淺析110kV山會變電站自動化系統

杜春麗

摘 要：本文從應用的視角對110kV山會變電站自動化系統的體系結構、幾個關鍵技術進行詳細分析，包括：變電站一次設備的智能化、二次設備的網絡化、二次系統的改進及運行中的注意事項。通過分析，深入細致掌握山會變電站的關鍵技術，為變電站更好的運行、檢修和故障查找等打下基礎。

關鍵詞：數字化；光纖；IEC61850；電子互感器；檢修壓板

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0189-02

0 引言

110kV山會變電站作為數字化智能變電站，其一二次設備與傳統變配電站存在較大的差異。尤其在二次系統方面，相較于傳統繼電器保護和常規微機保護（10kV金山站），增加了模塊化自動裝置、光電網絡通訊等新技術，相應地自動化系統也發生了巨大的改變，但運行及檢修人員對新的技術還欠缺本質上的掌握，傳統的檢修安全措施也不能適應新技術的發展，只有深入了解山會變電站的關鍵技術，才能更好地做好站內運檢工作。

1 基于IEC61850標準的山會變電站的體系結構

1.1 山會變電站基本體系結構

根據元件分類山會變電站仍然是一次設備和二次設備（包括保護、測控、監控和通信設備等）兩個層面。根據邏輯分類，變電站通信體系根據IEC61850標準將山會變電站通信體系分為三層：站控層、間隔層、過程層，兩網：站控層網絡、過層層網絡。

1.2 山會變電站自動化系統接口模型

山會變電站通信系統按IEC61850標準構建，邏輯通信接口如圖1所示。圖1中各邏輯接口間實現層間保護、采樣、控制等數據的交換。通信網絡物理上分為兩層，一層為過程層網絡，另一層為站控間隔層網絡。在過程層網絡工作有接口4和5，在站控間隔層網絡工作的接口有1、6、9，接口3和8中涉及保護功能的部分工作在過程層網絡，其它部分工作在站控間隔層網絡。

2 山會變電站自動化系統幾個關鍵技術

2.1 一次設備智能化技術

山會變電站采用了電子式互感器，二次電流電壓全部轉換為數字信號，避免了傳統變電站在互感器上工作的危險點。電子互感器的關鍵技術在于采集器高壓側供電的可靠性和輸出數據與二次設備的接口問題。互感器高壓側采集器的工作電源同時由一次取能線圈和激光電源提供，兩者動態自檢，互為熱備用。

2.2 二次設備網絡化技術

2.2.1 山會變電站系統組網

（1）站控層組網：變電站層（MMS）通信實時性要求較低，組網方式選用單星型網方式。（2）過程層組網：在山會變電站網絡系統中，過程層網絡的重要性高于站控層網絡。通訊網絡配置采用分間隔進行，電壓等級為110kV的間隔如主變間隔，集中配置主變專用交換機，實現主變間隔內間隔層設備和過程層設備之間的信息交換。過程層網絡分為GOOSE網和采樣值SV網，GOOSE網傳輸各種各樣的開關量和非電量等信息，SV網傳輸交流采樣值信息。

2.2.2 過程層的通信模式

過程層通信主要為開關量和采樣值信息的傳輸，其中開關量包括一次設備（如斷路器及刀閘）位置的狀態信號、分合閘命令，以及裝置的異常信號（斷路器控制回路斷線）等。采樣值包括電壓量、電流量。過程層通信共采用三種規約：IEC61850-9-2、FT3、GOOSE。其中前兩種主要用于采樣，GOOSE主要用于跳閘。

（1）采樣值傳輸。采樣值傳輸采用從互感器到合并器，合并器再到間隔層設備或跨間隔的路徑傳輸。從互感器到合并器時采用FT3協議，互感器與合并器通過光纖串行口連接。從合并器到間隔層設備（如電能表、線路保護測控裝置等）通過以太網口通信（IEC61850-9-2協議）。合并器與跨間隔設備（如備自投、母差保護等）通過光纖串行口通信（FT3協議）。裝置CPU插件與差動合并器之間通過以太網通信（IEC61850-9-2協議）。跨間隔設備配置差動合并器，實現各間隔間的采樣值同步（FT3協議）。具體見圖2。

