交換機技術在智能變電站自動化系統中的應用

張茜+張陽+羅志喬+代煥利

摘 要 智能變電站信息的傳輸基于以太網實現，這樣，交換機就成為實現信息傳輸的關鍵環節。文章對交換機技術在智能變電站自動化系統中的應用進行了研究，主要包括：主變交換機配置、交換機配置原則。

關鍵詞 智能變電站；交換機；配置

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0130-01

智能變電站信息的傳輸基于以太網實現，這樣，交換機就成為實現信息傳輸的關鍵環節，由于變電站自動化系統對于信息的實時性要求要高于一般通信意義上的應用，同時，信息交互又是基本局限在相當有限的物理空間，或者說智能變電站對于交換機應用具有比較明顯的應用特征。因此，研究交換機的基本原理、智能變電對于交換機技術的基本要求，對于智能變電站的技術實現方案具有十分重要的意義。

本文對交換機技術在智能變電站自動化系統中的應用進行了研究，主要包括：主變交換機配置、交換機配置原則。具體涉及工程配置處，按典型220 kV變電站3臺變壓器，220 kV 6回線，110 kV 12回線的規模統計。

1 主變交換機配置

1.1 不同配置方案

智能變電站過程層網絡的網段劃分一般有兩種形式，主要區別在于主變間隔是否配置總交換機。以一個典型的220 kV變電站為例，第一種模式是每套單網包括220 kV、110 kV、主變三個網段，在這三個網段之上設置中心交換機，如圖1。220 kV子網、110 kV子網中均不包含主變進線間隔，設置獨立的主變總交換機，連接主變保護及主變三側的合并單元、智能終端。全站設總交換機，連接主變、220 kV和110 kV三個網段。

圖1 主變設立獨立網段

第二種模式是每套單網包括220 kV、110 kV兩個網段，通過主變保護連接這兩個網段，如圖2。這種模式下高、中、低壓側主變進線作為220 kV、110 kV的一個間隔配置交換機，連接在本網段中，主變保護通過各自獨立獨立的端口連接在不同網段上。

圖2 通過主變保護連接網段，不設主變交換機

《110 kV～220 kV智能變電站設計規范》推薦主變各側可獨立配置2臺交換機，即主變不配置總交換機，配置分屬不同電壓等級的各側交換機。在實際工程中，兩種方式均有采用。

1.2 方案對比分析

從經濟性上考慮，兩種組網方式交換機數量基本一致。從技術角度考慮，兩種方案均是可行的，目前國內投運的智能變電站兩種方式都有采用。早期一般采用獨立配置主變交換機的方案，其優點在于：1）主變保護的所有相關設備均連接在同1臺交換機上；2）全站所有網絡信息可以匯集在1臺中心交換機上；3）主變各側聯閉鎖信息可以通過過程層網絡傳輸。

目前保護裝置一般要求采用直采直跳，主變保護相關設備是否連接在一個交換機上對信息傳輸影響不大；故障錄波等設備一般采用多個網口直采或網采，全站信息不需要集中匯集，按電壓等級設置公用交換機即可；大部分廠家也已經實現了GOOSE聯閉鎖信息通過站控層網絡傳輸，220 kV和110 kV網段不需要直接相連。由此看來，獨立配置交換機的方案已無必要，反而其交換機層級較大，主變保護和母差保護的GOOSE啟失靈信息要經過3臺交換機轉發，主變保護跳母聯的GOOSE信息要經過4臺交換機轉發，而第二種模式分別為2臺和3臺，在快速性上更具備優勢。

1.3 推薦方案

綜上所述，只要能夠保證主變保護各端口的獨立性，建議采用通過主變保護連接各自獨立的220 kV、110 kV網段。

2 交換機配置原則

2.1 不同配置方案

在過程層網絡的雙星形結構中，每個單網均由中心交換機和分支交換機組成。中心交換機連接母線保護、公用測控等公用設備，各分支交換機連接每個線路、母聯、進線間隔的合并單元、智能終端和保護、測控等裝置。中心交換機一般按需要級聯的間隔交換機數量，配置為1～2臺。分支交換機的數量則取決于間隔數，以及按幾個間隔共用交換機。

《110 kV～220 kV智能變電站設計規范》中規定交換機采用多間隔共用方式。《智能變電站繼電保護技術規范》規定：“根據間隔數量合理配置過程層交換機”，《2011年新建變電站設計補充規定》規定宜按間隔對象配置過程層交換機，兩者含義都較為模糊。2011版《國家電網公司輸變電工程通用設計：110（66）～750 kV智能變電站部分》中則推薦交換機按單間隔配置。

由此可見交換機可按單間隔配置，也可按多間隔配置。

2.2 方案對比分析

分支交換機的配置是多間隔還是單間隔，從經濟角度，必然是多間隔配置投資更省。但同時還應綜合考慮運行維護、組屏布置等問題。根據組屏方式，220 kV每個間隔的二次設備組1面柜，按單間隔配置交換機時，可將交換機也布置于本柜，這樣本間隔設備到交換機的連接都可以通過柜內跳線完成，便于設備安裝；同時間隔劃分清晰，便于管理維護。110 kV間隔數較多，每兩個間隔的二次設備組1面柜，可按兩個間隔配置1臺交換機，與組屏方式保持一致。

目前經過調研1臺支持IEC 61588硬件對時功能的16口交換機價格為3.5萬元左右，而在去年同一時期交換機價格約為6萬元；可見隨著交換機應用的不斷深入，其價格已經大幅度下降。參照一般通信用交換機，未來隨著交換機使用規模、數量的進一步擴大，其價格還將進一步降低。這種情況下，建議按間隔配置交換機，以運行維護、組屏安裝為首先考慮。

2.3 推薦方案

在交換機價格大幅降低的情況下，對每套單網，推薦220 kV每個間隔配置1臺交換機，110 kV每兩個間隔配置1臺交換機，與組屏方式保持一致。這樣可以盡量減少屏間光纜，方便安裝，間隔劃分也較為清晰。同時可以按需考慮交換機端口數量，在220 kV采用8口交換機，在110 kV采用12口交換機，盡量減輕交換機投資。

3 結論

本文研究了交換機技術在智能變電站自動化系統中的應用，主要包括：主變交換機配置、交換機配置原則。

根據分析比較，得出了以下結論：1）只要能夠保證主變保護各端口的獨立性，建議采用主變保護連接各自獨立的220 kV、110 kV網段；2）對每套單網，推薦220 kV每個間隔配置1臺交換機，110 kV每兩個間隔配置1臺交換機，與組屏方式保持一致。

參考文獻

[1]高翔. 智能變電站技術[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]國家電網公司.110 kV～220 kV智能變電站設計規范[S].2009.

[3]國家電網公司.智能變電站繼電保護技術規范[S].2010.

[4]劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計：110（66）-750 kV智能變電站部分[M].北京：中國電力出版社，2011.endprint