iec61850在鋁業(yè)整流變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用(doc13頁(yè))

1、IEC61850在鋁業(yè)整流變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用1.前言隨著國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）第57委員會(huì)在2005年推出IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)最后一部分,即一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，在變電站綜合自動(dòng)化領(lǐng)域迎來(lái)了一個(gè)基于通用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它改變了目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相對(duì)封閉的結(jié)構(gòu)，使電力系統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有了一個(gè)開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)性的系統(tǒng)。近年來(lái)，我國(guó)也制定和頒布了等同于IEC61850的DL/T860.X變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并公布在2007年3月1日開(kāi)始實(shí)施。隨著國(guó)內(nèi)這一新的變電站綜合自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)行，未來(lái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用基于IEC618

2、50標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備已成為必然趨勢(shì)，目前正在使用的變電站自動(dòng)化設(shè)備將會(huì)按照新標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)或被替代。與以往采用串行通信標(biāo)準(zhǔn)（IEC60870-5-103，DNP 3.0，Modbus等 ）的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相比，新一代的IEC61850變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建立在基于開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上，它引用大量IT方面的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)用于變電站的保護(hù)和監(jiān)控。這些應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的新技術(shù)，包括高速以太網(wǎng)通信、面向?qū)ο蟮慕?、裝置的自描述、變電站組態(tài)語(yǔ)言、基于發(fā)布/訂閱模型的IED之間的實(shí)時(shí)通信等，可實(shí)現(xiàn)變電站信息的共享、提供智能設(shè)備的互操作性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的維護(hù)、配置和工程實(shí)施。蘭州鋁業(yè)有限公司大型預(yù)焙槽電解鋁

3、技改項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱蘭鋁項(xiàng)目）220kV變電整流所綜合自動(dòng)化系統(tǒng),采用了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)測(cè)控裝置和以太網(wǎng)交換機(jī)，以及FARAD2000監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)，配置成一套完整的、基于IEC61850間隔層的功能高度集成的整流變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在2007年4月投入商業(yè)運(yùn)行。本文首先對(duì)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化的系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹，然后介紹蘭鋁項(xiàng)目的設(shè)計(jì)考慮以及系統(tǒng)配置方案。2.IEC61850標(biāo)準(zhǔn)與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)2.1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）TC57工作組推出的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，是關(guān)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。它作為變電站

4、自動(dòng)化的框架，采用基于高速以太網(wǎng)平臺(tái)的開(kāi)放的、分層分布式結(jié)構(gòu)，提出了變電站內(nèi)部間隔層與站控層和過(guò)程層之間的全數(shù)字通信的、具有互操作性的解決方案。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)由10部分組成，它覆蓋了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、測(cè)試等方面，為實(shí)施基于網(wǎng)絡(luò)通信的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供了詳細(xì)的指引。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提供了變電站內(nèi)部裝置之間信息交換的標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)象模型、服務(wù)模型、試驗(yàn)以及規(guī)約，實(shí)現(xiàn)了變電站中所有裝置的互操作，并定義了一個(gè)支持在線裝置“自描述”的統(tǒng)一系統(tǒng)組態(tài)語(yǔ)言。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括：1） 含有標(biāo)準(zhǔn)化命名的裝置模型，并提供與IED品牌或類型無(wú)關(guān)的一致的對(duì)象/標(biāo)記

5、名稱。2） 對(duì)于數(shù)據(jù)訪問(wèn)、主動(dòng)提供的報(bào)告、控制以及其它公共服務(wù)，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的方法的服務(wù)模型（ACSI）。3） 含有用于分享裝置組態(tài)數(shù)據(jù)的通過(guò)XML文件的變電站組態(tài)語(yǔ)言（SCL）。4） 通過(guò)高性能以太網(wǎng)用于保護(hù)和測(cè)量功能的裝置的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的客戶機(jī)/服務(wù)器和對(duì)等方式的信息傳送。5） 用于術(shù)語(yǔ)、系統(tǒng)要求以及一致性試驗(yàn)的規(guī)范，以保證IED能按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。2.2 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)如圖1所示，它將變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為站控層、間隔層和過(guò)程層設(shè)備，其中包含二種類型的網(wǎng)絡(luò)，即站總線和過(guò)程總線。在站總線

