智能變電站建設(shè)過程中相關(guān)問題的探討

摘 要：智能變電站作為變電站發(fā)展趨勢和智能電網(wǎng)發(fā)展的成果，實(shí)現(xiàn)了全站信息智能化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的要求，能自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級應(yīng)用。文章以晉中首座110kv智能變電站建設(shè)過程為實(shí)例，探討智能變電站與常規(guī)變電站的區(qū)別，提出該站在建設(shè)過程中出現(xiàn)過的問題并介紹其解決辦法，為后續(xù)智能變電站建設(shè)提供成功范例。

關(guān)鍵詞：智能變電站；相關(guān)問題；建設(shè)

1 引言

智能變電站作為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，它的建成投運(yùn)可大幅提升設(shè)備智能化水平和設(shè)備運(yùn)行可靠性，實(shí)現(xiàn)變電站無人值班和設(shè)備操作的自動化，提高資源使用和生產(chǎn)管理效率，使運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保。智能變電站是數(shù)字化變電站的延續(xù)和發(fā)展，以一次設(shè)備參量數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化信息平臺為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全站信息化、自動化、互動化的變電站。而常規(guī)變電站的各個(gè)子系統(tǒng)是信息的孤島，相互之間沒有充分的聯(lián)系。隨著IEC 61850統(tǒng)一規(guī)約的應(yīng)用，在智能變電站中將一、二次狀態(tài)信息統(tǒng)一應(yīng)用到一體化的信息平臺中去，實(shí)現(xiàn)信息資源共享。

2 常規(guī)變電站體系結(jié)構(gòu)

常規(guī)變電站即我們通常的綜合自動化變電站，其監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。站控層設(shè)備由遠(yuǎn)方通信接口、操作員工作站和帶數(shù)據(jù)庫的計(jì)算機(jī)等組成；間隔層主要由變電站的繼電保護(hù)、測控、計(jì)量等二次設(shè)備組成。目前常規(guī)站的信息采集來源于常規(guī)的電磁型電壓互感器和電流互感器。互感器、一次設(shè)備通過常規(guī)控制電纜硬接線方式實(shí)現(xiàn)與間隔層設(shè)備互感器模擬量、開關(guān)量的信息交換。其通訊協(xié)議采用網(wǎng)絡(luò)（串口）103協(xié)議，由于各個(gè)廠家對自己的通訊協(xié)議都采取保密措施，不同廠家的產(chǎn)品之間必須進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致裝置無法互操作，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也帶來了不利影響。

3 智能變電站體系結(jié)構(gòu)

智能變電站自動化系統(tǒng)為站控層、間隔層和過程層三層結(jié)構(gòu)。首先智能變電站系統(tǒng)全部采用了IEC 61850規(guī)約統(tǒng)一建模。站控層、間隔層設(shè)備構(gòu)成與常規(guī)綜自站差異不大，但功能及網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)生了較大的變化。主要是實(shí)現(xiàn)了信息統(tǒng)一建模，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互連互通，增加了過程層網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)信息的共享以及間隔層設(shè)備與智能化一次設(shè)備之間的連接。傳輸介質(zhì)由光纖以及少量電纜組成，電磁兼容性能顯著改善。

3.1 過程層

過程層主要面向一次設(shè)備，完成保護(hù)、控制等功能，包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子裝置。過程層傳輸智能化一次設(shè)備的數(shù)字信號，與電纜傳輸模擬信號相比，其抗干擾能力增強(qiáng)，信息共享方便，簡化了傳統(tǒng)大量電纜的連接方式。因此，智能變電站過程層是變電站正確、可靠運(yùn)行的保障。

3.2 間隔層

間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)測控裝置、監(jiān)測功能組主IED等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，其實(shí)現(xiàn)與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出設(shè)備、傳感器和控制器通信。其主要功能是匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)信息，對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制，高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

