淺析330kV蔣家南數字化變電站的技術特征

摘要：在智能電網建設的大背景下，數字化變電站快速發展是必然趨勢，寧夏電力公司于2010年9月30日投運國內首座數字化330kV蔣家南變電站，本文對蔣家南330kV變電站的技術特征、系統組成、網絡結構及應用中存在的問題等幾個方面進行論述。

關鍵詞：數字化 IEC61850 特征

數字化變電站是由智能化一次設備（電子式互感器、智能化開關等）和網絡化二次設備分層（過程層、間隔層、站控層）構建，建立在IEC61850通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。

1 數字化變電站的主要特征

數字化變電站三個主要的特征就是“一次設備智能化，二次設備網絡化，符合IEC61850標準”，即數字化變電站內的信息全部做到數字化，信息傳遞實現網絡化，通信模型達到標準化，使各種設備和功能共享統一的信息平臺。這使得數字化變電站在系統可靠性、經濟性、維護簡便性方面均比常規變電站有大幅度提升。

1.1 一次設備智能化 智能化的一次設備包括光電/電子式互感器，智能化斷路器等。對于一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路，將采用微處理器和光電技術設計，使傳統機電式繼電器及控制回路的結構大大簡化；數字程控器及數字公共信號網絡要取代傳統的導線連接；可編程序取代二次回路中傳統的繼電器及其邏輯回路；光電數字和光纖取代常規的強電模擬信號和控制電纜。

1.2 二次設備網絡化 二次設備的網絡化，是適應光電式互感器的應用、智能化一次設備和IEC61850通訊規約的需要。我們所熟知傳統二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、故障錄波裝置、穩控裝置、VQC將等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，各設備之間的連接均采用高速的網絡通訊，二次設備沒有重復的I/O現場接口，主要靠網絡真正實現數據共享、資源共享。

1.3 符合IEC61850標準 IEC61850是面向未來的變電站自動化技術標準，也是全世界關于變電站自動化系統的第1個完整的通信標準體系。

IEC61850標準通過對變電站自動化系統中的對象統一建模，采用面向對象技術和獨立于網絡結構的抽象通信服務接口，增強了設備之間的互操作性，可以在不同廠家的設備之間實現無縫連接。它解決了變電站自動化系統產品的互操作性和協議轉換問題。

2 330kV蔣家南數字化變電站的技術特點

330kV蔣家南變電站是寧夏電力公司繼110千伏海寶數字化變電站技術嘗試后的第一座高電壓等級數字化變電站，同時也是全國第一座完全執行國家電網公司《智能變電站繼電保護技術規范》、《IEC61850工程繼電保護應用模型》等標準規定、實行GOOSE點對點跳閘的智能變電站。

2.1 一次設備采用常規設備 根據主變壓器的制造技術及大件設備的運輸尺寸、運輸條件，結合西北電網的運行實際情況，主變壓器選用三相自耦有載調壓變壓器。遠景3臺，每臺主變35kV側配置2×30Mvar并聯電抗器。1#、2#主變35kV側分別接一臺容量為400kVA的站用變壓器。本期2臺主變，每臺主變35kV側配置2×30Mvar并聯電抗器，接一臺容量為400kVA的站用變壓器。主變壓器（自耦）中性點采用直接接地方式。低壓側35kV接線采用以主變為單元的單母線接線，不設總斷路器。

330kV系統遠景出線10回，本期4回；主變壓器進線本期2臺，遠景1臺。根據本工程的建設規模，綜合考慮供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、投資節約和是否便于過渡或擴建等因素，330kV配電裝置主接線采用一個半斷路器接線。330kV配電裝置遠景共有13個元件，配成6個完整串，第三臺主變通過斷路器接于母線。本期330kV配電裝置4回進線，安裝2臺主變壓器，共有6個元件，采用一個半斷路器接線，安裝11臺斷路器。330kV斷路器選用瓷柱式雙斷口SF6斷路器額定電壓：363kV，額定電流：4000A，額定開斷電流：63kA；330kV母線側隔離開關選用單柱單臂垂直伸縮式，串中隔離開關選用三柱組合水平伸縮式。330kV電流互感器選用SF6氣體絕緣電流互感器；330kV電壓互感器選用電容式電壓互感器；330kV避雷器選用無間隙氧化鋅避雷器，放電電流：10kA。

