數(shù)字化變電站改造技術(shù)方案研究

摘要:隨著數(shù)字化變電站的發(fā)展，數(shù)字化變電站的建設(shè)已由理論研究階段走向工程實(shí)踐階段，數(shù)字化變電站技術(shù)的應(yīng)用是數(shù)字化變電站二次運(yùn)行管理技術(shù)的又一次飛躍發(fā)展。本文結(jié)合廣東電網(wǎng)鶴山供電局110kV沙坪數(shù)字化變電站改造工程，根據(jù)實(shí)際情況，提出數(shù)字化變電站的改造技術(shù)方案，并分析其方案的可行性，分析該數(shù)字化變電站改造工程技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提出該方案的實(shí)施步驟，可為同類工程提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞:數(shù)字化變電站改造工程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IEC61850

中圖分類號(hào):TM464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)03(a)-0130-02

1 項(xiàng)目簡介

數(shù)字化變電站是指變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。110kV沙坪變電站是一在運(yùn)的分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)變電站，已計(jì)劃進(jìn)行一次增容(擴(kuò)建#3主變)及二次系統(tǒng)改造，籍此次改造項(xiàng)目及擴(kuò)建項(xiàng)目完成數(shù)字化變電站改造。全站全面改造完成后，完成一次系統(tǒng)擴(kuò)容，構(gòu)建基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站架構(gòu)，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站。本次110kV沙坪變電站改造涉及:

一次系統(tǒng):更換3組110kV線路CT、2組主變高壓受總CT均采用ECT;系統(tǒng)擴(kuò)容:增加一臺(tái)主變，#3主變高壓受總CT采用ECT

二次系統(tǒng):更換及改造支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的站控層設(shè)備、間隔層IED;增加就地下放的過程層設(shè)備;構(gòu)建基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的站控層及過程層網(wǎng)絡(luò);根據(jù)本站主接線及運(yùn)行方式，構(gòu)建安全、可靠、先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)的變電站架構(gòu)。

2 改造方案

2.1 自動(dòng)化系統(tǒng)的改造

變電站采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)變電站分為站控層、間隔層和過程層。站控層主要包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、五防系統(tǒng)、保護(hù)信息系統(tǒng)等。間隔層包括各種保護(hù)裝置、測控裝置以及其他智能設(shè)備。過程層是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中提出的新概念，其包括智能I/O單元、電子式互感器、智能一次設(shè)備、智能傳感器等，主要功能是實(shí)現(xiàn)各種電氣量的就地采集以及實(shí)現(xiàn)對智能一次設(shè)備的直接控制。站控層與間隔層之間采用以太網(wǎng)通信方式，并采用IEC61850規(guī)范;過程層與間隔層設(shè)備之間的通信，對于智能I/O單元采用IEC61850規(guī)范，對于電子式互感器，采用IEC61850-9標(biāo)準(zhǔn)，本數(shù)字化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

(1)站控層和間隔層。站控層包括監(jiān)控主機(jī)、操作員工作站、維護(hù)工程師站等，監(jiān)控主機(jī)采用雙機(jī)配置。其主要功能是為變電站提供運(yùn)行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內(nèi)所有相關(guān)信息;所有站控層設(shè)備均采用100M工業(yè)以太并按照IEC61850通信規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)建模并進(jìn)行信息傳輸。

后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)采用NS3100計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(U版)。站控層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能要求與《廣東電網(wǎng)110～220kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求相類似。增加繼保故障信息子站系統(tǒng)，繼保信息子站至各級調(diào)度中心的通信協(xié)議應(yīng)符合《中國南方電網(wǎng)繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)通信與接口規(guī)范》的要求。