6、網(wǎng)絡(luò)，可向上實(shí) 現(xiàn)IED到其它IED、HMI、變電站控制器、SCADA系統(tǒng)的通信；在過(guò)程總線網(wǎng)絡(luò)，可向下實(shí)現(xiàn)IED到CT、PT、斷路器、開(kāi)關(guān)的通信，傳統(tǒng)上這部分的通信是通過(guò)硬布線來(lái)完成的，在過(guò)程總線實(shí)施方案中需要采用“智能型”設(shè)備，如智能開(kāi)關(guān)、光CT/PT等，通過(guò)合并單元接入過(guò)程總線。過(guò)程總線冗余.1/1/10 GB LAN站總線10/100 MB LAN數(shù)據(jù)集中器客戶機(jī)合并單元HMI客戶機(jī)IED服務(wù)器IED服務(wù)器智能開(kāi)關(guān)，光CT光/PT等。合并單元站控層間隔層過(guò)程層圖1. IEC61850變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu) 實(shí)施基于IEC61850的系統(tǒng)，與傳統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相比，可得到以下各

7、方面的特點(diǎn)和好處：1） 作為一個(gè)全球性的標(biāo)準(zhǔn)，它的推出應(yīng)用解決了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品的互操作性和協(xié)議轉(zhuǎn)換問(wèn)題，從而保護(hù)了用戶的長(zhǎng)期投資。2） 按照標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)象模型及命名協(xié)定，提供的自描述、自診斷和即插即用的特性，極大的方便系統(tǒng)的集成，降低了實(shí)施自動(dòng)化系統(tǒng)的工程費(fèi)用。3） 采用同一個(gè)規(guī)約，可減少運(yùn)行、工程和維護(hù)的工作量及費(fèi)用，同時(shí)提供高效的維護(hù)以及減少支持的方案的差異。4） 采用對(duì)等信息傳輸和高速的過(guò)程總線，可減少系統(tǒng)的硬件配置及二次電纜，同時(shí)也減少了屏柜數(shù)量、占地面積以及需要較低的布線費(fèi)用。5） 可提供整套服務(wù)給報(bào)告、數(shù)據(jù)存取、事件記錄和控制。6） 采用靈活和可伸縮的、向后兼容、與通信分離的應(yīng)

8、用的主流技術(shù)，如高速以太網(wǎng)、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）、對(duì)象模型和可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）等，從而保證了用戶投資的持續(xù)性。近年來(lái)，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化應(yīng)用已取得了很大的進(jìn)展。基于過(guò)程層、間隔層和站控層的全數(shù)字化變電站開(kāi)始投入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和試運(yùn)行。對(duì)于基于站控層和間隔層的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，在解決了GOOSE傳輸?shù)目煽啃院桶踩詥?wèn)題后，現(xiàn)已開(kāi)始在國(guó)外電力系統(tǒng)和工業(yè)系統(tǒng)開(kāi)始大量投入商業(yè)運(yùn)行。為了保證系統(tǒng)的先進(jìn)性并提供高一個(gè)可用性的系統(tǒng)，蘭鋁項(xiàng)目是基于站控層和間隔層的IEC61850變電站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。3. 蘭鋁220KV整流變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮3.1 系統(tǒng)

9、蘭鋁220KV整流變自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，其保護(hù)監(jiān)控范圍包括1個(gè)220KV整流變電所和5個(gè)10KV配電所。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置全面參照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的站層及間隔層要求完成，它滿足除過(guò)程總線外的所有部分標(biāo)準(zhǔn)要求，主要標(biāo)準(zhǔn)部分包括IEC61850-3、-7和-8。整個(gè)系統(tǒng)采用冗余100Mb光纖以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)，以提供高性能的通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)通信規(guī)約采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)以保證用戶的投資。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，參考國(guó)外IEC61850系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，充分考慮利用高性能嵌入式IEC61850 保護(hù)測(cè)控裝置的特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件配置進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)減少硬件配置數(shù)量來(lái)節(jié)省硬件費(fèi)用，同時(shí)可減少屏柜數(shù)量，從