（2）開關量傳輸。開關量傳輸主要有以下3種方式：點對點方式的GOOSE傳輸、FT3串行傳輸、基于IEC61850-9-2協議的傳輸。開關量傳輸示意見圖3。

1）FT3串行傳輸：采用光纖串行口，單向傳輸。主要用于間隔層內的狀態量和控制量的交換，如主變壓器保護與備自投的聯跳閉鎖等。

2）點對點方式的GOOSE傳輸：單間隔保護裝置與智能終端間，如跳閘信息的傳遞，如110kV線路間隔。

3）基于IEC61850-9-2協議的傳輸：用于10kV間隔內保護裝置與智能終端、合并器之間的信息交換，以及就地智能終端與主變壓器間隔數據集中器之間的信息交換。

3 山會變電站與傳統站的區別

3.1 數字化繼電保護的結構改變

區別于10kV金山站的繼電保護模式（以微機保護裝置為中心的組態模式），110kV山會變電站過程層網絡實現間隔間的信息共享，其二次系統采用光纖等代替傳統電纜，且繼電保護功能模塊化，實現靈活組態。如圖4，在110kV山會變電站數字化保護系統中，智能終端與站內傳統變壓器和高壓開關配合，實現了變壓器、高壓開關等一次設備的信息采集，并將采集的模擬量信息轉化為數字信號。合并單元實現變電站內所有電流、電壓數據的采集與共享，保護裝置實現保護動作的邏輯運算處理。

3.2 二次回路間信號傳遞方式改變

10kV金山站常規微機保護裝置與其他一、二次設備之間，各屏柜之間的二次回路都是通過二次電纜構成。110kV山會變電站二次回路則采用雙絞網線、光纖連接，通過過程層組網的方式實現傳統變電站二次回路的全部功能。雙絞網線、光纖取代了二次電纜，復雜的二次回路的連接變成了網絡通信的連接，設備間的通信為數字信號傳輸，降低了二次回路維護和故障查找難度。

3.3 保護壓板形式改變

10kV金山站常規微機保護壓板包含“出口壓板”和“功能壓板”等，出口壓板形式為硬壓板，控制保護裝置本身跳合閘輸出。110kV山會變電站中保護裝置的壓板僅保留了“檢修狀態”硬壓板，其它壓板（“出口壓板”和“功能壓板”）普遍采用軟壓板（裝置內軟件邏輯程序的功能選項中設置壓板投退）形式。裝置設有“檢修狀態”硬壓板，該硬壓板可以控制裝置GOOSE報文數據中的檢修狀態位。選擇投入“檢修狀態”硬壓板，此時的GOOSE報文均為檢修態報文。

4 山會變電站在運行檢修應注意的問題

山會變電站作為數字化變電站，新技術的使用也同樣帶了一系列新問題，如與傳統變電站的硬壓板相比，山會變電站設備檢修過程中對繼電保護裝置的檢修壓板及軟壓板的投退可能出現漏投、漏退的現象，從而導致設備的誤跳。所以山會變電站在進行設備檢修時的二次安全隔離措施是非常有必要的。在檢修安措中，可以通過投退檢修壓板、GOOSE軟壓板、光通道隔離、智能終端出口硬壓板4種方式實現二次回路的安全隔離措施。其中光通道隔離是將裝置間的光纖斷開，這樣能雖然實現運行裝置和檢修裝置的可靠隔離，但是多次插拔，可能導致設備光纖插口損壞，同時接收裝置會發GOOSE斷鏈告警，不建議經常使用。

5 結語

山會變電站自動化系統成功解決了傳統綜合自動化變電站存在的信息難以共享、設備不具互操作性、可靠性受二次電纜影響等問題。其信息采樣、傳輸、處理實現了全數字化，自動化系統與傳統變電站存在較大差異，通過對山會變電站自動化系統幾個關鍵技術的詳細分析，深入細致掌握山會變電站的關鍵技術，為變電站更好的運行、檢修、事故分析等打下基礎。

參考文獻

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