淺談秦皇島地區(qū)智能變電站的設(shè)計(jì)

摘 要：本文將常規(guī)變電站與智能變電站進(jìn)行比較，并分析了當(dāng)前常規(guī)變電站面臨的迫切問(wèn)題，描述了智能變電站在解決這些困擾問(wèn)題時(shí)的明顯優(yōu)勢(shì)。然后以秦皇島魯莊110kV智能變電站為例，分析了智能變電站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并介紹了該工程的二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐將為秦皇島地區(qū)未來(lái)的智能變電站工程提供重要參照并帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。

關(guān)鍵詞：智能變電站，IEC61850，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TM622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的提出，“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一種標(biāo)準(zhǔn)”的理念開(kāi)始深入人心，自2003年IEC61850正式版本的制定，“基于IEC61850的變電站”開(kāi)始進(jìn)入了探索和逐步實(shí)施階段。目前，國(guó)內(nèi)各地區(qū)電網(wǎng)已經(jīng)有一批這樣的變電站作為試點(diǎn)運(yùn)行，對(duì)于秦皇島地區(qū)來(lái)說(shuō)，智能變電站還是新生事物，大家在不斷學(xué)習(xí)和討論中逐步向前邁進(jìn)，在遵循相應(yīng)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合秦皇島地區(qū)運(yùn)行實(shí)踐，探索出秦皇島地區(qū)110kV智能變電站設(shè)計(jì)方案。

2 智能變電站的優(yōu)點(diǎn)

2.1 解決互操作問(wèn)題

在常規(guī)變電站中，不同的設(shè)備廠家往往采用不同的通信技術(shù)和自己的通信協(xié)議，于是就出現(xiàn)了在一座變電站內(nèi)，存在不同的通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議的現(xiàn)象，造成了不同廠家的設(shè)備之間缺乏互操作性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，只能在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中增加規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，使得系統(tǒng)集成的成本增加，后期維護(hù)和擴(kuò)展都受到一定的局限[1]。

IEC61850的提出，為實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)不同廠家的不同設(shè)備間的互操作提供了支撐平臺(tái)。IEC61850規(guī)范了變電站內(nèi)智能電子設(shè)備之間的讀寫行為和相關(guān)的系統(tǒng)要求，能很好地解決變電站各種不同設(shè)備之間的通信問(wèn)題，從而達(dá)到智能電子設(shè)備之間的互操作。

2.2 解決傳統(tǒng)電磁式互感器的困擾

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)傳輸容量不斷增加，電壓等級(jí)也越來(lái)越高，電磁式互感器逐漸暴露出一系列固有的缺點(diǎn)。

2.2.1 絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積笨重，造價(jià)高。另外，對(duì)于超高壓系統(tǒng)，還必須滿足大短路容量的動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定要求。

2.2.2 電流互感器線性度低，在大電流情況下，會(huì)出現(xiàn)鐵芯飽和現(xiàn)象，使二次輸出發(fā)生畸變，影響繼電保護(hù)設(shè)備的判斷，造成誤動(dòng)或拒動(dòng)。

2.2.3 電流互感器二次側(cè)輸出功率小，對(duì)負(fù)載有嚴(yán)格要求，當(dāng)回路負(fù)載過(guò)高時(shí)，會(huì)影響傳變精度。

2.2.4 電流互感器二次側(cè)不能開(kāi)路，電壓互感器二次側(cè)不能短路，否則會(huì)危及人身和設(shè)備安全[2]。

相比于電磁式互感器，電子式互感器有其獨(dú)特的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在：

（1）絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；（2）不含鐵芯，消除了磁飽和、鐵磁諧振等問(wèn)題，測(cè)量范圍大；（3）采用光纖傳輸，不存在二次側(cè)過(guò)負(fù)荷的問(wèn)題，測(cè)量精度高；（4）二次側(cè)輸出光信號(hào)，沒(méi)有因開(kāi)路或短路而產(chǎn)生的危險(xiǎn)，保證工作人員和設(shè)備的安全[3]。

2.3 二次回路簡(jiǎn)單化

在傳統(tǒng)變電站中，二次系統(tǒng)依賴大量的控制電纜傳輸信號(hào)，接線復(fù)雜。一座變電站常常需要十幾甚至幾十公里長(zhǎng)度的二次電纜，接線端子更是不計(jì)其數(shù)。大量的二次電纜所帶來(lái)的電磁干擾、信號(hào)衰耗、過(guò)電壓以及直流接地等問(wèn)題均可能造成繼電保護(hù)等二次設(shè)備出現(xiàn)異常情況；而每一個(gè)接線端子的錯(cuò)搭或異常，都可能造成嚴(yán)重的后果，使得建設(shè)施工、運(yùn)行維護(hù)等都面臨巨大的工作量和風(fēng)險(xiǎn)，施工和維護(hù)成本很高。