10、而達(dá)到減少硬件以及二次電纜和布線費(fèi)用。在蘭鋁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，取消了常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的RTU、主控單元、故障錄波裝置、備自投等設(shè)備，從而節(jié)省了大量的費(fèi)用。此外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，對(duì)220KV間隔曾考慮采用保護(hù)測(cè)控一體化配置方案以及基于GOOSE的間隔層連鎖方案，但考慮到與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程有沖突而放棄。3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于IEC61850變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，由于采用以太網(wǎng)LAN作為通信網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配置是非常靈活的，可適應(yīng)各種電壓等級(jí)變電站一次接線方式以及不同用戶對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求。在工程設(shè)計(jì)中 ，可采用星形網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)以及上述網(wǎng)絡(luò)的混合結(jié)構(gòu)。在具體設(shè)計(jì)時(shí)一般根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模、設(shè)備的

11、物理布置以及系統(tǒng)通信的可靠性要求作綜合考慮。蘭鋁220kV整流所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用分層分布、全分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。整個(gè)整流所根據(jù)區(qū)域配置分為站控層和間隔層，其中間隔層又細(xì)分為220KV間隔和10KV間隔。全站的保護(hù)測(cè)控按照IEC61850變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行配置，所有保護(hù)測(cè)控設(shè)備可通過(guò)IEC61850網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享，并在將來(lái)用戶需要時(shí)可通過(guò)對(duì)間隔層IED組態(tài)完成基于GOOSE的擴(kuò)展保護(hù)測(cè)控功能，包括系統(tǒng)范圍的操作連鎖功能。所以，在考慮國(guó)內(nèi)現(xiàn)有規(guī)程對(duì)220KV變電站系統(tǒng)通信可靠性的要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合IEC61850系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，特別是考慮將來(lái)引入基于GOOSE的間隔層保護(hù)測(cè)控功能，

12、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)考慮采用雙光纖星形結(jié)構(gòu)，如圖？所示?？紤]到220KV間隔層保護(hù)測(cè)控的重要性，以及220KV保護(hù)測(cè)控IED采用冗余配置的雙光纖以太網(wǎng)接口，220KV間隔層采用100Mb雙光纖星形網(wǎng)結(jié)構(gòu)，220KV間隔層的保護(hù)測(cè)控IED通過(guò)光纖連接到相應(yīng)的以太網(wǎng)交換機(jī)；5個(gè)10KV間隔均采用100Mb星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，10KV 的保護(hù)測(cè)控IED通過(guò)RJ45接口連接到相應(yīng)配電所的以太網(wǎng)交換機(jī)。220KV和10KV間隔層網(wǎng)絡(luò)，均通過(guò)雙光纖鏈路連接到站控層的冗余配置的雙星形光纖以太網(wǎng)。這一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使整個(gè)通信系統(tǒng)具有通信速率快、可靠安全、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。3.3 以太網(wǎng)交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)化的IEC61850變電站綜合自動(dòng)

13、化系統(tǒng)中，以太網(wǎng)交換機(jī)除了用于構(gòu)建各種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和傳輸控制命令和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以外，還通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸間隔設(shè)備之間的跳閘命令和閉鎖信號(hào)。因此，在IEC61850系統(tǒng)中，以太網(wǎng)交換機(jī)是極其重要的設(shè)備，設(shè)計(jì)中必須考慮采用符合IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。在IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn)中，提出了對(duì)工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)滿足與安裝在變電站間隔層就地的保護(hù)測(cè)控裝置一樣的環(huán)境、機(jī)械以及電磁兼容的要求。具體標(biāo)準(zhǔn)引用了IEC61000-6-5和IEEE P1613標(biāo)準(zhǔn)。此外，為了保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)確定性及安全性和組網(wǎng)的靈活性，應(yīng)采用支持多種光纖和銅以太網(wǎng)通信接口的網(wǎng)管型交換機(jī)，該交換機(jī)應(yīng)提供全雙工工作、虛擬局域網(wǎng)（VLAN）

