《广东首座110kV 数字化变电站技术方案分析[J].doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广东首座110kV 数字化变电站技术方案分析[J].doc（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、广东首座110kV数字化变电站技术方案分析黄文韬（广东电网公司广州增城供电局 广东 增城511300）摘 要：文章对广东首座110kV数字化变电站三江变电站的建设规模和技术方案进行了全面的分析，对其中电子互感器、合并器、IEC61850标准、智能单元和程序化控制等关键技术环节进行了细致的描述，总结了建设经验，展示了现阶段技术、设备条件下数字化变电站的全貌，并提出了数字化变电站技术和相关设备下一步改进和发展的建议，展望了数字化变电站技术的发展前景。关键词：数字化变电站；IEC61850；电子式互感器；智能单元；程序化操作Technology scheme analysis of the firs
2、t 110kV digital substation in GuangdongHUANG Wen-tao（Gunagdong Power Grid Corporaation Guangzhou Zengcheng Power Supply Bureau，Zengcheng 511300，China）Abstact：The article roundly analyze the construct scale and technology scheme of the first 110kV digital substation (San-jiang substation). Describes
3、in detail for the Technical Key of electronic transformer，Combiner，IEC61850, intelligent unit and Sequence Control etc. Summarize the construct experience. Shows the digital substations full view with the condition of the technology and equipment in these days. Raises the proposal of the digital sub
4、station technology and equipments improvement and development in next step. Forecasts the developmental prospect of the digital substation technology.Key words：digital substation；IEC61850；electronic transformer；intelligent unit ；Sequence Control0 前言当前，全国各地已掀起一股数字化变电站技术应用的热潮，多个供电企业纷纷计划开展数字化变电站的试点建设工作
5、。2007年12月，广东电网公司首座110kV数字化变电站三江变电站已改造完成并投运。该变电站采用了当今数字化变电站技术中多项前沿技术（如：电子式互感器、IEC61850标准、程序化控制等），对数字化变电站技术进行了实践，为今后数字化变电站技术的发展奠下了基础。本文对该站的建设技术方案进行分析，并提出改进的建议。1 变电站规模三江变电站原为配置电磁型保护装置基于RTU形式的无人值班变电站，建设方案在原站基础上进行改造，建设规模为两台110kV两卷变压器的终端变电站，110kV结线为线路-变压器形式，两回110kV线路分别供电至两台变压器，10kV结线为单母分段，#1变压器10kV侧为单分支，#
6、2变压器10kV侧为双分支，预留终期规模连接#3变压器，本期10kV IIA、IIB段母线暂时连通，两段10kV母线分别设12回馈线及2回电容器，在两主变低压侧各配置一台接地变，构成10kV小电阻接地系统（见图1）。图1 变电站一次结线图Fig.1 Connecting diagram of substation2 技术方案分析2.1 开放式的数字化变电站自动化系统变电站自动化系统采用ABB公司的变电站自动化系统，系统按基于IEC61850标准设计，变电站采用站控层、间隔层、过程层三层设备的网络结构，三层设备的网络结构采用IEC61850数字化变电站通信标准体系（过程层和间隔层采用IEC618
7、50-9-1协议、站控层和间隔层采用IEC61850-8-1协议）。站控层采用冗余100Mbps双以太网，而间隔层采用光纤环以太网，通过冗余数据库服务器隔离，解决了传统综合自动化变电站方案中监控后台和保护测控装置共用同一网络的问题，避免了当出现由于操作员工作站设备引起网络堵塞的现象（如：工作站感染病毒导致大文件传输，引起网络风暴或堵塞，造成保护、测控装置等间隔层设备的数据延时上送，甚至数据丢失的隐患）。系统配置双数据库服务器、双远动主站和双操作员工作站，两台远动主站分别通过两个远动通道以101规约与调度自动化系统通信，每台远动主站能分别与两台数据库服务器自动切换，实现双冗余配置，两台数据库服务
8、器以主备冗余方式工作，主服务器出现故障时后备服务器能自动切换为主服务器工作方式，从而保障全站自动化系统稳定可靠地运行。站内不同厂家的保护、测控装置直接通过以太网按IEC61850-8-1协议进行通信，真正实现了无缝连接（见图2）。该变电站自动化系统是一个开放系统，可将第三方设备通过相应的通信接口整合到系统中，如：站内直流系统、消防系统和微机五防系统均可通过RS-232或RS-485接口接入自动化系统交换信息。VQC集成于监控系统内，独立的微机五防系统与监控系统交换信息，实现信息的共享。图2 变电站自动化系统结构图Fig.2 Structure diagram of substation aut