本次改造將全面更換或改造間隔層IED。其中:110kV測控保護(hù)裝置采用NS3631DD，按照點(diǎn)對點(diǎn)面向間隔配置。NS3631DD是專為高壓變電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)的測控保護(hù)裝置，基于模件的設(shè)計(jì)思想，硬件可靈活組態(tài)，維護(hù)方便，而且具有實(shí)時(shí)的全站邏輯閉鎖功能，支持GOOSE方式實(shí)現(xiàn)間隔層防誤閉鎖功能，完全支持IEC 61850。本次直接接入數(shù)字量輸入的NS3631DD，于主控室集中組屏。110kV備自投通過接入110kV母線并列裝置、母線電壓模擬MU和線路智能操作箱，實(shí)現(xiàn)備自投功能;其開出通過線路智能操作箱直接控制110kV進(jìn)線。考慮任意2條或3條線路間互為備份、并且可以配置的要求。10kV保護(hù)測控裝置采用NS3610AD(線路)、NS3620AD(電容)、NS3697AD(站變)，完全支持IEC 61850，按照點(diǎn)對點(diǎn)面向間隔配置。采用ECT、EVT一體化設(shè)備，常規(guī)開入、開出，通過10kV保護(hù)測控裝置實(shí)現(xiàn)IEC61850，采用下放10kV開關(guān)柜繼電小室分散布置。

(2)過程層。采用IEC61850交換機(jī)組網(wǎng)。這種布線方式網(wǎng)絡(luò)容易雙重化配置，網(wǎng)絡(luò)簡潔方便，光纜用量較少，數(shù)據(jù)也容易實(shí)現(xiàn)共享，但需要專門的以太網(wǎng)交換機(jī)。由于110kV沙坪站有3臺(tái)主變壓器，規(guī)模較大，采用IEC61850交換機(jī)組網(wǎng)可節(jié)省大量光纜，優(yōu)勢明顯，同時(shí)也給施工和今后設(shè)備檢修維護(hù)帶來方便。本方案按間隔配置交換機(jī)，同時(shí)，通過同步信號(hào)系統(tǒng)單獨(dú)對各合并單元提供對時(shí)脈沖，以實(shí)現(xiàn)同步采樣。因此本方案主要問題是交換機(jī)延時(shí)問題。過程層的主要設(shè)備就是提供了數(shù)字接口的電子式互感器和智能開關(guān)。沙坪站通過在傳統(tǒng)一次設(shè)備的接線端子箱中安裝智能控制單元來實(shí)現(xiàn)過程層設(shè)備智能化。在110kV開關(guān)的端子箱配置智能終端，輸入開關(guān)位置、刀閘位置等狀態(tài)量，輸出跳合閘命令。這樣可節(jié)省傳統(tǒng)方式下一次開關(guān)設(shè)備到保護(hù)控制二次設(shè)備間的大量電纜;在變壓器端子箱配置智能終端，輸入非電量保護(hù)、中性點(diǎn)刀閘位置、檔位等信號(hào)，輸出檔位控制、中性點(diǎn)刀閘控制和風(fēng)扇控制等接點(diǎn)。

2.2 電流/電壓互感器的改造

把全站110kV和10kV電磁式CT更換為電子式CT，同時(shí)把全站10kV電磁式PT更換為電子式PT，110kV部分無需土建施工配合，10kV部分結(jié)合開關(guān)柜的更換同期施工。

從一次絕緣可靠性考慮，目前的電子式CT絕緣設(shè)計(jì)簡單，可靠性應(yīng)該比傳統(tǒng)的CT高;但電子式PT無論哪種原理，絕緣設(shè)計(jì)都不見得比傳統(tǒng)的PT簡單，大量使用有一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以不建議大量使用電子式PT;10kV部分建議使用電子式電流電壓組合互感器，可以節(jié)省4臺(tái)母線PT柜，運(yùn)行維護(hù)簡單。

變電站數(shù)字化改造后，現(xiàn)有的線路抽取PT僅僅用于線路檢無壓以及同期，不需要與高頻通信、濾波等配合，因此可以更換為電子式PT，110kV母線PT考慮存在電壓并列時(shí)數(shù)字式的切換過程問題，建議用傳統(tǒng)的PT。

2.3 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的改造

110kV沙坪站全站保護(hù)及大部分自動(dòng)裝置更換為IEC61850數(shù)字式保護(hù)或裝置(保護(hù)與測控一體化配置)，無法更換的通過增加合并器或經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換器接入自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.4 計(jì)量系統(tǒng)的改造