14、、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、生成樹(shù)（STP）和快速生成樹(shù)（RSTP）、IGMP偵聽(tīng)、端口鏡像、遠(yuǎn)程訪問(wèn)撥入用戶服務(wù)（RADIUS）、終端訪問(wèn)控制器訪問(wèn)控制系統(tǒng)（TACACS+）、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）等實(shí)時(shí)傳輸和控制、安全及管理功能。3.4 間隔層智能電子設(shè)備（IED）在基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的 間隔層IED設(shè)計(jì)考慮方面， 所選擇的IED首先滿足電解鋁現(xiàn)場(chǎng)對(duì)保護(hù)測(cè)控功能和性能的要求，特別需要提出的是，為了保證所選擇設(shè)備的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行，尤其需要考慮IED的電磁兼容(EMC) 、機(jī)械及氣候環(huán)境等方面的性能，必須滿足IEC61850-3部分標(biāo)準(zhǔn)中提出的要求。作為基于IEC6

15、1850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，所選擇的IED應(yīng)具有嵌入式IEC61850規(guī)約，并提供完整的數(shù)據(jù)和服務(wù)模型，這包括各種保護(hù)測(cè)控IED所需要的相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)模型以及GOOSE實(shí)時(shí)傳輸控制功能。在IEC61850系統(tǒng)中，GOOSE的引人應(yīng)用是有別于傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要特征，所以在應(yīng)用中是必須考慮的。蘭鋁項(xiàng)目設(shè)計(jì)始于2006年初，盡管當(dāng)時(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提出了基于GOOSE控制功能，特別是基于GOOSE的間隔之間的連鎖功能，但后來(lái)考慮到國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)規(guī)程、項(xiàng)目驗(yàn)收以及用戶運(yùn)行維護(hù)水平等因素，在方案最終確認(rèn)階段并沒(méi)有考慮實(shí)施基于GOOSE應(yīng)用。但由于所選擇的間隔層IED支持完整的模擬量和數(shù)字量傳輸功

16、能，將來(lái)通過(guò)IED組態(tài)即可實(shí)施用戶需要的擴(kuò)展應(yīng)用。為了保證IED的互操作性，所選擇的IED還應(yīng)根據(jù)IEC61850-10標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)KEMA以及中國(guó)電科院的一致性測(cè)試，這一點(diǎn)對(duì)于保護(hù)用戶將來(lái)的投資是非常重要的。此外，在設(shè)計(jì)中還考慮了采用的IED在電解鋁等行業(yè)應(yīng)具有多年成功的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)提供基于IEC61850 GOOSE的成功的商業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。4.蘭鋁220KV整流變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)蘭鋁整流變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其監(jiān)控范圍包括一個(gè)220KV整流變電所和五個(gè)10KV配電所，它主要由支持間隔層IEC61850功能的保護(hù)測(cè)控IED、以太網(wǎng)交換機(jī)以及監(jiān)控計(jì)算機(jī)三部分組成，它是一個(gè)完整的滿足IEC618

17、50站控層和間隔層要求的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，如圖2所示。蘭鋁整流變自動(dòng)化系統(tǒng)以靈活多樣的“組態(tài)方式”而來(lái)實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)測(cè)控裝置（IED）的互聯(lián)以及軟硬件的集成，構(gòu)成一可靠的IEC61850站控層和間隔層解決方案。蘭鋁整流變自動(dòng)化系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1）控主站采用雙服務(wù)器和雙監(jiān)控工作站的冗余配置方案，另外還配置一臺(tái)工程師工作站用于保護(hù)測(cè)控IED是組態(tài)設(shè)定、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、故障綠波分析及日常維護(hù)等。監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)，它可以減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提供柔性性能，為系統(tǒng)的冗余功能打下良好的基礎(chǔ)。它可以用于單機(jī)或雙機(jī)、多路遠(yuǎn)程通信，也可以作為局域網(wǎng)的當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)。其各種服務(wù)器都有多客戶支持能力，

18、即它們不但可以支持本地計(jì)算機(jī)其他客戶的請(qǐng)求，也可以支持網(wǎng)絡(luò)上其他計(jì)算機(jī)客戶任務(wù)的請(qǐng)求，完成整流變的監(jiān)控功能。2）整個(gè)系統(tǒng)的配置充分利用IEC61850系統(tǒng)的通信特性，采用高度集成的配置方案，取消了常規(guī)系統(tǒng)的RTU、主控單元、故障錄波裝置、備自投等設(shè)備，從而節(jié)省了大量的硬件、屏柜、布線等費(fèi)用，并形成一個(gè)易于擴(kuò)展的、具有互操作性的自動(dòng)化系統(tǒng)。3）采用100Mb光纖雙星形網(wǎng)的冗余結(jié)構(gòu)，結(jié)合滿足IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn)的“變電站級(jí)”以太網(wǎng)交換機(jī)，提供一個(gè)高速的和高可靠性的站層和間隔層通信網(wǎng)絡(luò)。4）220KV間隔層IED采用保護(hù)測(cè)控獨(dú)立的配置方案，通信接口采用100Mb雙光纖接入方式，采用冗余介質(zhì)切換以

