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1、第四分册（编号：B0703C- 04）数字化变电站监控系统、保护配置专题 目 录1. 概述12. 现状13. 广宁变监控系统及保护配置优化23.1 站控层33.1.1 全站通信规约采用IEC61850标准53.2 间隔层63.2.1保护测控装置及屏柜整合73.2.2 保护测控屏柜体优化83.3 过程层113.3.1电子式互感器113.3.2合并单元123.3.3智能终端和户外端子箱133.3.4 10kV开关柜不做数字化改造153.3.5 过程层组网164. LCC成本分析215. 结论2519 / 211. 概述长春66kV广宁变电站主接线方式为内桥接线，本期上一个进线间隔和1#主变间隔。本
2、站按无人值班设计，配置一套计算机监控系统；保护配置按终端端变设计，内桥接线配置备自投保护，主变设一套微机保护测控装置，10kV侧采用保护测控一体化装置。2. 现状66kV变电站监控系统采用计算机监控系统，按无人值班设计。监控系统采用分层、分布开放式网络结构，主要由站控层设备，间隔层以及网络设备构成。站控层设备主要包括主机兼操作员站、远动主站、微机五防工作站、公用接口装置、打印机、GPS对时装置和网络系统等；间隔层设备按间隔划分，包括测控单元、网络接口等。监控系统采用单网结构，站控层网络采用以太网，间隔层采用现场总线网或以太网，网络媒介采用屏蔽双绞线。计算机监控系统配置图见下图：元件保护及自动装
3、置配置按终端站要求是：配置微机型主变保护，包括主保护和后备保护；10kV采用微机型保护测控一体化装置；母分配置一套或两套备用电源自投入装置。3. 广宁变监控系统及保护配置数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。就目前而言，符合IEC61850标准的变电站通信网络和系统、智能化的一次设备（如电子式互感器、智能化开关等）、网络化的二次设备、自动化的运行管理系统，为其最主要的技术特征。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一
4、次设备和网络化的二次设备；在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC61850标准，这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。3.1 站控层 3.1.1 全站通信规约采用IEC61850标准目前在绝大部分变电站使用的自动化系统由于没有一个统一的网络和系统标准，不同厂家的设备和系统往往使用不同的网络、通信协议和信息描述方法，这种模型无法表达数据之间的关联性，而信号的具体含义需预先定义，导致系统中不同厂家设备之间无法进行互操作，必须使用种类繁多的协议转换器进行转换，才能集成为一个系统，使得变电站自动化系统集成周期长、费用高，同时影响系统的可靠性，后期维护也很不方便。为了解决互操作问题，IE
5、C TC57花了10年时间起草了IEC61850标准，统一了信息模型和访问服务，使不同厂家的设备可以直接实现互操作，取消了站内的协议转化器,解决了互操作问题，实现了“一个世界，一种技术，一个标准”的目标，简化了变电站内部信息共享程序。IEC61850标准使二次设备网络化成为可能，而网络通信技术又是实现数字化变电站的关键技术，目前国内外数字化变电站都是遵循IEC61850标准进行设计的。数字化变电站相比传统变电站，整个站控层网络采用IEC61850通信标准，其模型描述能力大大提高，装置互操作性大大增强。变电站站内信息数字化、标准化，在IEC61850到主站的标准确立以后，调度端将可完全访问变电站