在智能變電站中，采用光纜代替控制電纜，由于同一根光纖可以傳輸不同種類的信息，這樣用一根光纖就可以替代多根控制電纜來(lái)傳輸相同數(shù)量的信息，信息傳輸?shù)妮d體變?yōu)槌杀靖土⑿屎涂煽啃愿摺⑺杩臻g更小的光纜，實(shí)現(xiàn)了二次回路的簡(jiǎn)化[4]。

3 秦皇島魯莊110kV變電站智能化設(shè)計(jì)方案

3.1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可分為：三層設(shè)備，兩層網(wǎng)絡(luò)。三層設(shè)備分別是：站控層設(shè)備、間隔層設(shè)備和過(guò)程層設(shè)備；兩層網(wǎng)絡(luò)是站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。其中，站控層設(shè)備負(fù)責(zé)全站信息的管理和遠(yuǎn)方調(diào)度等信息的通信，還具有運(yùn)行協(xié)調(diào)功能；間隔層設(shè)備包括保護(hù)、計(jì)量、監(jiān)控等二次設(shè)備，負(fù)責(zé)間隔內(nèi)信息的運(yùn)算處理與控制，以及與過(guò)程層和站控層的網(wǎng)絡(luò)通信工作；過(guò)程層設(shè)備主要是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分，其功能有三類：電氣量參數(shù)檢測(cè)、設(shè)備健康狀態(tài)檢測(cè)和操作執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)分別由站控層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，站控層網(wǎng)絡(luò)屬于數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備與站控層設(shè)備之間的通信以及間隔與間隔之間的非實(shí)時(shí)通信；過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)屬于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備與一次智能設(shè)備之間的通信，主要傳輸采樣值和GOOSE信息。這兩層網(wǎng)絡(luò)在物理上分開(kāi)。

3.2 秦皇島魯莊110kV智能變電站二次系統(tǒng)配置方案

魯莊110kV智能變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按開(kāi)放式分層分布式結(jié)構(gòu)配置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由站控層、間隔層和過(guò)程層組成，采用三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)。

站控層配置符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)、信息一體化平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。監(jiān)控系統(tǒng)集成VQC、五防一體化、程序化控制等功能，實(shí)現(xiàn)智能變電站信息平臺(tái)一體化和功能集成化。站控層采用100M電以太網(wǎng)，并按照IEC61850規(guī)約進(jìn)行系統(tǒng)建模和信息傳輸，主控室與開(kāi)關(guān)室之間的交換機(jī)通過(guò)光纖按單網(wǎng)星型結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)。

間隔層由保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、故障錄波等若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

過(guò)程層由互感器、合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)運(yùn)行電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制命令的執(zhí)行等。各層設(shè)備均支持IEC 61850協(xié)議，傳輸介質(zhì)采用光纖傳輸。

變電站配置一套全站公用的時(shí)間同步系統(tǒng)，主時(shí)鐘雙重化配置，支持北斗和GPS系統(tǒng)。站控層設(shè)備采用SNTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式，間隔層和過(guò)程層設(shè)備采用IRIG-B對(duì)時(shí)方式。

結(jié)論

智能變電站建設(shè)在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，新技術(shù)、新設(shè)備還在不斷探索完善中，各項(xiàng)規(guī)范也在不斷的修訂和補(bǔ)充。相信隨著科技水平的提高和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，智能變電站會(huì)成為新技術(shù)新設(shè)備等優(yōu)秀科技成果集中應(yīng)用的智能平臺(tái)，為我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)提供堅(jiān)強(qiáng)有力的支撐和保障。

以魯莊站為代表的秦皇島地區(qū)110kV智能變電站的建設(shè)，不僅能滿足地區(qū)用電負(fù)荷增長(zhǎng)的需求，更深遠(yuǎn)的意義則是秦皇島地區(qū)第一批智能變電站的實(shí)現(xiàn)。其設(shè)計(jì)、施工將為秦皇島地區(qū)以后的電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)提供重要標(biāo)桿和樣本，將是秦皇島地區(qū)電力技術(shù)革新的標(biāo)志性事件。

參考文獻(xiàn)

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