淺談對(duì)開(kāi)元110kV變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

1、淺談對(duì)開(kāi)元110kV變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試寇琰（銀川供電局保護(hù)自動(dòng)化所保護(hù)一班，寧夏 銀川 750001）摘要：本文以智能化變電站及系統(tǒng)構(gòu)成的基本概念入手，結(jié)合開(kāi)元110kV變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，介紹了其基本組成、功能及組網(wǎng)三層雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)開(kāi)元變驗(yàn)收總結(jié)出部分測(cè)試方法。關(guān)鍵詞：智能化變電站，站控層，間隔層，過(guò)程層，SV，GOOSE0、引言智能化變電站（smart substation），是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智

2、能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。智能化變電站是數(shù)字化變電站的升級(jí)和發(fā)展，在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能電網(wǎng)的需求，對(duì)變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行充實(shí)以實(shí)現(xiàn)變電站智能化功能。從智能電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)看，智能化變電站是智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制的關(guān)鍵。1、智能化變電站概述智能化變電站從本質(zhì)定義的角度來(lái)說(shuō)，其主要特征是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)”，即智能化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。開(kāi)元110kV智能化變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)化變電站示意圖如圖1所示，全站劃分為三層，即站控層，間隔層和過(guò)程層。

3、全站網(wǎng)絡(luò)分成GOOSE網(wǎng)絡(luò)和站控層MMS網(wǎng)絡(luò)兩部分，各部分之間獨(dú)立組網(wǎng)，有效的避免了不同數(shù)據(jù)之間的相互影響，確保整個(gè)變電站系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。圖1 傳統(tǒng)變電站與智能化變電站結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)上述特征，開(kāi)元110kV變電站的外在表現(xiàn)為用網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的電纜硬接線，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接全站的所有設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)通信可以解決常規(guī)變電站二次回路開(kāi)路短路，二次回路電纜施工、調(diào)試、維護(hù)工作繁瑣，二次回路傳輸信號(hào)精度差，易受干擾等問(wèn)題；網(wǎng)絡(luò)光纖還減少了傳統(tǒng)二次回路電纜消耗的大量有色金屬，節(jié)約了資源。2、開(kāi)元110kV變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開(kāi)元110kV智能化變電站通信網(wǎng)絡(luò)采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將變電站在結(jié)構(gòu)上

4、劃分為站控層、間隔層和過(guò)程層，并通過(guò)分層、分布、開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通信。整個(gè)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)可以分為：站控層和間隔層之間的間隔層通訊網(wǎng)、以及間隔層和過(guò)程層之間的過(guò)程層通訊GOOSE網(wǎng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 開(kāi)元110kV變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1、站控層2.1.1站控層的主要功能站控層的主要任務(wù)是：通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，按時(shí)登陸歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；按既定協(xié)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度或控制中心；接受調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過(guò)程層執(zhí)行；具有全站微機(jī)五防功能；具有（或備有）站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、人機(jī)聯(lián)系功能；具有對(duì)間隔層、過(guò)程層設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)、在線修改

5、參數(shù)的功能；具有（或備有）變電站故障自動(dòng)分析和操作培訓(xùn)功能。2.1.2站控層的主要設(shè)備開(kāi)元變站控層設(shè)備包括主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析系統(tǒng)、GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)等。（1）遠(yuǎn)動(dòng)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)：是站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要人機(jī)界面，采用南瑞繼保PCS后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，以圖形及報(bào)表的形式顯示各種SOE事件記錄和告警信息，具有設(shè)備狀態(tài)和定值參數(shù)的在線查詢及修改，對(duì)一次開(kāi)關(guān)等設(shè)備遠(yuǎn)程操作控制命令的下達(dá)等功能。通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，變電運(yùn)行人員能夠?qū)崿F(xiàn)全站設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和操作控制。本站配置兩臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，與主機(jī)計(jì)算機(jī)在硬件上進(jìn)行合并設(shè)置，實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)視操作的功能。（2）網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析系統(tǒng)：開(kāi)元變由兩臺(tái)許