把全站計(jì)量表更換為IEC61850數(shù)字式計(jì)量表，10kV計(jì)量表安裝在10開關(guān)柜上，其他在110kV計(jì)量表柜上安裝。計(jì)量遙抄功能通過新型計(jì)量表接入自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

3 可行性分析

本數(shù)字化變電站的110kV母線結(jié)線形式為單母線分段，全部110kV線路間隔都可分別停電，施工期間的運(yùn)行方式對電網(wǎng)的影響不大。另外，110kV沙坪站高壓室及綜合樓為新建設(shè)備，在控制室里安裝調(diào)試好所有新的二次設(shè)備，在高壓室安裝好10kV開關(guān)柜，進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)改造時(shí)，可以先將新裝置調(diào)試好，把舊系統(tǒng)信息經(jīng)新系統(tǒng)往調(diào)度上送，確保數(shù)據(jù)有效上送而不影響原來正常的調(diào)度自動(dòng)化功能及調(diào)度人員的工作。因此，變電場地布置能滿足改造及擴(kuò)建＃3主變的要求，可以先投＃3主變把舊高壓室電纜負(fù)荷轉(zhuǎn)移到新高壓柜后，再進(jìn)行＃1、＃2主變間隔的改造工作。

4 改造技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)

對該數(shù)字化變電站采取上述所提出的改造技術(shù)方案，經(jīng)分析具有以下幾點(diǎn)明顯的優(yōu)勢。

(1)作為一個(gè)從過程層、間隔層和變電站層實(shí)現(xiàn)符合IEC 61850的數(shù)字化變電站改造工程，探索出數(shù)字化變電站構(gòu)建的技術(shù)路線和技術(shù)方案，探索出先進(jìn)、實(shí)用、適用、可靠的數(shù)字化變電站架構(gòu)和模式，為新站建設(shè)提供可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。體現(xiàn)出了技術(shù)的先進(jìn)性、架構(gòu)的合理性、方案的創(chuàng)新性、實(shí)施的實(shí)用性，并在改造過程中通過技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)用化結(jié)合，達(dá)到典型和示范的作用。

(2)基于IEC 61850的統(tǒng)一的建模和通信，提高了保護(hù)和自動(dòng)化通信的性能，運(yùn)行人員得到更多的共享信息。取消保護(hù)管理機(jī)、網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換等裝置，保護(hù)、自動(dòng)化調(diào)試的工作量減少，工期大大縮短。

(3)該改造技術(shù)方案采用“模擬量輸入接口、直接開出控制”模式，省去了面向每個(gè)間隔的MU及智能操作單元，大大降低改造成本(對于中低壓間隔柜)，而且非常適用于新型的測控保護(hù)IED就地下放的中低壓間隔柜。

(4)采用數(shù)字化接口的主變保護(hù)IED，實(shí)現(xiàn)了過程層以上光纖化(除非電量信號(hào))，形成基于網(wǎng)絡(luò)的IEC61850系統(tǒng)。

(5)采用“就地智能操作單元、就地MU、構(gòu)建過程層控制網(wǎng)”的模式，實(shí)現(xiàn)了過程層控制以太網(wǎng)，依據(jù)IEC61850通過GOOSE實(shí)現(xiàn)YX／YK功能。

5 結(jié)語

本文結(jié)合廣東電網(wǎng)鶴山供電局110kV沙坪數(shù)字化變電站改造工程，根據(jù)實(shí)際情況，提出數(shù)字化變電站的改造技術(shù)方案，并分析其方案的可行性，分析該數(shù)字化變電站改造工程技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提出該方案的實(shí)施步驟，旨在通過本站的數(shù)字化改造項(xiàng)目，探索出適應(yīng)于變電站數(shù)字化改造、運(yùn)行的技術(shù)路線和技術(shù)方案，同時(shí)探索出先進(jìn)、實(shí)用、適用、可靠的數(shù)字化變電站架構(gòu)和模式，并為新站建設(shè)提供可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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