6、的所有信息。除了传统的实时数据外，调度端还可以直接导入变电站模型乃至主接线图，并能获得在线监测、设备台帐等运行管理信息。3.2 间隔层结合数字化变电站的特点，和设备厂家沟通之后，对间隔层的保护测控装置进行了优化配置，如下表：可研方案初设方案主变保护测控保护测控屏1面，内含配置差动保护，后备保护和非电量保护各一套，测控装置2台。主变保护测控屏，内含差动保护，后备保护测控各一套，主变的非电量保护功能由现场的主变智能终端实现。10kV保护测控10kV保护测控一体化装置集中组屏10kV保护测控一体装置都下放到开关柜柜体前后开门形式前开门形式3.2.1保护测控装置及屏柜整合间隔层主要包括各种测控装置、保
7、护装置以及测保一体化装置。广宁变66kV侧按间隔配置保护、测控，10kV侧采用保护测控一体化装置。适用于数字化变电站的保护和测控装置与传统装置相比，主要区别在于这些智能化二次设备配置了能够接收电流电压数字信号的光纤接口和（或）能够通过GOOSE网络交换开关信号的光纤以太网接口，其他功能变化不大。数字式变压器保护装置差动保护和各侧后备保护可按主后一体化或主后分开方式灵活配置，测控功能可按保护测控一体化配置。本工程考虑了主变差动保护的重要性，采用主后分开方式。主变本体智能终端具备档位调节、刀闸操作、本体保护开关量的采集等功能，可取代原来非电量保护装置的功能。并且智能终端具有断路器操作功能，故后备保
8、护装置内不需再配置操作箱。10kV设备采用下柜安装，可研方案把10kV馈线保护测控一体化装置集中组屏。初涉方案将节省很多电缆。3.3 过程层过程层和可研方案不同点主要有：可研方案初设方案66kV电流电压互感器油浸式电流互感器、电容式电压互感器独立式电流、电压组合式有源电子式互感器66kV间隔采用普通断路器及隔离开关，通过电缆连接采用普通的断路器，隔离开关，端子箱内配置智能终端，改为光纤连接10kV侧开关柜采用通用的开关柜，配置普通设备采用通用的开关柜，除了10kV主变进线配置智能终端和合并器外，其他保留可研方案组网方式采用控制电缆连接采样组网和GOOSE组网3.3.1电子式互感器随着电力系统容
9、量的不断增大和电网运行电压等级的提高，传统的电磁式互感器面临如下一些突出问题：绝缘技术复杂、成本高、体积大而笨重；互感器铁心在故障状态下的饱和限制了CT和PT的动态响应精度；由于铁心磁饱和及磁滞回线的影响，CT的暂态输出电流严重畸变，甚至可能严重影响电网的安全运行；CT输出端不能开路，PT可能产生铁磁谐振，从而出现过电压危及电气设备的运行安全。而电子式互感器在经济性、可用性、功能性、简约系列和可维护性上，较传统电磁式互感器有很多优点。如抗电磁干扰、不饱和、测量范围大、动态范围大、频率响应宽、不怕二次开路/短路、不会谐振、体积小重量轻（尤其是在超高压、特高压领域）等。因此，电子式互感器获得了众多
10、电力用户和电力设施制造企业的青睐。根据传感原理，电子式互感器可分为基于光学材料的光电式和基于非光学材料的线圈式两类。光电互感器是利用光学玻璃或光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器。它是光学电压互感器(OVT)、光学电流互感器(OCT)、组合式光学互感器等各种光学互感器的通称，所利用的物理效应也很多，如Pockels效应、Kerr效应、逆压电效应、磁致伸缩效应、Farady磁光效应、电热效应等。其中利用Pockels效应测量电压， 利用Farady效应测量电流的方法最直接，且装置最简单、精度高所以应用范围最广，研究力度也最大，是最具发展潜力的无源光电互感器。由于温度、振动等环境因