6、繼WEA-800構(gòu)成，通過(guò)在線分析GOOSE網(wǎng)和MMS網(wǎng)內(nèi)的所有通訊報(bào)文，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀況并及時(shí)對(duì)異常進(jìn)行報(bào)警，將報(bào)警信號(hào)上傳至遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控后臺(tái)，同時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)工作人員可根據(jù)所記錄的系統(tǒng)通訊報(bào)文進(jìn)行離線分析，從而查找系統(tǒng)存在的隱患和異常、分析系統(tǒng)異常和錯(cuò)誤原因，指導(dǎo)有關(guān)人員定位排除系統(tǒng)隱患和故障。2.1.3站控層的組網(wǎng)站控層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)MMS/GOOSE網(wǎng)交換機(jī)與站控層其它設(shè)備通信，與間隔層網(wǎng)絡(luò)通信。功能和結(jié)構(gòu)與常規(guī)變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基本類(lèi)似，全站信息的匯總功能(包括防誤閉鎖）可依靠MMS/GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。2.2間隔層開(kāi)元變間隔層包括主變及110kV線路保護(hù)裝置、分段及備投裝置、測(cè)控裝置、

7、故障錄波器、低頻低壓減載裝置、電能計(jì)量裝置等設(shè)備，其主要功能是：（1） 匯總本間隔過(guò)程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；（2） 主變及110kV線路保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的保護(hù)控制和完成采樣、測(cè)量、防誤閉鎖、同期檢測(cè)等功能；（3） 承上啟下的通信功能，即同時(shí)高速完成與過(guò)程層及變電站層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。2.3、過(guò)程層2.3.1過(guò)程層的主要功能過(guò)程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說(shuō)過(guò)程層是智能化電氣設(shè)備的智能化部分，其主要功能可分為三類(lèi)：（1）電氣運(yùn)行的實(shí)時(shí)電氣測(cè)量。（2）運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)。（3）操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。2.3.2過(guò)程層的主要設(shè)備過(guò)程層包括：電子式互感器、智能終端、合并單元等構(gòu)成。（

8、1）電子式互感器：開(kāi)元變采用電子式電壓/電流互感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的測(cè)量，并通過(guò)光纖傳輸至合并單元直接輸出數(shù)字信號(hào)，與綜自站的傳統(tǒng)互感器相比，開(kāi)元變的電子式互感器具有二次側(cè)開(kāi)路時(shí)不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的高壓、絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沒(méi)有鐵芯和磁飽和現(xiàn)象、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。（2）智能終端：開(kāi)元110kV變電站采用南瑞繼保PCS-222C智能終端，裝置接收保護(hù)和測(cè)控裝置通過(guò)光纖直接下發(fā)的斷路器或刀閘的分、合及閉鎖命令，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的繼電器硬接點(diǎn)輸出。對(duì)于斷路器操作，將其分、合閘輸出接點(diǎn)接入裝置本身的操作回路插件，由該插件來(lái)實(shí)現(xiàn)斷路器跳合閘電流自保持、防跳以及壓力閉鎖等功能。并且能夠就地采集斷路器、刀閘以及變壓器本體等一次設(shè)

9、備的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，并通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)上送給保護(hù)和測(cè)控裝置。（3）合并單元:合并單元作為數(shù)字互感器、智能化一次設(shè)備、智能化二次保護(hù)、測(cè)控和計(jì)量設(shè)備的中間連接環(huán)節(jié)，其主要功能是接收一次設(shè)備的采樣信號(hào)，并進(jìn)行匯總之后以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式將電流、電壓等數(shù)字量傳輸至備自投、公用測(cè)控以及故障錄波器等二次設(shè)備，通過(guò)基于GPS秒脈沖同步的同步采樣來(lái)解決合并單元同步采集問(wèn)題。2.3.3過(guò)程層的組網(wǎng)：開(kāi)元110kV變電站采用直采直跳的組網(wǎng)方案，電子式互感器、斷路器和保護(hù)設(shè)備之間信息交互采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式。隔離刀閘、斷路器設(shè)備的控制由保護(hù)裝置直接通過(guò)智能終端完成,即直采直跳方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)直連