19、保證通信的可靠性。這一配置方案除了保證站層和間隔層之間的高速通信外，還具有高EMC性能，可滿足220KV整流變間隔層設(shè)備的測(cè)控要求。5）從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面綜合考慮，10KV間隔層IED采用保護(hù)控制一體化的配置方案，通信接口采用10/100Mb自適應(yīng)RJ45接入方式。這一配置方案在滿足10KV間隔保護(hù)測(cè)控要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)降低10KV間隔層IED的配置，并同時(shí)減少10KV間隔層以太網(wǎng)交換機(jī)的開(kāi)銷來(lái)達(dá)到減少設(shè)備費(fèi)用的目的。6）以太網(wǎng)交換機(jī)采用采用符合IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn)的Multilink系列交換機(jī)。該系列交換機(jī)除了提供適應(yīng)變電站環(huán)境的工業(yè)級(jí)交換機(jī)的所有實(shí)時(shí)傳輸和控制、安全及管理等功能外，還支持

20、小于每跳5ms的環(huán)網(wǎng)故障切換性能，并提供光纖斷線檢測(cè)、GOOSE優(yōu)先等功能，用于優(yōu)化整個(gè)整流變自動(dòng)化系統(tǒng)的性能。7）所采用的220KV和10KV間隔層保護(hù)測(cè)控裝置，均支持完整的GOOSE功能，可實(shí)現(xiàn)間隔層IED之間的數(shù)字量和模擬量的實(shí)時(shí)信息傳輸，將來(lái)需要時(shí)通過(guò)組態(tài)可實(shí)現(xiàn)間隔層之間連鎖、備自投、閉鎖式母線保護(hù)等功能。8）間隔層保護(hù)測(cè)控裝置采用GE公司UR系列IED和F650饋線保護(hù)裝置。UR系列IED均支持嵌入式IEC61850間隔層設(shè)備所需的所有保護(hù)、測(cè)控及通信功能，并具有完整的間隔層設(shè)備之間的GOOSE實(shí)時(shí)控制功能。9）整個(gè)系統(tǒng)配置1臺(tái)GPS裝置對(duì)全站系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)時(shí)，同時(shí)系統(tǒng)可通過(guò)SNTP網(wǎng)絡(luò)

21、統(tǒng)一對(duì)時(shí)。10）整流機(jī)組監(jiān)控PLC系統(tǒng)的單機(jī)組總PLC和其它四組PLC以總線方式通訊，各單元之間組成Profibus DP環(huán)網(wǎng)，機(jī)組總PLC向上以雙以太網(wǎng)方式接入直流屏微機(jī)室交換機(jī)。5. 蘭鋁220KV整流變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的配置方案5.1 概述蘭鋁項(xiàng)目的保護(hù)監(jiān)控范圍，包括1個(gè)220KV整流變電所和5個(gè)10KV配電所。220kV部分按配電單元分布劃為2個(gè)進(jìn)線回路、1個(gè)母聯(lián)回路、2個(gè)動(dòng)力變壓器回路、6個(gè)整流機(jī)組回路、2個(gè)PT回路共13個(gè)間隔。10kV部分共設(shè)五個(gè)配電室，每個(gè)配電室均采用單母線分段結(jié)線。五個(gè)10KV配電室共有89個(gè)間隔。以下介紹的配置方案，包括蘭鋁整流變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)使用的站控層計(jì)算