3.3 站控層

站控層主要包括自動化站級監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)和對時(shí)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。其功能高度集成，可在一臺或多臺計(jì)算機(jī)以及嵌入式裝置實(shí)現(xiàn)。

4 智能站建設(shè)中相關(guān)問題的探討

4.1 晉中首座110kv智能站概述

變電站本期工程建設(shè)規(guī)模為2臺50MVA（110kv/35kv/10kv）三相三繞組有載調(diào)壓變壓器；2回110kv出線；3回35kv出線；4回10kv出線；2組10kv 4MVar并聯(lián)電容器；三側(cè)母線均為單母分段接線方式。變電站自動化系統(tǒng)采用開放式分層分布式系統(tǒng)，由站控層、間隔層、過程層組成。站控層設(shè)備主要包括主機(jī)兼操作員工作站、遠(yuǎn)動通訊裝置、視頻監(jiān)控、打印機(jī)、交換機(jī)等。間隔層設(shè)備包括繼電保護(hù)裝置、安全自動裝置、測控裝置、故障錄波裝置、電能計(jì)量裝置等，并能接受來自遠(yuǎn)方調(diào)度中心下達(dá)的控制命令，對電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制。過程層設(shè)備由互感器、合并單元及智能終端組成，完成實(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、控制命令的執(zhí)行。所有保護(hù)裝置及自動裝置采用直采、直跳方式；本站SV不組網(wǎng)、GOOSE組單網(wǎng)。站控層與間隔層按IEC61850協(xié)議構(gòu)建星形網(wǎng)絡(luò)，后臺系統(tǒng)按照IEC61850協(xié)議統(tǒng)一建模，分層分布實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備間的信息共享和互操作。全站設(shè)置一套時(shí)鐘同步系統(tǒng)，支持北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)單向授時(shí)；本站站控層設(shè)備采用電B碼對時(shí)方式，間隔層和過程層采用光B碼對時(shí)方式。主變保護(hù)測控裝置使用許繼電氣的產(chǎn)品，進(jìn)線保護(hù)測控使用北京四方公司產(chǎn)品，系統(tǒng)集成商為南瑞繼保公司。

4.2 監(jiān)控后臺如何顯示三側(cè)母線電壓

在綜自變電站中后臺的母線是從綜合測控裝置或公用測控裝置上取得并在后臺機(jī)上顯示的，而此座智能站內(nèi)的公用測控裝置不采集三側(cè)的母線電壓，且站內(nèi)SV不組網(wǎng)，所以只能考慮從線路進(jìn)線保測裝置或主變保測裝置上取110kv母線電壓，而35kv、10kv的只能從主變保測裝置上取。存在問題是主變保測裝置或線路保測裝置能否向后臺上送一次值。本站中使用的四方線路保測裝置可以通過裝置方便的設(shè)定上送測控一次值或二次值，而許繼的主變保測裝置則不能選擇，上送的二次值到后臺還需后臺廠家乘以系數(shù)才能顯示一次值，經(jīng)與許繼廠家溝通，可以升級程序?qū)崿F(xiàn)測控上送一次值到后臺。提示我們在聯(lián)調(diào)階段注意各保測裝置是否能滿足我們正常的運(yùn)行要求。

4.3 主變保護(hù)相關(guān)問題的探討

4.3.1 零序電壓回路選擇，在綜自變電站中，常規(guī)的電壓互感器有第三繞組輸出，供主變零序電壓保護(hù)使用。本站中使用常規(guī)互感器，通過合并單元上送數(shù)字量，且許繼的主變保護(hù)可以選擇使用外接或自產(chǎn)零序電壓，依據(jù)我們?nèi)粘＞C自站中使用外接零序的方案，決定在本站使用外接零序；試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)南瑞的主變進(jìn)線智能單元沒有輸出零序電壓通道，最后從PT智能單元直接輸出給主變保護(hù)，增加了相關(guān)的回路。如果使用自產(chǎn)零序電壓，則可以節(jié)省第三繞組及相關(guān)的回路，且便于今后與電子式互感器的通用性。但自產(chǎn)零序存在誤動的可能，兩者孰優(yōu)孰劣還需在今后的運(yùn)行中積累經(jīng)驗(yàn)。

