廣州供電局有限公司 方澤海

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)信息流分析與二次設(shè)備集成研究

廣州供電局有限公司 方澤海

分析研究了智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)、配置狀況、組網(wǎng)模式以及網(wǎng)絡(luò)信息流傳輸分析等內(nèi)容；介紹了廣東省某220kV智能變電站二次側(cè)智能綜合設(shè)備集成保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

智能變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；信息流分析；二次設(shè)備保護(hù)

1. 前言

數(shù)字化變電站具備“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)”的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)的信息完全數(shù)字化，信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化，通信模型標(biāo)準(zhǔn)化，滿足了各種設(shè)備間的共享，實(shí)現(xiàn)綜合功能統(tǒng)一的目標(biāo)。使得供配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、維護(hù)簡(jiǎn)便性等有了質(zhì)的改變。

2. 智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)信息流分析

智能變電站調(diào)度自動(dòng)化部分按數(shù)字化變電站要求，一般需配置1臺(tái)電能采集裝置、1套視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、1套數(shù)字化電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和1套二次安全防護(hù)設(shè)備，遠(yuǎn)動(dòng)裝置由電氣二次專業(yè)在數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中統(tǒng)一考慮配置[1]。

2.1 光傳輸網(wǎng)絡(luò)分析

以廣東省某智能變電站為例。根據(jù)該站目前傳輸A網(wǎng)設(shè)備的光鏈路開通現(xiàn)狀及十二五通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，該220kV智能變電站站配置1套STM-16的傳輸A網(wǎng)設(shè)備及相應(yīng)數(shù)量的光接口板卡，以保持與現(xiàn)狀光鏈路數(shù)量及帶寬一致性，避免對(duì)傳輸A網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大的調(diào)整。

在網(wǎng)絡(luò)割接過(guò)程中，在原有變電站傳輸A網(wǎng)設(shè)備和現(xiàn)在的新站傳輸A網(wǎng)設(shè)備上分別配置1塊STM-16光接口板卡，開通原有變電站至新建站的2.5Gb/s光鏈路，實(shí)現(xiàn)兩套設(shè)備的互聯(lián)，根據(jù)該變電站各出線線路的割接依次對(duì)變電站的原光鏈路實(shí)現(xiàn)割接，割接過(guò)程中兩套傳輸A網(wǎng)設(shè)備均為廣州傳輸A網(wǎng)上的骨干節(jié)點(diǎn)，在割接完成后，斷開互聯(lián)的光鏈路，將原變電站設(shè)備退運(yùn)，新變電站設(shè)備成為唯一的骨干節(jié)點(diǎn)。

2.2 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息流分析

新建某220kV變電站為廣州調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)匯聚層節(jié)點(diǎn)，在本站配置1套調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚層設(shè)備：配置1臺(tái)支持PE功能的匯聚路由器，通過(guò)155Mb/s的POS口與核心節(jié)點(diǎn)和就近的匯聚節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。同時(shí)配置1臺(tái)二層交換機(jī)，通過(guò)GE口與路由器連接。

匯聚節(jié)點(diǎn)與核心節(jié)點(diǎn)之間互連帶寬為：采用POS技術(shù)組網(wǎng)155Mb/s；接入節(jié)點(diǎn)與核心匯聚節(jié)點(diǎn)之間互連帶寬為2Mb/s，采用E1接口。配置匯聚路由器與原路由器通過(guò)GE直連實(shí)現(xiàn)過(guò)渡。

2.3 綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析

根據(jù)廣州供電局綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)現(xiàn)狀和十二五規(guī)劃內(nèi)容及某原變電站的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)狀，新建某220kV智能變電站列為核心層節(jié)點(diǎn)，核心層節(jié)點(diǎn)與廣州局及兩個(gè)核心層節(jié)點(diǎn)相連、與匯聚層節(jié)點(diǎn)采用星形連接。

某220kV智能變電站為廣州綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)核心層節(jié)點(diǎn)，在本工程配置1套綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)核心層設(shè)備：1臺(tái)核心交換機(jī)，采用光纖直連方式與就近核心層變電站500kV獅洋站和廣州局核心層設(shè)備連接，接入到廣州地區(qū)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)。