22、機(jī)監(jiān)控設(shè)備、220KV和10KV間隔層保護(hù)測(cè)控裝置以及站控層和間隔層應(yīng)用的以太網(wǎng)交換機(jī)。5.2 站控層站控層硬件設(shè)備由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、監(jiān)控工作站、以太網(wǎng)交換機(jī)、GPS同步時(shí)鐘以及模擬屏等組成。站控層網(wǎng)絡(luò)采用100Mb冗余光纖以太網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)，由2臺(tái)冗余配置的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)和光纜組成。監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)備包括2臺(tái)IBM機(jī)架式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、2臺(tái)IBM監(jiān)控工作站、1臺(tái)IBM工程師工作站以及LCD顯示器、打印機(jī)、UPS等輔助設(shè)備。2臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及2臺(tái)監(jiān)控工作站均采用冗余熱備份方式構(gòu)成，每個(gè)系統(tǒng)都可獨(dú)立地獲取所連接的IED 的內(nèi)部數(shù)據(jù)，完成220KV整流所和5個(gè)10kV配電所的保護(hù)測(cè)控功能。后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的3

23、臺(tái)工作站均采用工業(yè)控制級(jí)計(jì)算機(jī)，其中2臺(tái)監(jiān)控工作站用于系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)視和控制，另1臺(tái)工程師工作站則用于保護(hù)測(cè)控IED的組態(tài)和整定、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、故障錄波分析及日常維護(hù)等。后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括FARADSEA4.0監(jiān)控軟件、SQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器軟件、Windows 2000 Server操作系統(tǒng)、IEC61850接口服務(wù)器軟件、IEC61850客戶端軟件、Windows 2000 Office辦公軟件、西門(mén)子PLCOPC接口軟件等，共同完成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)采集和各控制點(diǎn)的控制任務(wù)。監(jiān)控軟件采用客戶/服務(wù)器工作模式，2臺(tái)系統(tǒng)工作站按主從機(jī)方式配置為雙機(jī)冗余熱備份系統(tǒng)，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)故障均不會(huì)影響整個(gè)

24、系統(tǒng)的正常運(yùn)行。整流監(jiān)控PLC系統(tǒng)的單機(jī)組總PLC和其它四組PLC以總線方式通訊，各單元之間組成Profibus DP環(huán)網(wǎng)，機(jī)組總PLC向上以雙以太網(wǎng)方式接入直流屏微機(jī)室交換機(jī)。在主控室內(nèi)還設(shè)有一模擬監(jiān)控屏, 模擬監(jiān)控屏經(jīng)過(guò)通信以以太網(wǎng)通訊方式與系統(tǒng)工作站相聯(lián)，直觀顯示220kV及整流所、全廠10kV系統(tǒng)和整流系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。5.3 以太網(wǎng)交換機(jī)在該項(xiàng)目中，采用GE公司的Multilink系列以太網(wǎng)交換機(jī)。這是專門(mén)為變電站惡劣環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)，它除了提供工業(yè)級(jí)交換機(jī)的所有功能以外，還符合IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證實(shí)其性能；此外，它支持智能環(huán)網(wǎng)冗余切換、光纖鏈路丟失和

25、GOOSE優(yōu)先等功能，為IEC61850變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用首選設(shè)備。在本項(xiàng)目中，在站控層和間隔層均配置ML2400網(wǎng)管型的以太網(wǎng)交換機(jī)。以太網(wǎng)交換機(jī)安裝在三個(gè)地點(diǎn)，即主控樓微機(jī)室、直流屏微機(jī)室以及10KV間隔層就地開(kāi)關(guān)柜上。監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)備和模擬屏連接到主控樓微機(jī)室交換機(jī)屏的2臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)；220KV間隔層保護(hù)測(cè)控裝置連接到直流屏微機(jī)室的14臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)；10KV間隔層保護(hù)測(cè)控裝置則就近連接到各10KV配電所的10KV開(kāi)關(guān)柜上的8臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)上。10KV配電所的以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)雙光纖鏈路與直流屏微機(jī)室的交換機(jī)連接。站控層的直流屏微機(jī)室配置有2個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)屏，每個(gè)交換機(jī)屏安裝有7臺(tái)M

