數字化變電站改造技術方案研究

摘要:隨著數字化變電站的發展，數字化變電站的建設已由理論研究階段走向工程實踐階段，數字化變電站技術的應用是數字化變電站二次運行管理技術的又一次飛躍發展。本文結合廣東電網鶴山供電局110kV沙坪數字化變電站改造工程，根據實際情況，提出數字化變電站的改造技術方案，并分析其方案的可行性，分析該數字化變電站改造工程技術方案的優點，同時提出該方案的實施步驟，可為同類工程提供指導。

關鍵詞:數字化變電站改造工程網絡設備IEC61850

中圖分類號:TM464文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0130-02

1 項目簡介

數字化變電站是指變電站內一次電氣設備和二次電子裝置均實現數字化通信，并具有全站統一的數據建模及數據通信平臺，在此平臺的基礎上實現智能裝置之間的互操作性。110kV沙坪變電站是一在運的分層分布式綜合自動化系統變電站，已計劃進行一次增容(擴建#3主變)及二次系統改造，籍此次改造項目及擴建項目完成數字化變電站改造。全站全面改造完成后，完成一次系統擴容，構建基于IEC 61850標準的變電站架構，全面實現數字化變電站。本次110kV沙坪變電站改造涉及:

一次系統:更換3組110kV線路CT、2組主變高壓受總CT均采用ECT;系統擴容:增加一臺主變，#3主變高壓受總CT采用ECT

二次系統:更換及改造支持IEC61850標準的站控層設備、間隔層IED;增加就地下放的過程層設備;構建基于IEC61850標準的站控層及過程層網絡;根據本站主接線及運行方式，構建安全、可靠、先進、合理、經濟的變電站架構。

2 改造方案

2.1 自動化系統的改造

變電站采用分層分布式結構，整個變電站分為站控層、間隔層和過程層。站控層主要包括后臺監控系統、遠動機、五防系統、保護信息系統等。間隔層包括各種保護裝置、測控裝置以及其他智能設備。過程層是IEC61850標準中提出的新概念，其包括智能I/O單元、電子式互感器、智能一次設備、智能傳感器等，主要功能是實現各種電氣量的就地采集以及實現對智能一次設備的直接控制。站控層與間隔層之間采用以太網通信方式，并采用IEC61850規范;過程層與間隔層設備之間的通信，對于智能I/O單元采用IEC61850規范，對于電子式互感器，采用IEC61850-9標準，本數字化變電站的系統結構圖如圖1所示。

(1)站控層和間隔層。站控層包括監控主機、操作員工作站、維護工程師站等，監控主機采用雙機配置。其主要功能是為變電站提供運行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內所有相關信息;所有站控層設備均采用100M工業以太并按照IEC61850通信規范進行系統建模并進行信息傳輸。

后臺監控系統采用NS3100計算機監控系統(U版)。站控層系統結構、網絡結構及功能要求與《廣東電網110～220kV變電站自動化系統技術規范》的技術要求相類似。增加繼保故障信息子站系統，繼保信息子站至各級調度中心的通信協議應符合《中國南方電網繼電保護故障信息系統通信與接口規范》的要求。

本次改造將全面更換或改造間隔層IED。其中:110kV測控保護裝置采用NS3631DD，按照點對點面向間隔配置。NS3631DD是專為高壓變電站自動化設計的測控保護裝置，基于模件的設計思想，硬件可靈活組態，維護方便，而且具有實時的全站邏輯閉鎖功能，支持GOOSE方式實現間隔層防誤閉鎖功能，完全支持IEC 61850。本次直接接入數字量輸入的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，實現備自投功能;其開出通過線路智能操作箱直接控制110kV進線。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保護測控裝置采用NS3610AD(線路)、NS3620AD(電容)、NS3697AD(站變)，完全支持IEC 61850，按照點對點面向間隔配置。采用ECT、EVT一體化設備，常規開入、開出，通過10kV保護測控裝置實現IEC61850，采用下放10kV開關柜繼電小室分散布置。

