IEC61850技術(shù)上的35KV七甸變電站數(shù)字化改造方案分析與研究

1、基于IEC61850技術(shù)上的35KV七甸變電站數(shù)字化改造方案分析與研究摘要：為了實現(xiàn)變電站繼電保護(hù)、測控、錄波、備自投、接地選線等二次系統(tǒng)功能的整合，實現(xiàn)過程層總線和站控層的總線數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一配置全站保護(hù)和監(jiān)控功能。本文在iec61850技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了幾種數(shù)字化變電站建設(shè)方案，并對其進(jìn)行了分析和研究，旨在對云南七甸35kv變電站進(jìn)行數(shù)字化改造工程項目上提供一種技術(shù)參考；為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的自動化、互動化和信息化進(jìn)行積極的探索和有益的嘗試 。關(guān)鍵詞：iec61850；數(shù)字化；變電站；0引言雖然目前變電站自動化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一定水平，但在局部還存在著各種各樣的局限性，一次電氣設(shè)備和二次裝置之

2、間的信息交互還是依靠強電控制、模擬信號傳送和硬接點輸入，開關(guān)廠一次電氣設(shè)備和二次裝置之間需要敷設(shè)大量的二次電纜，無論電力設(shè)計、電建施工還是運行維護(hù)，都存在很大的工作量。一次電氣設(shè)備模擬信號和狀態(tài)信號的數(shù)字化處理還是依靠二次裝置來完成，這樣就無法做到一次電氣設(shè)備和二次裝置的電氣隔離?，F(xiàn)有的二次智能裝置（無論是測控裝置還是保護(hù)裝置）支持不同的、各種各樣的通信協(xié)議和傳輸介質(zhì)，致使變電站內(nèi)智能裝置的互操作性成為一個嚴(yán)峻的問題，于是各種規(guī)約轉(zhuǎn)換技術(shù)問世，增加了變電站內(nèi)的調(diào)試和運行維護(hù)的工作量1，也為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行埋下隱患。目前電網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到智能電網(wǎng)階段，技術(shù)要求越來越高高，要求實現(xiàn)自動化，信息化，和互動

3、化。傳統(tǒng)變電站已經(jīng)不能滿足電網(wǎng)發(fā)展的要求，唯有通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，即數(shù)字化技術(shù)的充分應(yīng)用才能滿足發(fā)展的需要。電子式互感器、全數(shù)字式保護(hù)測控裝置、計算機高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟，以及iec61850標(biāo)準(zhǔn)的實施頒布，使得數(shù)字化變電站的工程實現(xiàn)成為可能，進(jìn)而使傳統(tǒng)變電站中存在的諸多問題得到根本解決2，從而滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。因此 ，對數(shù)字化變電站的研究、建設(shè)和推廣是進(jìn)一步推進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)水平發(fā)展的重點。數(shù)字化變電站概述數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備基于iec 61850標(biāo)準(zhǔn)，按照過程層、間隔層、站控層三層結(jié)構(gòu)體系分層構(gòu)建，以通信網(wǎng)絡(luò)代替二次電纜，并實現(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的變電站

4、3。隨著iec 61850變電站通信標(biāo)準(zhǔn)體系的頒布實施、電子式互感器技術(shù)的推廣應(yīng)用、信息的光纖網(wǎng)絡(luò)化傳輸、以及智能斷路器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化變電站已經(jīng)具備了推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。1.1 數(shù)字化變電站技術(shù)特點數(shù)字化變電站采用低功率、緊湊型的新型電流電壓互感器代替常規(guī)ct和pt，利用高速光纖以太網(wǎng)構(gòu)成變電站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于iec 61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信息建模，并采用了智能斷路器控制等先進(jìn)技術(shù)。與傳統(tǒng)變電站相比具有以下突出特點：(1)數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了數(shù)字化采用電子式互感器，結(jié)構(gòu)緊湊，無鐵磁諧振與磁飽和問題，采樣數(shù)據(jù)數(shù)字量輸出。(2)設(shè)備操作實現(xiàn)了智能化采用智能化一次設(shè)備，設(shè)備信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)交互

5、，實現(xiàn)了對一次設(shè)備的智能化控制。(3)信息交互實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化取消了控制電纜，二次設(shè)備間通過光纖網(wǎng)絡(luò)交換采樣數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)和控制命令等信息。(4)設(shè)備檢修實現(xiàn)了狀態(tài)化可以在線監(jiān)測一、二次設(shè)備的健康狀況，從而判斷設(shè)備是否需要檢修或者檢修的最佳時間，大大提高了檢修效率，減少了設(shè)備停運次數(shù)，降低了檢修成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。(5)運行管理自動化采用自動故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)，提升了運行管理自動化水平，大大簡化了運行維護(hù)。（a）傳統(tǒng)變電站 (b)數(shù)字化變電站圖1 傳統(tǒng)/數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)對比示意圖1.2 社會經(jīng)濟(jì)效益數(shù)字化變電站技術(shù)符合國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。它通過技術(shù)創(chuàng)新

6、進(jìn)一步減少了二次電纜和占地面積，避免了二次設(shè)備數(shù)據(jù)重復(fù)采集，減少了安全隱患，大幅度縮短施工周期，顯著降低了系統(tǒng)生命周期成本，為智能電網(wǎng)的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件，具有重大的社會經(jīng)濟(jì)效益。2 數(shù)字化變電站實現(xiàn)模式數(shù)字化變電站的實施是一個循序漸進(jìn)的過程，當(dāng)前典型的的數(shù)字化變電站方案有以下三種：方案一：僅站控層遵循 iec 61850標(biāo)準(zhǔn)的不完全數(shù)字化變電站，如圖2所示。方案二：在繼承方案一基礎(chǔ)上，采用了智能一次設(shè)備（或智能單元），但仍然使用常規(guī)ct/pt的不完全數(shù)字化變電站，如圖3所示。方案三：在繼承方案二基礎(chǔ)上，遵循iec61850標(biāo)準(zhǔn)，采用數(shù)字化ct/pt、智能一次設(shè)備的完全型數(shù)字化變電站，如圖4所示。