3. 電氣二次側(cè)設(shè)備集成研究

該智能變電站按數(shù)字化變電站方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)遵循按Q/CSG 1 0011-2009<<數(shù)字化變電站技術(shù)規(guī)范>>、<<廣東電網(wǎng)數(shù)字化變電站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)>>的有關(guān)技術(shù)原則，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。全站采用分層分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與站內(nèi)有通信能力的智能設(shè)備通信。全站建立在IEC 61850通信技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，按分層分布式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化站內(nèi)智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作性。從整體上分為三層兩網(wǎng)：站控層、間隔層、過(guò)程層和站控層網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。站控層與間隔層保護(hù)測(cè)控等設(shè)備采用IEC61850-8-1通信協(xié)議；間隔層與過(guò)程層合并器設(shè)備采用IEC61850-9-2通信協(xié)議點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸SMV；間隔層與過(guò)程層智能終端采用GOOSE通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)化傳輸；過(guò)程層的智能終端就地分散安裝在開關(guān)場(chǎng)智能終端匯控柜內(nèi)。

站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)分開組網(wǎng)，采用以太網(wǎng)雙星形結(jié)構(gòu)。站控層網(wǎng)絡(luò)用于變電站層的監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與間隔層裝置通信。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)用于間隔層裝置與過(guò)程層的智能終端、合并器設(shè)備等通信，以及低壓測(cè)控保護(hù)一體化裝置之間進(jìn)行邏輯的閉鎖。

調(diào)度自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)功能由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成。全站斷路器、電動(dòng)刀閘、主變中性點(diǎn)接地刀閘在主控室遠(yuǎn)方遙控，并設(shè)有就地操作功能。220kV雙流輸變電工程采用數(shù)字化變電站技術(shù)方案，全站由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(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。二次接線按綜合自動(dòng)化變電站設(shè)計(jì)，全站設(shè)一套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和一套視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[3]。

（1）二次設(shè)備的布置

變電站內(nèi)設(shè)置主控制室和繼保室，主計(jì)算機(jī)兼操作員工作站、工程師工作站、遠(yuǎn)方通信控制柜等站級(jí)控制層設(shè)備布置于主控制室；主變壓器、220kV線路、110kV線路、220kV及110kV母線設(shè)備、公用部分等的保護(hù)、自動(dòng)裝置、測(cè)控裝置、直流系統(tǒng)、電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)采集柜以及全站消防控制柜等均布置于繼保室；20kV部分的保護(hù)測(cè)控一體化裝置布置在20kV開關(guān)柜上。

220kV開關(guān)設(shè)備智能終端安裝于相應(yīng)智能匯控柜。110kV開關(guān)設(shè)備智能終端安裝于相應(yīng)的獨(dú)立匯控柜。主變壓器設(shè)置非電量保護(hù)及智能終端柜，就地安裝于變壓器旁。變電站設(shè)置#1、#2蓄電池室，蓄電池組組架分別安裝于#1、#2蓄電池室。合并單元與相應(yīng)間隔保護(hù)組一面屏，220kV/110kV母線TV合并單元按電壓等級(jí)組一面屏，20kV母線TV合并單元及主變20kV側(cè)合并單元就地安裝在開關(guān)柜上。

（2）輔助電源系統(tǒng)

1）UPS不間斷電源

本站布置1套交流不停電電源，集中布置于主控樓繼保室，以滿足站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)化設(shè)備和繼電保護(hù)設(shè)備的要求。交流不間斷電源系統(tǒng)采用冗余配置方式，每組容量按5kVA選擇，當(dāng)交流供電中斷時(shí)，交流不間斷電源系統(tǒng)能保證2小時(shí)事故供電。

2）繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏

根據(jù)中國(guó)南方電網(wǎng)《220kV～500kV變電站電氣技術(shù)導(dǎo)則》Q/ CSG10011-2005，《微機(jī)繼電保護(hù)運(yùn)行管理規(guī)程》DL/T587-2007規(guī)定及反事故措施精神，本工程在繼保室設(shè)置1面繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏，以方便二次設(shè)備調(diào)試。繼電保護(hù)試驗(yàn)電源屏的電源直接由站內(nèi)交流配電屏供給。

3）二次交流屏

本次工程在繼保室設(shè)置1面二次交流屏，用以供給二次保護(hù)控制、自動(dòng)裝置、打印機(jī)等需要的交流電源。該屏電源直接由站內(nèi)交流配電屏供給。