26、L2400交換機(jī)，每臺(tái)交換機(jī)提供8個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口。主控樓微機(jī)室配置的2臺(tái)ML2400交換機(jī)，每臺(tái)交換機(jī)提供8個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口和8個(gè)10M/100M自適應(yīng)RJ45接口。10KV間隔層的交換機(jī)，均安裝在各配電所的10KV母聯(lián)上。各配電所的以太網(wǎng)交換機(jī)的配置方案如下：1）10KV整流所配置2臺(tái)ML2400交換機(jī)，其中一臺(tái)提供4個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口和8個(gè)10M/100M自適應(yīng)RJ45接口，另一臺(tái)提供4個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口和16個(gè)10M/100M自適應(yīng)RJ45接口。2）10KV電解煙氣凈化室配置2臺(tái)ML2400交換機(jī)，每臺(tái)交換機(jī)提

27、供2個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口和8個(gè)10M/100M自適應(yīng)RJ45接口 。3）10KV空壓站配置1臺(tái)ML2400交換機(jī)，提供2個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口和16個(gè)10M/100M自適應(yīng)RJ45接口。4）10KV鑄造分配配置1臺(tái)ML2400交換機(jī)，提供提供2個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口和8個(gè)10M/100M自適應(yīng)RJ45接口。5）10KV炭素分配配置2臺(tái)ML2400交換機(jī)，提供2個(gè)100Mb ST接頭的多模光纖接口和8個(gè)10M/100M自適應(yīng)RJ45接口。5.4 間隔層保護(hù)測(cè)控IED根據(jù)本項(xiàng)目對(duì)220KV和10KV保護(hù)測(cè)控裝置的要求，除了提供相應(yīng)的保護(hù)測(cè)控功能以外，所有

28、保護(hù)測(cè)控裝置應(yīng)具有完整的相關(guān)的IEC61850數(shù)據(jù)和服務(wù)模型，并支持GOOSE/GSSE功能。220KV間隔層保護(hù)測(cè)控裝置采用GE公司的UR系列IED，這是GE公司采用高性能通用軟硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)的高端系列產(chǎn)品，它覆蓋從發(fā)電、輸電、配電的應(yīng)用領(lǐng)域，在業(yè)界已有近10年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、輸配電系統(tǒng)以及工業(yè)系統(tǒng)。UR系列產(chǎn)品也是業(yè)界首先推出的全系列支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，其最新推出的固件版本同時(shí)支持IED之間傳輸數(shù)字和模擬量傳輸功能（GOOSE/GSSE）。10KV間隔層保護(hù)測(cè)控裝置采用GE公司的F650間隔控制器，該IED同樣支持相關(guān)的IEC61850數(shù)據(jù)和服務(wù)模型以及GOOSE/

29、GSSE控制功能。在近幾年的國(guó)外UCA/IEC61850項(xiàng)目中，已有大量的UR系列IED和F650裝置投入商業(yè)運(yùn)行。5.4.1 220KV間隔層保護(hù)測(cè)控配置方案5.4.1.1 220KV線路間隔220KV線路保護(hù)按照主保護(hù)和后備保護(hù)獨(dú)立的方式配置。主保護(hù)采用一臺(tái)L90光纖線路差動(dòng)保護(hù)，與電廠側(cè)L90配套使用提供線路電流差動(dòng)主保護(hù)功能；后備保護(hù)采用F35饋線保護(hù)裝置，提供過(guò)流后備保護(hù)功能。每條220KV線路配置一臺(tái)C30測(cè)控裝置，完成本間隔遙信量的采集和控制功能。此外，每條220KV線路配置一塊EPM5500多功能表計(jì)，采集電流、電壓、有功、無(wú)功、電量等遙測(cè)量。保護(hù)測(cè)控裝置以及多功能表安裝在22

30、0KV進(jìn)線保護(hù)測(cè)控屏上。L90光纖線路縱差保護(hù)提供的保護(hù)和控制功能包括：帶自適應(yīng)制動(dòng)的電流差動(dòng)保護(hù)、相間及接地距離保護(hù)、相間和中線方向過(guò)流保護(hù)、相間接地和中線過(guò)流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、相過(guò)壓和低電壓保護(hù)、短引線保護(hù)、直接傳輸跳閘保護(hù)和自動(dòng)重合閘和同期檢測(cè)等。F35提供的保護(hù)功能包括：相間過(guò)流及速斷保護(hù)、接地（零序）或靈敏接地保護(hù)、中線過(guò)流保護(hù)、負(fù)序過(guò)流保護(hù)、電壓及頻率保護(hù)。5.4.1.2 220KV母聯(lián)間隔220KV母聯(lián)配置一臺(tái)F35饋線保護(hù)作為母聯(lián)保護(hù)，F(xiàn)35提供的母聯(lián)保護(hù)測(cè)量功能包括：母聯(lián)過(guò)流保護(hù)、母聯(lián)速斷過(guò)流保護(hù)以及母線電壓測(cè)量功能。220KV母聯(lián)配置一臺(tái)C30測(cè)控裝置，完成本間隔遙信量的

