交換機(jī)技術(shù)在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)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(wǎng)實(shí)現(xiàn)，這樣，交換機(jī)就成為實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章對交換機(jī)技術(shù)在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，主要包括：主變交換機(jī)配置、交換機(jī)配置原則。

關(guān)鍵詞 智能變電站；交換機(jī)；配置

中圖分類號：TM762 文獻(xiàn)標(biāo)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(wǎng)實(shí)現(xiàn)，這樣，交換機(jī)就成為實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于變電站自動化系統(tǒng)對于信息的實(shí)時性要求要高于一般通信意義上的應(yīng)用，同時，信息交互又是基本局限在相當(dāng)有限的物理空間，或者說智能變電站對于交換機(jī)應(yīng)用具有比較明顯的應(yīng)用特征。因此，研究交換機(jī)的基本原理、智能變電對于交換機(jī)技術(shù)的基本要求，對于智能變電站的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案具有十分重要的意義。

本文對交換機(jī)技術(shù)在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，主要包括：主變交換機(jī)配置、交換機(jī)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(guī)模統(tǒng)計。

1 主變交換機(jī)配置

1.1 不同配置方案

智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)段劃分一般有兩種形式，主要區(qū)別在于主變間隔是否配置總交換機(jī)。以一個典型的220 kV變電站為例，第一種模式是每套單網(wǎng)包括220 kV、110 kV、主變?nèi)齻€網(wǎng)段，在這三個網(wǎng)段之上設(shè)置中心交換機(jī)，如圖1。220 kV子網(wǎng)、110 kV子網(wǎng)中均不包含主變進(jìn)線間隔，設(shè)置獨(dú)立的主變總交換機(jī)，連接主變保護(hù)及主變?nèi)齻?cè)的合并單元、智能終端。全站設(shè)總交換機(jī)，連接主變、220 kV和110 kV三個網(wǎng)段。

圖1 主變設(shè)立獨(dú)立網(wǎng)段

第二種模式是每套單網(wǎng)包括220 kV、110 kV兩個網(wǎng)段，通過主變保護(hù)連接這兩個網(wǎng)段，如圖2。這種模式下高、中、低壓側(cè)主變進(jìn)線作為220 kV、110 kV的一個間隔配置交換機(jī)，連接在本網(wǎng)段中，主變保護(hù)通過各自獨(dú)立獨(dú)立的端口連接在不同網(wǎng)段上。

圖2 通過主變保護(hù)連接網(wǎng)段，不設(shè)主變交換機(jī)

《110 kV～220 kV智能變電站設(shè)計規(guī)范》推薦主變各側(cè)可獨(dú)立配置2臺交換機(jī)，即主變不配置總交換機(jī)，配置分屬不同電壓等級的各側(cè)交換機(jī)。在實(shí)際工程中，兩種方式均有采用。

1.2 方案對比分析

從經(jīng)濟(jì)性上考慮，兩種組網(wǎng)方式交換機(jī)數(shù)量基本一致。從技術(shù)角度考慮，兩種方案均是可行的，目前國內(nèi)投運(yùn)的智能變電站兩種方式都有采用。早期一般采用獨(dú)立配置主變交換機(jī)的方案，其優(yōu)點(diǎn)在于：1）主變保護(hù)的所有相關(guān)設(shè)備均連接在同1臺交換機(jī)上；2）全站所有網(wǎng)絡(luò)信息可以匯集在1臺中心交換機(jī)上；3）主變各側(cè)聯(lián)閉鎖信息可以通過過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸。

目前保護(hù)裝置一般要求采用直采直跳，主變保護(hù)相關(guān)設(shè)備是否連接在一個交換機(jī)上對信息傳輸影響不大；故障錄波等設(shè)備一般采用多個網(wǎng)口直采或網(wǎng)采，全站信息不需要集中匯集，按電壓等級設(shè)置公用交換機(jī)即可；大部分廠家也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了GOOSE聯(lián)閉鎖信息通過站控層網(wǎng)絡(luò)傳輸，220 kV和110 kV網(wǎng)段不需要直接相連。由此看來，獨(dú)立配置交換機(jī)的方案已無必要，反而其交換機(jī)層級較大，主變保護(hù)和母差保護(hù)的GOOSE啟失靈信息要經(jīng)過3臺交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，主變保護(hù)跳母聯(lián)的GOOSE信息要經(jīng)過4臺交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，而第二種模式分別為2臺和3臺，在快速性上更具備優(yōu)勢。