4.3.2 熟悉主變保護(hù)說明書，明確裝置零序電流自產(chǎn)還是外接，使用的合并單元有無與外接零序電流相配合的輸出通道。

4.3.3 主變后備保護(hù)跳110kv分段開關(guān)通過GOOSE組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)；跳中低壓側(cè)分段開關(guān)，由于中低壓分段開關(guān)為常規(guī)的保護(hù)裝置，在站內(nèi)通過主變中低壓進(jìn)線智能單元GOOSE組網(wǎng)命令轉(zhuǎn)發(fā)，再經(jīng)電纜跳主變中低壓側(cè)分段開關(guān)。

4.3.4 非電量保護(hù)重瓦斯跳閘等在本體智能終端實(shí)現(xiàn)，通過電纜直接連接到各側(cè)的智能合并單元，信號則通過GOOSE組網(wǎng)方式上送。

4.3.5 主變有載調(diào)壓控制及中性點(diǎn)地刀控制在非電量智能柜內(nèi)的調(diào)壓控制器通過與非電量合并單元通訊上送到工程師站及遠(yuǎn)動通訊裝置實(shí)現(xiàn)遙控。

4.4 110kvPT并列的實(shí)現(xiàn)問題

110kv母線采用單母分段的方式，兩段母線各配置一臺南瑞的PT合并單元，I母合并單元依照其設(shè)計(jì)，1路接入I母保護(hù)電壓，2路接入Ⅱ母保護(hù)電壓，正常運(yùn)行時(shí)，只輸出I母電壓；但Ⅱ母合并單元如果按其設(shè)計(jì)，1路接入I母保護(hù)電壓，2路接入Ⅱ母保護(hù)電壓，則在正常運(yùn)行時(shí)，不能輸出Ⅱ母電壓，因?yàn)?路只能接入本母線的電壓，所以Ⅱ母合并單元的1路必須接入Ⅱ母的保護(hù)電壓，2路接入I母的電壓，這樣在正常運(yùn)行時(shí)，才能輸出為Ⅱ母電壓。也就是Ⅱ母合并單元的相關(guān)I母與Ⅱ母的名稱需要更換。比如當(dāng)Ⅱ母PT隔離刀閘拉開，需通過PT并列使用I母電壓時(shí)，應(yīng)將Ⅱ母合并單元柜上的電壓切換把手打到Ⅱ母強(qiáng)制I母上，裝置顯示Ⅱ母電壓已并列，實(shí)現(xiàn)PT并列。

4.5 四方、許繼保測裝置與后臺遙信死數(shù)問題的解決

在試驗(yàn)驗(yàn)收階段，發(fā)現(xiàn)四方的線路保測、許繼的主變保測遙信上送至后臺的信息會變成死數(shù)，實(shí)際一次設(shè)備變位等信息后臺收不到，再過半小時(shí)左右又會自動恢復(fù)。經(jīng)與后臺廠家研究發(fā)現(xiàn)，死數(shù)出現(xiàn)時(shí)，遙測數(shù)據(jù)還刷新，遙控命令可以執(zhí)行，只是遙信量不上送后臺。因?yàn)樵?1850通訊規(guī)約中有一個(gè)Entry ID號（相當(dāng)于計(jì)數(shù)器），上送報(bào)文時(shí)在累加計(jì)數(shù)，但南瑞后臺計(jì)數(shù)方式是從左到右，四方和許繼的保測計(jì)數(shù)是從右到左，計(jì)數(shù)方式的不一致導(dǎo)致出現(xiàn)死數(shù)。在南瑞后臺數(shù)據(jù)庫組態(tài)中通訊方案的雙網(wǎng)模式選為“雙網(wǎng)綁定不同報(bào)告實(shí)例”后，通過長時(shí)間監(jiān)視未出現(xiàn)死數(shù)現(xiàn)象，后臺遙信死數(shù)問題得到了解決。