7、2.1 僅站控層遵循iec 61850標(biāo)準(zhǔn)的不完全數(shù)字化變電站如圖2所示，在本方案中，一次設(shè)備仍然采用傳統(tǒng)的互感器和開關(guān)，僅二次保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)遵循iec 61850標(biāo)準(zhǔn)。本方案由于不涉及到過程層的實現(xiàn)，因此實施技術(shù)難度相對較小，它既可以應(yīng)用在新站設(shè)計，也可以應(yīng)用于老站改造。圖2僅站控層采用iec61850標(biāo)準(zhǔn)的不完全數(shù)字化變電站。2.2 遵循iec 61850標(biāo)準(zhǔn)，采用傳統(tǒng)互感器和智能一次開關(guān)的不完全數(shù)字化變電站如圖3所示，在方案一基礎(chǔ)上，一次設(shè)備仍采用傳統(tǒng)互感器，但斷路器采用智能斷路器，或常規(guī)斷路器通過智能單元轉(zhuǎn)換為符合iec 61850標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備。在本方案中，過程層網(wǎng)絡(luò)僅通過goo

8、se報文實現(xiàn)了開關(guān)信息的采集和控制。它在iec 61850的實現(xiàn)上比圖2所示的方案又前進(jìn)了一步。圖2僅站控層遵循 iec 61850標(biāo)準(zhǔn)的不完全數(shù)字化變電站圖3遵循iec61850標(biāo)準(zhǔn)，采用常規(guī)互感器的不完全數(shù)字化變電站2.3 遵循iec 61850標(biāo)準(zhǔn)，采用電子式互感器和智能一次設(shè)備的全數(shù)字化變電站如圖4所示，在方案二基礎(chǔ)上，一次設(shè)備采用電子式互感器和智能開關(guān)（或常規(guī)斷路器+智能單元）并基于iec 61850標(biāo)準(zhǔn)，這樣整個變電站自動化系統(tǒng)（一次設(shè)備、二次保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)）均遵循iec61850標(biāo)準(zhǔn)。本方案實現(xiàn)了iec 61850標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的三層設(shè)備、二層網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到一定程度后可以考

9、慮過程層網(wǎng)絡(luò)和站級網(wǎng)絡(luò)的合并）結(jié)構(gòu)，能夠徹底地實現(xiàn)設(shè)備間信息共享和互操作。它是今后數(shù)字化變電站的發(fā)展方向。如無特別說明，下文所討論的數(shù)字化變電站均指的是本方案，即全數(shù)字化變電站方案。圖4 全數(shù)字化變電站3.工程實例分析通過對云南七甸35kv變電站進(jìn)行數(shù)字化改造工程項目的深入研究以及上一章節(jié)對數(shù)字化變電站三種構(gòu)架的分析，在充分了解了35kv七甸變電站的情況后，主要從一次設(shè)備和二次設(shè)備的改造兩方面提出如下方案。3.1一次設(shè)備改造方案在本次35kv七甸數(shù)字化改造項目中，一次設(shè)備主要如互感器方面采用的是無鐵心的電子式互感器，可以節(jié)約大量的有色金屬和黑金屬，主變方面采用就地數(shù)字化方式，其方案對比如圖5所

10、示圖5 一次設(shè)備改造方案對比圖通過分析提供的以上三種改造方案后，可知方案一比較適合，其施工工程量小，設(shè)備先進(jìn)，智能化程度高，運行安全、可靠性高，一次性總投資費用高。后續(xù)運行缺陷率低，維護(hù)費用低，還可大幅降低因故障、缺陷導(dǎo)致的停電損失。3.2二次設(shè)備改造方案針對二次設(shè)備的改造提出如下兩種方案：(1)采用了站域一體化集中式保護(hù)測控裝置，集成度高，技術(shù)上具有有前瞻性，但這種方式實現(xiàn)保護(hù)的可靠性和速動性有待驗證。為了保證全站保護(hù)功能的可靠性及速動性，另外配置了按間隔配置的分布式保護(hù)。(2) 采用35kv及以下電壓等級的保護(hù)測控一體化裝置集成方式，既考慮了保護(hù)的速動性/可靠性，又將二次設(shè)備的集成度放到了

11、適宜的水平，在不損失保護(hù)性能的前提下減少了二次設(shè)備的數(shù)量，降低了建設(shè)成本。通過對比得出方案一既具有前瞻性的技術(shù)驗證研究，又兼顧了全站保護(hù)的可靠性。綜合考慮技術(shù)前瞻性和可靠性，推薦方案一為本站的改造方案。4 結(jié)論通過提供的一次與二次設(shè)備改造方案，35kv七甸變電站運用本次方案進(jìn)行改造后，二次設(shè)備呈現(xiàn)出，小型化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的特點，光纖網(wǎng)絡(luò)替代了常規(guī)的控制電纜回路，相對常規(guī)站取消了二次設(shè)備室下的電纜夾層，由于控制電纜的減少，二次電纜溝界面由常規(guī)站的2條減少到一條，減少了大量電纜的敷設(shè)，二次光纖一次完成，簡化了設(shè)備的安裝和調(diào)試過程；運行維護(hù)簡單，較常規(guī)站而言縮短工程周期30多天，促進(jìn)該變電站提前投產(chǎn)送電。參考文獻(xiàn)1 劉