110kV配電裝置遠景主接線擬采用雙母線單分段接線。本期采用雙母線接線，本期母線預留分段位置；共6回出線、2回主變進線、8個元件，安裝9臺斷路器。110kV斷路器選用國產瓷柱式單斷口SF6斷路器額定電壓：126kV，額定電流：3150A，額定短路開斷電流：40kA（有效值）；110kV隔離開關選用國產水平伸縮型額定電壓：126kV，額定電流：2000A，額定熱穩定電流：40kA；110kV電流互感器、110kV電壓互感器選用國產電子式電流互感器和電子式電壓互感器；110kV避雷器選用無間隙氧化鋅避雷器，放電電流按10kA選取。

35kV屋內配電裝置采用戶內鎧裝移開式交流金屬封閉開關柜，內裝真空斷路器；35kV并聯電抗器選用干式空芯電抗器，高位布置； 35kV站用變壓器選用SZ11型油浸式有載調壓配電變壓器；10kV備用站用變壓器選用S11型油浸式無載調壓配電變壓器。

2.2 二次設備實現GOOSE組網 蔣家南330kV變電站首次執行了國網公司《IEC61850工程繼電保護應用模型》和《智能變電站繼電保護技術規范》，第一次采用了GOOSE直接跳閘的原則，繼電保護裝置從硬件到軟件全部重新開發。

二次設備均按照IEC61850標準統一建模。對站控層通過雙絞線以太網網絡通信，對過程層通過光纖以太網絡通信，取消傳統硬接線，通信標準均符合IEC61850標準。

屋外配電裝置配置兩套智能終端（均含操作功能），實現雙冗余，兩套智能終端就地安裝；智能控制單元（ICU）與間隔層設備通訊采用IEC61850標準，兩者通過光纖連接。智能終端與間隔層設備之間的開關量的傳輸，以間隔為單元，組成100Mbit/s GOOSE雙光纖網。智能終端與間隔層保護設備之間的控制量傳輸，采用100Mbit/s光纖以太網點對點通信方式。間隔層與站控層通信網絡，采用雙星型 100Mbit/s雙絞線以太網。全站設置單獨的故障錄波網，故障信息通過保護及故障信息子站上傳至調度端。

站控層包括當地監控功能和遠動功能。當地監控功能由兩臺服務器、一臺工程師站、一臺操作員站和一臺打印機組成，監控主機和工程師工作站采用使用UNIX操作系統的工作站。系統的數據模型遵循IEC61850變電站系統規范來建立，完成對變電站的監視、控制、記錄等功能，系統能夠導出符合SVG規范的圖形文件提供給操作票及工作票系統使用。遠動功能采用主備雙機冗余設計，采用IEC61850標準收集變電站信息，對于常規調度系統，將變電站信息進行轉換，采用IEC60870-5-104、IEC60870-5-101規約、CDT規約等向調度中心轉發，考慮與控制中心的IEC61970系統的互聯。

2.3 全面應用IEC61850 整站建立在IEC 61850通信技術規范基礎上，按分層分布式來實現變電站內智能電氣設備間的信息共享和互操作性。從整體上分為三層：站控層、間隔層、過程層。對于主變壓器各側間隔以及330kV線路間隔、110kV線路間隔全部實施數字化方案，即從過程層、間隔層到變電站層全數字化。合并單元具有與常規互感器連接的模擬量接口。合并單元主要用于匯總模擬信號和分發數字信號，并完成同步功能。

各層之間采用通信協議如下：①合并單元與間隔層設備通訊采用IEC61850 9-1標準，兩者通過光纖連接。②全站所有保護、測控裝置按照IEC61850標準統一建模。③間隔層與站控層通訊基于MMS協議，采用IEC61850 8-1標準。④間隔層設備的信息交換基于IEC61850的GOOSE（通用面向變電站事件對象）應用實現，取消設備間的硬連線。保護GOOSE通過過程層GOOSE網絡通信，測控GOOSE通過站控層網絡通信。⑤監控后臺與遠動系統建立了數字化變電站的全站模型，并對間隔層設備實現了統一配置。⑥按照IEC61850的要求，實現多廠家設備的互操作。⑦實現IEC61850-10的一致性測試要求，設備通過第三方權威檢測機構的測試。邀請第三方權威檢測機構進行現場系統測試。⑧跨間隔間采用IEC 60044-8傳輸協議中規定的高速串行FT3傳輸協議。⑨間隔層與過程層智能接口單元采用GOOSE通信協議。

3 結束語

數字化變電站是電網建設的必然趨勢，330kV蔣家南變電站的投運標志寧夏電力公司在智能堅強電網的建設過程中邁出堅實的一步，在此基礎之上，已經開工的220kV石嘴山智能化變電站和即將開工的330kV鎮羅變電站完全按照數字化變電站的技術特征進行可研和初設，特別是采用智能化一次設備，可能會存在一些技術上的問題。總之，數字化變電站建設任務任重道遠，智能化技術應用仍然在摸索中前進。

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