（3）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

本站在繼保室集中設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)1套，采用編碼傳輸總線式連接方式，報(bào)警系統(tǒng)包含聯(lián)動(dòng)控制主機(jī)、消防電話主機(jī)、功率放大機(jī)、單獨(dú)供電單、感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、聲光報(bào)警器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、感溫電纜、消防應(yīng)急廣播等，在發(fā)生火災(zāi)情況時(shí)，感煙控測(cè)器、感溫探測(cè)器將接收到的煙霧或溫度信號(hào)發(fā)送到聯(lián)動(dòng)報(bào)警控制主機(jī)，主機(jī)將信號(hào)傳送給聲光報(bào)警器，聲光報(bào)警器發(fā)出鳴叫，通知人員撤離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，在感溫或感煙探測(cè)器失靈的情況下，可通過(guò)手動(dòng)報(bào)警按鈕，通知現(xiàn)場(chǎng)人員撤離。

（4）直流系統(tǒng)

根據(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T5044-2004及階梯負(fù)荷計(jì)算法，蓄電池容量選擇按經(jīng)常負(fù)荷和事故負(fù)荷的100%考慮，事故放電按2小時(shí)計(jì)算，本站采用220V直流，供給全站微機(jī)監(jiān)控、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、事故照明及斷路器合閘等直流電源。采用2組400Ah蓄電池，雙蓄雙充智能高頻開關(guān)電源直流成套裝置。直流系統(tǒng)采用單母線分段接線，推薦采用智能高頻開關(guān)電源整流器直流成套裝置，由直流充電屏、蓄電池進(jìn)線屏及饋線屏各2套組成。

直流供電分配方式：微機(jī)監(jiān)控及220kV、110kV、主變繼電保護(hù)采用輻射型網(wǎng)絡(luò)供電，20kV開關(guān)柜控制合閘回路按每段雙回路供電，主控室常明燈及應(yīng)急照明獨(dú)立配電。

（5）變壓器保護(hù)

本工程每臺(tái)主變配置2面主變保護(hù)屏，主變保護(hù)裝置按照雙重化配置，主保護(hù)、后備保護(hù)一體化，分別獨(dú)立接入雙重化的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。主變配置本體智能終端，完成主變非電量保護(hù)功能以及主變檔位、溫度采集和遙調(diào)控制，即本體智能終端含非電量保護(hù)和本體測(cè)控功能。

（6）220kV母聯(lián)保護(hù)

220kV母聯(lián)斷路器不配置獨(dú)立的保護(hù)，過(guò)流及充電保護(hù)由220kV母線保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

（7）110kV母聯(lián)、分段保護(hù)

110kV母聯(lián)、分段斷路器不配置獨(dú)立的保護(hù)，過(guò)流及充電保護(hù)110kV母線保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

（8）20kV保護(hù)

20kV補(bǔ)償電容器組、饋線、站用變配置單套保護(hù)測(cè)控一體化裝置，安裝于開關(guān)柜內(nèi)。站用變備自投功能由低壓側(cè)智能開關(guān)ATS裝置實(shí)現(xiàn)。不設(shè)置常規(guī)的備自投裝置。

（9）主變故障錄波屏

本站單獨(dú)配置一面數(shù)字式主變故障錄波屏，用于2臺(tái)主變，裝置需適應(yīng)數(shù)字化變電站應(yīng)用模式，接入數(shù)字化變電站的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)SMV（采樣值）報(bào)文和GOOSE（變電站狀態(tài)事件）報(bào)文，與站控層設(shè)備的通信采用IEC61850 MMS通信規(guī)約。

4. 結(jié)論

智能變電站建設(shè)如今成為電網(wǎng)建設(shè)及相關(guān)改造工程的重要關(guān)鍵點(diǎn)之一。利用多種成熟智能化電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)，滿足信息系統(tǒng)的高度集成。通過(guò)研究智能變電站信息綜合一體化技術(shù)以及二次設(shè)備集成化，有利于系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，滿足現(xiàn)代電網(wǎng)高速發(fā)展的需要，更好的服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展及日常生活。

[1]孫曉明,牛得存,劉穎,等.智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)信息流分析與二次設(shè)備集成研究[J].電氣時(shí)代,2015(11):95-97.

[2]樊陳,倪益民,竇仁暉,等.智能變電站二次設(shè)備集成方案討論[C].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)三屆三次會(huì)議暨2013年學(xué)術(shù)交流會(huì),2013.

[3]陳世永,宋麗娜.220kV智能變電站設(shè)計(jì)與自動(dòng)化系統(tǒng)分析研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015(2):107-107.