綜合自動(dòng)化變電站數(shù)字化升級(jí)改造要點(diǎn)探討

摘 要：按照南方電網(wǎng)公司變電運(yùn)行智能化、二次系統(tǒng)一體化建設(shè)步伐，不斷提升電網(wǎng)的智能化水平的要求，我局先后在我局220 kV灣塘變、110 kV衛(wèi)城變等多個(gè)變電站進(jìn)行常規(guī)變電站升級(jí)改造數(shù)字化變電站的工作。本文對(duì)變電站進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造的可行性、必要性、優(yōu)越性等進(jìn)行了簡單闡述。并在分析了數(shù)字化變電站組網(wǎng)方案后，對(duì)常規(guī)變電站數(shù)字化升級(jí)改造的技術(shù)途徑、組網(wǎng)方案、設(shè)備性能要求等進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。

關(guān)鍵詞：變電站 數(shù)字化 IEC61850標(biāo)準(zhǔn) 升級(jí)改造

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（b）-0094-01

數(shù)字化變電站是國際電工組織公認(rèn)的變電站自動(dòng)化發(fā)展的主要方向，也是我國智能電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃中的一個(gè)重要組成部分。數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站相比，具有信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了不同智能IED電子設(shè)備間數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)共享和操作。其通信模型集成統(tǒng)一，信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，大大降低變電站的綜合運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。故，對(duì)常規(guī)變電站進(jìn)行數(shù)字化改造的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，就顯得非常有工程實(shí)踐意義。

1 數(shù)字化變電站組網(wǎng)方案

常規(guī)變電站按照IEC61860變電站標(biāo)準(zhǔn)的要求，基于完整的三層（站控層、間隔層、過程層）兩網(wǎng)（站控層網(wǎng)、過程層網(wǎng)）結(jié)構(gòu)型進(jìn)行全數(shù)字化改造。由于數(shù)字化變電站其數(shù)字信息通信網(wǎng)絡(luò)集成化程度較高，IED設(shè)備間數(shù)據(jù)的傳遞與共享在很大程度上依賴網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)約的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換。為了確保數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)可靠性，站控層與間隔層間的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式應(yīng)按照冗余以太網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，且其數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)不低于100 Mbps。整個(gè)數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)宜采用雙星型結(jié)構(gòu)，并采取雙網(wǎng)雙工通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)冗余度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無縫切換，確保站控層各種監(jiān)控工作站、五防工作站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站、服務(wù)器數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)可靠通信。站控層與間隔層網(wǎng)絡(luò)主要傳輸MMS和GOOSE兩類信號(hào)。過程層與間隔層間數(shù)據(jù)信息通信網(wǎng)絡(luò)主要采用GOOSE和SV兩類信號(hào)進(jìn)行傳輸，通過GOOSE信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)雙工運(yùn)行方式，確保同IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的無縫通信共享。如220 kV灣塘變電站共有220kV、110 kV、10 kV三個(gè)電壓等級(jí)，其站控層采用雙網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)模式，而間隔層分別以220 kV和110 kV兩個(gè)部分的測(cè)控、保護(hù)、故障記錄等IED設(shè)備裝置進(jìn)行子網(wǎng)組建，經(jīng)GOOSE A網(wǎng)和GOOSE B網(wǎng)接入到站控層中。

2 常規(guī)變電站數(shù)字化升級(jí)改造技術(shù)要點(diǎn)

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)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的新型現(xiàn)代化變電站。

2.1 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一集成建模

建立基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的集成統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)，是常規(guī)變電站進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造的重要保障基礎(chǔ)。各種支持IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的IED電子設(shè)備將取代非IEC61850通信規(guī)約的產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)間隔層中不同IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的實(shí)時(shí)享。站控層中，通過支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的后臺(tái)軟件、實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)控工作站與間隔層各IED智能設(shè)備統(tǒng)一通信，進(jìn)而建立滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，確保變電站安全可靠的運(yùn)行。

2.2 設(shè)備操控的智能自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)于常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的過程層設(shè)備，如斷路器、隔離刀閘等一次設(shè)備暫不具備數(shù)字化輸出功能。因此，在進(jìn)行變電站數(shù)字化升級(jí)改造過程中，需對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化接口改造，采用就地安裝智能操作箱，對(duì)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息數(shù)字化處理并經(jīng)過GOOSE數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與間隔層中測(cè)控、保護(hù)等電子設(shè)備進(jìn)行通信。從而實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離刀閘等過程層開關(guān)設(shè)備的就地智能化處理，確保與相關(guān)二次設(shè)備的實(shí)時(shí)通訊和控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的智能化操控。

2.3 數(shù)據(jù)采集合并單元實(shí)現(xiàn)模擬量分散采樣

數(shù)字化變電站采用電子式互感器（ECT、EVT）采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息。而由于待改造常規(guī)變電站系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)互感器，其模擬量無法直接接入數(shù)字化系統(tǒng)，需對(duì)常規(guī)變電站互感器進(jìn)行升級(jí)改造。采用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后接入基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的MU合并單元，對(duì)常規(guī)互感器所采集的模擬量進(jìn)行采樣，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，且嚴(yán)格按照IEC61850-9-1或IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)要求輸出并送往間隔層中相關(guān)的二次測(cè)保設(shè)備中，完成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集。當(dāng)然，也可以采用直接更換為電子式互感器的方式來進(jìn)行改造。

2.4 數(shù)據(jù)信息及測(cè)控命令的集中式處理

集中分散式結(jié)構(gòu)是變電站數(shù)字化升級(jí)改造的主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的站控層軟、硬件設(shè)備構(gòu)成整個(gè)數(shù)字化變電站的運(yùn)算分析核心，并通過滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信與間隔層IED設(shè)備、過程層MU合并單元等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息通信共享。變電站系統(tǒng)中的220 kV、110 kV高壓進(jìn)出線、主變等可通過支持IEC61850通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)控、保護(hù)裝置集中組屏布置、而對(duì)于35 kV及以下的中低壓單元，采用室內(nèi)、外開關(guān)柜就地分布裝設(shè)方式，采集開關(guān)柜中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)與站控層相關(guān)功能單元的實(shí)時(shí)通信，構(gòu)成完善的基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.6 信息的安全性

由于數(shù)據(jù)信息通信的安全可靠性直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行可靠性，因此，在變電站數(shù)字化升級(jí)改造過程中，必須考慮二次系統(tǒng)的安全防護(hù)問題。系統(tǒng)應(yīng)滿足《變電站二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案》的要求，實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)的安全分區(qū)。確保數(shù)字化變電站系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

3 結(jié)語

常規(guī)變電站的數(shù)字化升級(jí)改造過程中，在滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，要充分利用變電站現(xiàn)有的一次設(shè)備和二次系統(tǒng)，提高升級(jí)改造經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)IEC61850等國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合變電站實(shí)際情況，采取合適有效的數(shù)字化升級(jí)改造網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)通信模式，使常規(guī)變電站平滑穩(wěn)定、安全可靠的向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能自動(dòng)化變電站過渡，就顯得非常有工程實(shí)踐應(yīng)用意義，具有非常大的研究價(jià)值。

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