31、采集和斷路器的控制功能。此外，220KV母聯(lián)還配置一塊EPM5500多功能表完成母聯(lián)電流等遙測(cè)功能。保護(hù)及測(cè)控裝置安裝在220KV母聯(lián)保護(hù)測(cè)控屏上。5.4.1.3 220KV母線間隔220KV母線配置2套B90母線保護(hù)裝置。B90提供的保護(hù)功能包括：有制動(dòng)和無(wú)制動(dòng)的母線差動(dòng)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、末端故障保護(hù)、瞬時(shí)過(guò)流和延時(shí)過(guò)流保護(hù)。B90母差保護(hù)具有低于一個(gè)周波的動(dòng)作時(shí)間，并具有快速可靠的CT飽和檢測(cè)、動(dòng)態(tài)母線仿形、檢查段以及用于監(jiān)視目的的欠壓監(jiān)視等功能。5.4.1.4 220KVPT間隔每個(gè)220KV PT間隔配置一臺(tái)F35保護(hù)裝置，完成各段母線電壓的檢測(cè)和報(bào)警信號(hào)輸出，完成PT回路信號(hào)量的

32、采集和隔離刀的控制。2個(gè)PT間隔共配置2臺(tái)F35完成保護(hù)和測(cè)控功能，2臺(tái)PT間隔保護(hù)裝置安裝在同一面屏體中。5.4.1.5 220KV動(dòng)力變間隔根據(jù)保護(hù)主、后備保護(hù)分開(kāi)配置的原則，每臺(tái)動(dòng)力變主保護(hù)配置1臺(tái)T35變壓器保護(hù)裝置,實(shí)現(xiàn)電流差動(dòng)主保護(hù)功能；配置1臺(tái)F35饋線保護(hù)裝置作為高壓側(cè)后備過(guò)流保護(hù)。保護(hù)裝置安裝在220KV動(dòng)力變保護(hù)、測(cè)控屏上。每條220KV動(dòng)力變線路配置一臺(tái)C30測(cè)控裝置，配置一臺(tái)EPM5500，完成本間隔遙信量、遙測(cè)量的采集和斷路器的控制功能，另每條回路配套一套電壓切換箱。保護(hù)及測(cè)控裝置安裝在220KV動(dòng)力變GIS間隔保護(hù)測(cè)控屏上。T35提供的保護(hù)功能包括：雙斜率比率制動(dòng)的

33、電流差動(dòng)保護(hù)、差流速斷保護(hù)、過(guò)流后備保護(hù)。F35提供的保護(hù)功能包括：高壓側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、高壓側(cè)間隙零序過(guò)流和零序過(guò)電壓保護(hù)、高壓側(cè)及中性點(diǎn)反時(shí)限零序電流保護(hù)。對(duì)于動(dòng)力變的本體瓦斯保護(hù)、有載分接開(kāi)關(guān)瓦斯保護(hù)、本體壓力釋放閥保護(hù)、有載分接開(kāi)關(guān)壓力釋放閥保護(hù)、溫度高等保護(hù)跳閘，通過(guò)本體保護(hù)接點(diǎn)直接接入保護(hù)裝置的狀態(tài)輸入實(shí)現(xiàn)保護(hù)跳閘及完成保護(hù)動(dòng)作信號(hào)采集。5.4.1.6 220KV調(diào)壓整流機(jī)和整流機(jī)組間隔220KV整流機(jī)組饋線間隔，配置一臺(tái)F35保護(hù)裝置，配置一臺(tái)C30測(cè)控裝置，配置一臺(tái)EPM5500測(cè)量表計(jì)，它們共同配合完成本間隔的保護(hù)、控制和測(cè)量功能。此外，還配置一臺(tái)電壓切換箱完成PT電壓切換功能，單獨(dú)組屏。每臺(tái)調(diào)壓整流變