1.3 推薦方案

綜上所述，只要能夠保證主變保護(hù)各端口的獨(dú)立性，建議采用通過主變保護(hù)連接各自獨(dú)立的220 kV、110 kV網(wǎng)段。

2 交換機(jī)配置原則

2.1 不同配置方案

在過程層網(wǎng)絡(luò)的雙星形結(jié)構(gòu)中，每個單網(wǎng)均由中心交換機(jī)和分支交換機(jī)組成。中心交換機(jī)連接母線保護(hù)、公用測控等公用設(shè)備，各分支交換機(jī)連接每個線路、母聯(lián)、進(jìn)線間隔的合并單元、智能終端和保護(hù)、測控等裝置。中心交換機(jī)一般按需要級聯(lián)的間隔交換機(jī)數(shù)量，配置為1～2臺。分支交換機(jī)的數(shù)量則取決于間隔數(shù)，以及按幾個間隔共用交換機(jī)。

《110 kV～220 kV智能變電站設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定交換機(jī)采用多間隔共用方式。《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：“根據(jù)間隔數(shù)量合理配置過程層交換機(jī)”，《2011年新建變電站設(shè)計補(bǔ)充規(guī)定》規(guī)定宜按間隔對象配置過程層交換機(jī)，兩者含義都較為模糊。2011版《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計：110（66）～750 kV智能變電站部分》中則推薦交換機(jī)按單間隔配置。

由此可見交換機(jī)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(jī)的配置是多間隔還是單間隔，從經(jīng)濟(jì)角度，必然是多間隔配置投資更省。但同時還應(yīng)綜合考慮運(yùn)行維護(hù)、組屏布置等問題。根據(jù)組屏方式，220 kV每個間隔的二次設(shè)備組1面柜，按單間隔配置交換機(jī)時，可將交換機(jī)也布置于本柜，這樣本間隔設(shè)備到交換機(jī)的連接都可以通過柜內(nèi)跳線完成，便于設(shè)備安裝；同時間隔劃分清晰，便于管理維護(hù)。110 kV間隔數(shù)較多，每兩個間隔的二次設(shè)備組1面柜，可按兩個間隔配置1臺交換機(jī)，與組屏方式保持一致。

目前經(jīng)過調(diào)研1臺支持IEC 61588硬件對時功能的16口交換機(jī)價格為3.5萬元左右，而在去年同一時期交換機(jī)價格約為6萬元；可見隨著交換機(jī)應(yīng)用的不斷深入，其價格已經(jīng)大幅度下降。參照一般通信用交換機(jī)，未來隨著交換機(jī)使用規(guī)模、數(shù)量的進(jìn)一步擴(kuò)大，其價格還將進(jìn)一步降低。這種情況下，建議按間隔配置交換機(jī)，以運(yùn)行維護(hù)、組屏安裝為首先考慮。

2.3 推薦方案

在交換機(jī)價格大幅降低的情況下，對每套單網(wǎng)，推薦220 kV每個間隔配置1臺交換機(jī)，110 kV每兩個間隔配置1臺交換機(jī)，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(jī)端口數(shù)量，在220 kV采用8口交換機(jī)，在110 kV采用12口交換機(jī)，盡量減輕交換機(jī)投資。

3 結(jié)論

本文研究了交換機(jī)技術(shù)在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要包括：主變交換機(jī)配置、交換機(jī)配置原則。

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

參考文獻(xiàn)

[1]高翔. 智能變電站技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]國家電網(wǎng)公司.110 kV～220 kV智能變電站設(shè)計規(guī)范[S].2009.

[3]國家電網(wǎng)公司.智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].2010.

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