10、到合并單元的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接來(lái)發(fā)送,過(guò)程總線用于各種信號(hào)傳輸和設(shè)備監(jiān)測(cè)。測(cè)量數(shù)據(jù)遵循IEC61850-9-1/IEC60044-8規(guī)約，這種應(yīng)用模式的特點(diǎn)是保護(hù)的測(cè)量數(shù)據(jù)和控制通信數(shù)據(jù)嚴(yán)格分離。同時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)采用支持優(yōu)先級(jí)和虛擬局域網(wǎng)功能的交換機(jī)，使得不同報(bào)文采用不同的優(yōu)先級(jí)別：保護(hù)跳閘命令和閉鎖命令設(shè)為最高級(jí)，遙控分合閘、斷路器位置信號(hào)等設(shè)為次高級(jí)，隔離開(kāi)關(guān)位置信號(hào)和一次設(shè)備狀態(tài)信號(hào)設(shè)為普通級(jí)，通過(guò)將設(shè)備按網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)功能邏輯劃分的方法，可以大大減少網(wǎng)絡(luò)流量。3、GOOSE網(wǎng)絡(luò)測(cè)試3.1網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴測(cè)試:利用測(cè)試裝置通過(guò)GOOSE交換機(jī)向GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送大量無(wú)效數(shù)據(jù),在網(wǎng)絡(luò)帶寬被嚴(yán)重占用的情況下,通過(guò)

11、試驗(yàn)方法使保護(hù)動(dòng)作,此時(shí)觀察保護(hù)裝置應(yīng)能按照規(guī)定要求動(dòng)作,故障錄波器錄波正確,網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置正確獲取保護(hù)動(dòng)作報(bào)文,并上傳至遠(yuǎn)動(dòng)后臺(tái)。3.2無(wú)效數(shù)據(jù)閉鎖保護(hù)機(jī)制利用博電PWF試驗(yàn)臺(tái)直接連接至保護(hù)裝置，在試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置中將有效值的高值設(shè)置為0000，低值設(shè)置為0001，此時(shí)試驗(yàn)臺(tái)輸出數(shù)字量為無(wú)效值，根據(jù)定值向保護(hù)裝置輸入數(shù)字量，此時(shí)保護(hù)裝置正確閉鎖不動(dòng)作。3.3合并單元采集測(cè)試同時(shí)對(duì)電子式互感器和傳統(tǒng)互感器進(jìn)行一次升流試驗(yàn)，利用NT702電子式互感器穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)裝置對(duì)電子式互感器經(jīng)合并單元獲取的采樣值與傳統(tǒng)互感器采樣值進(jìn)行波形對(duì)比分析，從而達(dá)到對(duì)合并單元采集及輸出正確性的判斷。3.4 GOOSE網(wǎng)斷鏈測(cè)

12、試 通過(guò)插拔光纖的方式模擬在正常運(yùn)行情況下GOOSE網(wǎng)光纖通道斷鏈,此時(shí)保護(hù)裝置將具體斷鏈網(wǎng)絡(luò)信息通過(guò)MMS網(wǎng)上報(bào)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控后臺(tái),同時(shí)將保護(hù)動(dòng)作閉鎖。4、結(jié)束語(yǔ)智能化變電站是當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)的熱點(diǎn)，無(wú)論是大型城市還是中小型城市都把智能電網(wǎng)的建設(shè)、改造和自動(dòng)化的實(shí)施列為工作重點(diǎn)，并投入了大量的人力和資金，其目的都是為了加強(qiáng)供電能力，提高供電可靠性，優(yōu)化電力服務(wù)。經(jīng)過(guò)開(kāi)元110kV智能化變電站近兩個(gè)月的驗(yàn)收工作，我對(duì)智能化變電站已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)和理解，但還有更多的新問(wèn)題、新挑戰(zhàn)等待我去發(fā)現(xiàn)和探索，我會(huì)在今后的工作中努力學(xué)習(xí)，不斷充實(shí)自己，為電網(wǎng)的建設(shè)貢獻(xiàn)自己的一份力量。參考文獻(xiàn)【1】高新華.數(shù)字化變電站測(cè)