9、omation system2.2 GPS对时系统在IEC 61850 中规定的时间同步协议是SNTP （简单时间同步协议）。在TCP/IP协议中，用于同步时间的协议为NTP协议，NTP是一个跨越广域网或局域网的复杂的同步时间协议，通常可获得毫秒级的精度。NTP 协议的复杂定义源于Internet 本身的复杂性, 但厂站自动化的应用环境则简单得多。SNTP是由NTP改编而来，为NTP的简化模型，主要用来同步因特网中的计算机时钟。它能用单播方式(点对点)和广播方式(点对多点)操作，也能在IP多播方式下操作。SNTP时间同步的实现过程主要分两大部分，即时间服务器端(SntpServer)的实现和客
10、户端(SntpClient)的实现。SNTP的时间精度依赖于客户端和服务器端网络的情况，对于工作站或服务器来说一般可达到110ms的精度。三江站GPS对时没有采用IRIG-B（DC）码的方式，而按IEC61850标准的规定采用SNTP服务器网络对时方式。站内配置两台GPS主钟兼作SNTP服务器，直接接入间隔层光纤环网，在客户端（即保护、测控装置等）实测对时精度为12ms，虽然达不到B码对时的精度，但亦能满足实际使用的要求，避免了B码对时复杂的接线，简化了二次回路，体现了数字化变电站网络化的特点。2.3 电子式互感器的应用三江站两个主变间隔采用南京新宁光电公司基于电磁感应原理的Rogowski线
11、圈（无铁芯）电子式电流互感器（ECT）以及利用串行感应分压器实现的电子式电压互感器（EVT）。电子式互感器绝缘简单，体积小、重量轻，ECT动态范围宽、无磁饱和，EVT无谐振现象，ECT二次输出可以开路。主变高压侧分别配置一只用作线路电压抽取的EVT和一组ECT。EVT、ECT将高电压大电流变换成小电压信号，由安装在传感头上的采集器经AD变换成数字信号后通过光缆送至主控室的合并器（见图3）。ECT采集器位于绝缘支柱上部，其主供电电源由取能线圈经整流、滤波处理后提供，备用电源由合并器激光输出经光纤发射至传感头上的光电池接收并转换成电能后提供。ECT内配置三组罗氏线圈，第一、二组分别供主变差动保护和
12、后备保护用（二次输出电压150mV，准确度5TPE），第三组供测量和计量用（二次输出电压1.5V，准确度0.2级）。EVT采集器位于绝缘支柱下部，采用了节省成本的电缆供电方式。每台主变配一只中性点放电间隔ECT，采集器采用电缆供电方式。图3 电子式互感器原理示意图Fig.3 Principle diagram of electronic transformer10kV电压互感器（TV）采用传统的电压互感器，主变低压侧配一组ECT和一只接地变ECT，采用节省成本的模拟量输出形式，配置采集器和智能单元，就近安装在开关柜内，同样采用电缆供电的方式。接地变ECT输出和低压侧ECT差动保护组罗氏线圈输出
13、由各自的采集器转换为数字信号后送主控室合并器，后备保护组和测量组罗氏线圈输出与10kV TV电压（57.7V）送安装在变低开关柜上的智能单元，由智能单元对模拟量进行采样、同步、转换、合并后分别送主变后备保护测控装置和数字式电能表。使用了数字式主变保护测控装置及数字式电能表，电子式互感器输出的光数字信号经光缆送合并器同步、合并汇总后向主变保护和电能表提供采样数据。电子式互感器通过私有通信协议与合并器进行通信，合并器输出按照IEC61850-9-1协议与数字式主变保护测控装置和数字式电能表进行点对点的通信。2.4 智能单元的应用由于现阶段国产IED智能电子设备（智能主变和智能断路器等）仍处在研究阶
14、段，而进口IED价格昂贵，三江变电站的主变本体及高、低压侧断路器和隔离刀闸仍为常规的一次设备，其操作机构为电动式，设计方案通过使用智能单元实现了类似于智能设备的功能。开关场地每个主变间隔配置一个主变本体端子箱和一个断路器端子箱，端子箱内分别配置户外主变本体智能单元和断路器智能单元，低压侧开关柜内同样配置户外断路器智能单元，主变保护测控屏内配置户内主变体智能单元和断路器智能单元，与户外智能单元配对使用，户内智能单元和户外智能单元通过光缆连接，使用IEC61850-9-1协议进行通信，智能单元与外围设备（如：主变保护测控装置、主变本体、断路器操作机构等）之间通过硬接点的形式进行连接。主变本体智能单
15、元负责采集主变本体非电量保护开关量、调压开关和风冷系统等遥信量，转换成数字信号上送至户内智能单元，由户内智能单元将数字信号转换成电信号送主变保护测控装置，主变保护测控装置的控制命令通过硬接点电信号发送至户内智能单元，由户内智能单元转换成数字信号送户外智能单元，户外智能单元将数字信号转换成电信号后送操作机构执行遥控命令。同理，断路器智能单元通过这样的方式实现了断路器和隔离刀闸的遥信、遥控量的数字化传送，节省了大量控制电缆，优化了二次控制回路。2.5 10kV设备的配置10kV开关柜和保护采用ABB公司的设备，10kV电流、电压互感器（除主变低压侧TA外）为常规的互感器，10kV保护为常规的微机保
16、护，就地安装在开关柜，但保护的通信按IEC61850标准设计，通过IEC61850-8-1协议与监控系统进行通信，具备与其他保护之间水平GOOSE（面向通用对象的变电站事件）信息交换功能。10kV开关柜为全电动操作机构中置式开关柜，通过与保护装置配合可实现程序化控制开关柜的各项操作（断路器分、合闸，断路器手车摇进、退出，接地开关操作等）。2.6 GOOSE信息交换机制的应用GOOSE信息交换机制是IEC61850标准的一大特色，通用变电站事件模型（GSE）提供了快速和可靠的系统范围内传输输入、输出数据值，基于分布的概念，通用变电站事件模型提供了一个高效的方法，利用多路广播/广播服务向多个物理设备同时传输同一个通用变电站事件信息。GOOSE报文包含让接收设备知道状态已经变位和最近状态变位的时间等信息，传输时间少于4ms。有没有应用GOOSE信息交换机制可以体现对数字化变电站技术应用