(2)過程層。采用IEC61850交換機組網。這種布線方式網絡容易雙重化配置，網絡簡潔方便，光纜用量較少，數據也容易實現共享，但需要專門的以太網交換機。由于110kV沙坪站有3臺主變壓器，規模較大，采用IEC61850交換機組網可節省大量光纜，優勢明顯，同時也給施工和今后設備檢修維護帶來方便。本方案按間隔配置交換機，同時，通過同步信號系統單獨對各合并單元提供對時脈沖，以實現同步采樣。因此本方案主要問題是交換機延時問題。過程層的主要設備就是提供了數字接口的電子式互感器和智能開關。沙坪站通過在傳統一次設備的接線端子箱中安裝智能控制單元來實現過程層設備智能化。在110kV開關的端子箱配置智能終端，輸入開關位置、刀閘位置等狀態量，輸出跳合閘命令。這樣可節省傳統方式下一次開關設備到保護控制二次設備間的大量電纜;在變壓器端子箱配置智能終端，輸入非電量保護、中性點刀閘位置、檔位等信號，輸出檔位控制、中性點刀閘控制和風扇控制等接點。

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部分結合開關柜的更換同期施工。

從一次絕緣可靠性考慮，目前的電子式CT絕緣設計簡單，可靠性應該比傳統的CT高;但電子式PT無論哪種原理，絕緣設計都不見得比傳統的PT簡單，大量使用有一定的風險，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，可以節省4臺母線PT柜，運行維護簡單。

變電站數字化改造后，現有的線路抽取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數字式的切換過程問題，建議用傳統的PT。

2.3 繼電保護及自動裝置的改造

110kV沙坪站全站保護及大部分自動裝置更換為IEC61850數字式保護或裝置(保護與測控一體化配置)，無法更換的通過增加合并器或經規約轉換器接入自動化系統。

2.4 計量系統的改造

把全站計量表更換為IEC61850數字式計量表，10kV計量表安裝在10開關柜上，其他在110kV計量表柜上安裝。計量遙抄功能通過新型計量表接入自動化系統實現。

3 可行性分析

本數字化變電站的110kV母線結線形式為單母線分段，全部110kV線路間隔都可分別停電，施工期間的運行方式對電網的影響不大。另外，110kV沙坪站高壓室及綜合樓為新建設備，在控制室里安裝調試好所有新的二次設備，在高壓室安裝好10kV開關柜，進行遠動改造時，可以先將新裝置調試好，把舊系統信息經新系統往調度上送，確保數據有效上送而不影響原來正常的調度自動化功能及調度人員的工作。因此，變電場地布置能滿足改造及擴建＃3主變的要求，可以先投＃3主變把舊高壓室電纜負荷轉移到新高壓柜后，再進行＃1、＃2主變間隔的改造工作。

4 改造技術方案優點

對該數字化變電站采取上述所提出的改造技術方案，經分析具有以下幾點明顯的優勢。

(1)作為一個從過程層、間隔層和變電站層實現符合IEC 61850的數字化變電站改造工程，探索出數字化變電站構建的技術路線和技術方案，探索出先進、實用、適用、可靠的數字化變電站架構和模式，為新站建設提供可供借鑒的經驗。體現出了技術的先進性、架構的合理性、方案的創新性、實施的實用性，并在改造過程中通過技術創新與實用化結合，達到典型和示范的作用。

(2)基于IEC 61850的統一的建模和通信，提高了保護和自動化通信的性能，運行人員得到更多的共享信息。取消保護管理機、網關協議轉換等裝置，保護、自動化調試的工作量減少，工期大大縮短。

(3)該改造技術方案采用“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IED就地下放的中低壓間隔柜。

(4)采用數字化接口的主變保護IED，實現了過程層以上光纖化(除非電量信號)，形成基于網絡的IEC61850系統。

(5)采用“就地智能操作單元、就地MU、構建過程層控制網”的模式，實現了過程層控制以太網，依據IEC61850通過GOOSE實現YX／YK功能。

5 結語

本文結合廣東電網鶴山供電局110kV沙坪數字化變電站改造工程，根據實際情況，提出數字化變電站的改造技術方案，并分析其方案的可行性，分析該數字化變電站改造工程技術方案的優點，同時提出該方案的實施步驟，旨在通過本站的數字化改造項目，探索出適應于變電站數字化改造、運行的技術路線和技術方案，同時探索出先進、實用、適用、可靠的數字化變電站架構和模式，并為新站建設提供可供借鑒的經驗。

參考文獻

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