4.6 110kv線路保護(hù)相關(guān)問題的解決

4.6.1 對斷路器防跳回路做相應(yīng)處理，注意智能操作箱壓力閉鎖回路、操作回路分流電阻的配置。110kv及以上電壓等級斷路器用機(jī)構(gòu)的防跳，需將智能操作箱內(nèi)的防跳解除；而35kv、10kv使用操作箱防跳，應(yīng)將機(jī)構(gòu)內(nèi)的防跳解除。

4.6.2 關(guān)于GOOSE控制塊的相應(yīng)處理，保護(hù)跳閘出口GOOSE關(guān)聯(lián)“線路跳閘”，防止誤閉鎖重合閘；閉鎖重合閘信號應(yīng)關(guān)聯(lián)正確，防止手跳后重合閘動作。

4.6.3 檢查保護(hù)測控裝置的保護(hù)變比和測控變比能否改變，是程序做死還是通過定值可調(diào)，及能否上送一次值到后臺，以防現(xiàn)場保護(hù)與測控計(jì)量使用的變比不一樣；檢查測控遙控令是否經(jīng)保護(hù)跳合閘功能軟壓板，如四方保測裝置的GO軟壓板。

4.7 110kv備投保護(hù)相關(guān)注意事項(xiàng)

4.7.1 備自投保護(hù)跳閘出口GOOSE應(yīng)關(guān)聯(lián)“閉重跳閘”，防止保護(hù)跳閘后重合閘動作。

4.7.2 斷路器手跳或遙控跳閘后，備投應(yīng)放電閉鎖相應(yīng)的備投動作，GOOSE塊中開關(guān)TWJ關(guān)聯(lián)“閉鎖備投”，防止手跳后備投誤動。

4.7.3 主變保護(hù)動作閉鎖備投保護(hù)，應(yīng)在GOOSE控制塊中關(guān)聯(lián)相應(yīng)“閉鎖備自投”，雙重化的兩套主變保護(hù)都應(yīng)關(guān)聯(lián)。

4.7.4 許繼的備投保護(hù)裝置WBT-821在程序重新輸入重啟后存在裝置故障現(xiàn)象，裝置故障燈亮，運(yùn)行燈滅；再次重啟后，此現(xiàn)象消失；如果在正常充電狀態(tài)下，裝置斷電重啟后出現(xiàn)裝置故障現(xiàn)象，則是廠家調(diào)試人員在對裝置程序輸入時(shí)選擇的輸入方式有誤；如果裝置還存在重啟后裝置故障，則需更換CPU板及光纖插件NPI板。

5 結(jié)束語

通過智能站的聯(lián)調(diào)及站內(nèi)的驗(yàn)收試驗(yàn)，給我們積累了一定的智能站調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)新建智能站的聯(lián)調(diào)驗(yàn)收奠定了基礎(chǔ)。在此謹(jǐn)將我們在驗(yàn)收試驗(yàn)中遇到的幾個(gè)典型問題和大家分享，希望能對我們智能站的運(yùn)行維護(hù)提供可參考經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]馮軍.智能變電站原理及測試技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范.

[3]智能變電站繼電保護(hù)檢驗(yàn)規(guī)范.

[4]智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)行管理導(dǎo)則.

作者簡介：王鵬程（1983.10-），男，漢族，山西介休人，工程師，華北電力大學(xué)在職工程碩士在讀，從事繼電保護(hù)調(diào)試工作。

王述明（1963-），山西介休人，1999年畢業(yè)于武漢大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事生產(chǎn)運(yùn)維綜合管理工作，工程師。