shí)間、遙控命令傳輸執(zhí)行時(shí)間和主備機(jī)切換時(shí)間等。
對(duì)于二次系統(tǒng),啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程主要進(jìn)行相量測(cè)試。對(duì)于智能變電站,主要通過(guò)二次設(shè)備本身的測(cè)量量確認(rèn)相量是否正確。
對(duì)于保護(hù)裝置GOOSE網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)直接影響了保護(hù)的速動(dòng)性,而采樣網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)直接影響了裝置采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和同步性,需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的測(cè)試使用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試設(shè)備。
通信接口的功率裕度直接影響了通信的可靠性,所以需要對(duì)光纖通信端口發(fā)送功率、接收功率及接收的靈敏功率進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于合并單元激光供能輸出功率也需要進(jìn)行測(cè)試。
為了檢查智能變電站二次系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)各種異常情況下系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行,需要對(duì)系統(tǒng)的通信功能進(jìn)行檢驗(yàn)。
長(zhǎng)春南500 kV智能變電站技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試等方面與常規(guī)500 kV綜自變電站有很多不同之處,以上對(duì)主要技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析,今后智能變電站作為電網(wǎng)建設(shè)的趨勢(shì),其技術(shù)水平、建設(shè)管理水平還會(huì)有進(jìn)一步提高。