11、素对磁光玻璃电子式互感器精度、长期稳定性影响大，该磁光玻璃类型设备目前还没有很成熟的产品；全光纤式互感器推出时间不长，可靠性及稳定性还有待于验证。有源电子式互感器利用电磁感应等原理感应被测信号，对于电流互感器采用Rogowski线圈，对于电压互感器采用电阻、电容或电感分压等方式。有源电子式互感器的高压平台传感头部分具有需电源供电的电子电路，在一次平台完成模拟量的数值采样（即远端模块），利用光纤传输将数字信号传送到二次的保护、测控和计量系统。相比较而言，有源电子式互感器技术上比较成熟，Rogowski线圈的稳定性较高，国内现阶段大部分的电子式互感器大部分采用有源电子式互感器。本站即采用独立式电流
12、、电压组合式有源电子式互感器，互感器的采集单元安装在绝缘瓷柱上，采集单元的供电电源采用激光和小电流互感器协同配合供电，即线路小电流时由电子式互感器供电，无流时由激光供电。远端模块同时采集电流、电压信号，可合用电源供电回路。3.3.2合并单元合并单元作为电子式互感器、传统互感器与智能化二次保护、测控和计量设备的中间连接环节，其主要功能是对采样的数据进行汇总，并将这些数据按照IEC61850-9-1整理，发送给间隔层设备。一台合并单元完成一个线路间隔的全部模拟量的采集。一个线路间隔的所有模拟量采集可以通过合并单元灵活扩展给多个保护和测控装置提供数据。3.3.3智能终端和户外端子箱智能单元是连接一次
13、开关设备和二次保护、测控装置的智能化设备，其作用是采集一次开关设备的状态通过GOOSE网络传输至保护和测控装置，同时通过GOOSE网络接收保护和测控装置的命令对一次开关设备进行操作。智能单元的功能包括：1）断路器操作功能A) 接收保护分相跳闸、三跳和重合闸GOOSE命令，对断路器实施跳合闸；B) 支持手分、手合硬接点输入；C) 具有分相或三相的跳合闸回路；D) 具有跳合闸电流保持功能；E) 具有跳合闸回路监视功能；F) 具有跳合闸压力监视与闭锁功能；G) 具有断路器防跳功能。2）开入、开出功能A) 接收测控遥控分合及联锁GOOSE命令，完成对断路器和刀闸的分合操作；B) 就地采集断路器、隔刀和
14、地刀位置以及断路器本体的开关量信号；C) 具有保护、测控所需的各种闭锁和状态信号的合成功能；D) 通过GOOSE网络将各种开关量信息送给保护和测控装置。户外安装：智能单元可以单独下放到户外，安装在一次设备旁边，通过光纤GOOSE网络与保护小室内的保护和测控装置进行通讯。智能单元经过了严酷的高低温和EMC试验，可以在户外恶劣的环境中运行。为使智能单元在户外运行而专门设计的屏柜，其防湿热、防尘、防辐射等各项技术指标都能满足户外安装的要求。图2-6户外柜户外柜的技术参数：A) IP防护等级：IP54（户外标准）；B) 内部安装19英寸标准工业装置；C) 内部配有温湿度控制器，加热器，空气外循环模块化
15、风扇装置；D) 材料为不锈钢1.5mm，外壳及门板均为双层防辐射结构（包括四周及顶壳），底部带底框，并附带安装槽钢。3.3.4 10kV开关柜不做数字化改造10kV开关柜除了主变进线柜内配置智能终端和合并单元，其他柜基本采用可研的方案，只做局部优化处理。设备都按可研方案配置传统的电流互感器和电压互感器，断路器等设备。主要考虑以下方面的原因：1） 目前10kV侧采用保护测控一化装置，采用下柜安装。个个间隔相对独立，交叉数据较少，只有在备自投联切或主变后备保护动作时需要间隔间交换数据，故不需考虑设置GOOSE网络。A) 对于10kV备自投联切，目前10kV都在一个房间内，范围不是很大，采用控制电缆连接即可。B) 对于10kV侧主变后备保护跳分段开关，因在10kV主变进线柜内设有一套智能终端和合并单元，故可以把分段柜的开关信号及跳闸控制信号通过控制电缆引接到进线柜内的智能终端。这样低压侧主变后备保护动作就可以通过智能终端跳分段开关。2） 10kV开关柜的电流互感器和电压互感器采用传统的互感器，不设置采样网络，主要有以下原因：A) 电子式互感器目前的成本比较高。据了解后，一面
