唐山220kV郭家屯数字式智能化变电站设计思想

来源:用户上传      作者: 何绪伟

　　摘要：本文主要叙述了什么样的变电站为数字化变电站，数字化变电站的优点；郭家屯数字式智能化变电站的组成结构及设计思想。
　　Abstract: What transformer substation did this article mainly narrate is the digitized transformer substation, the digitized transformer substation merit; Guojiatun digital intellectualization transformer substation composition structure and design concept.
　　关键词：数字式智能化变电站 组成结构 设计思想
　　key words: Digital intellectualized transformer substation composition structural design thought
　　
　　一、 数字化变电站的概念
　　数字化变电站要求电气设备之间的通信是以数字方式传递和共享，由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
　　由数字化变电站系统的要求，我们可以将数字化变电站的主要构成分成三个方面：
　　1. 基于IEC61850标准的变电站监控系统及间隔层设备，实现不同厂家二次设备能够互操作，实现信息共享的目的。
　　2. 基于IEC61850标准的电子式互感器及间隔层设备，实现电子式互感器与间隔层设备间通信的数字化和标准化。
　　3. 智能化的一次设备或通过配置智能终端将其改造为智能化的一次设备，实现一次设备与间隔层设备间通信的数字化和标准化，从而以光缆替代常规的控制电缆。
　　以上三个方面在工程上均可单独实施，特别是第三个方面对传统变电站的继电保护改造具有明确的指导意义。但是只有同时满足以上三个方面才能称得上是真正意义上的数字化变电站。 郭家屯变电站就是同时满足以上三个条件的一座真正意义上的数字化变电站。
　　二、 郭家屯变电站综合自动化系统结构组成
　　1、第一层：站控层
　　站控层网络实现间隔层设备与站控层设备之间的通信，间隔与间隔之间的非实时通信也在站控层网络实现，例如利用GOOSE报文实现五防闭锁。站控层网络采用100M电以太网，双网配置。站控层设备主要包括变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、通讯监控系统、电量采集远传系统。实现网络共用、信息共享。
　　站控层设计思想：
　　> 不单独设置集控工作站，集控功能由远动工作站完成。远动工作站双套配置，共用一个显示器。
　　> 不单独设置保护信息转发工作站，保护故障信息由服务器采集，保护数据统一存放在服务器中，一方面在当地操作员站中可浏览、查询保护动作信息及录波信息，同时可通过保护信息远传工作站，经电力调度数据网送至调度中心保护处及唐山区调。
　　> 不单独设置故障录波器屏，在保护/测控装置内采用分散式故障录波。录波信息送至站控层服务器并可由保护信息远传工作站调用。
　　> 保护信息远传工作站和计量转发工作站的远传共用一套正反向隔离装置。
　　2、第二层网络：间隔层
　　间隔层设备包括按间隔对象配置的保护装置、计量装置以及与接入其它智能设备的规约转换设备。单间隔设备有线路保护、计量装置，跨间隔设备包括母线保护、变压器保护等。站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850进行通信。
　　间隔层设计思想：
　　> 220kV、110kV、10kV保护测控一体配置；220kV线路、220kV母线、主变保护测控双重化配置；220kV、110kV采用集中式母差保护。
　　> 220kV线路差动保护装置应能适应本侧为数字化变电站、对侧为传统变电站；并能适应同杆并架线路。
　　> 实现多厂商设备的互操作应用。
　　> 所有开关操作信息、断路器及刀闸位置信息、保护间的互闭锁信息均采用GOOSE信息报文的传递方式。
　　> 采样值和GOOSE命令通过同一根光缆的不同芯传输。
　　3、第三层网络：过程层
　　过程层网络实现间隔层设备与一次设备辅助装置之间的通信，主要传输采样值和GOOSE信息。过程层网络采用100M及以上光纤以太网。
　　 过程层设备主要包括：智能单元和合并单元。合并单元是电子式互感器的一部分，完成对电子式互感器同步采样的控制和收集，按IEC 61850-9-1标准通过光以太网提供给间隔层设备使用。 智能单元是智能一次设备的组成部分，主要通过GOOSE报文实现开关/刀闸控制、开关/刀闸状态上送等功能，GOOSE报文参照标准为IEC 61850-8-1。
　　过程层设计思想
　　> 电流电压采样通过电子式电压互感器和电流互感器，遵循IEC60044-7和IEC60044-8标准；电子式电流互感器采用2个测量级，2个保护级一次线圈；电子式电压互感器采用2个测量/保护级共用线圈。
　　> 电子式互感器接入安装于就地智能操作柜的合并单元。110kV线路和主变110kV进线侧的合并单元应具有电压切换功能。
　　> 10kV采用ECT、EVT，输出数字量；10kV测控保护装置应具有合并单元的功能。ECT、EVT、测控保护装置（具有合并单元功能）安装在10kV开关柜。
　　三、智能化设计思想：
　　1、视频监控系统与变电站监控系统的联动功能，当开关、刀闸变位时能切换到相应的位置进行监视。
　　2、 具备对各种一次设备的在线监测功能。
　　3、 具备监控系统在SCADA基础上的高级应用功能。
　　4、 变电站增加智能机器人巡检功能。
　　四、结束语：
　　郭家屯变电站是按照华北电网公司要求量身订做的一座全数字式智能化变电站，是变电站发展史上的一场革命，该变电站也许成为未来变电站的设计模式。但是目前的数字化变电站仍然存在着电子设备对环境的适应性问题（如电磁干扰、温度、湿度等）、安装在户外的合并器（MU）在户外工作条件下的适应性和可靠性问题、检修、维护问题以及保护设备数据同步等问题，该变电站能否安全、可靠、稳定运行还需要经过实践和时间的考验，但是我们毕竟走出了探索的第一步。
　　参考文献：
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　　[3] 任雁铭 秦立军.IEC61850通信协议体系介绍和分析[J].电力系统自动化

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