220kV數字化變電站技術分析

彭君

（佛山市辰譽電力設計咨詢有限公司,廣東 佛山 528000）

1、工程概況

2.1 改造前站內狀況

220kV某變電站建成投運近13年，一次接線分為 220kV、110kV、10kV3個電壓等級。220kV與110kV都采用雙母線帶旁路接線方式，220kV出線共6回；110kV出線共7回；10kV采用單母線分段接線，共有5段母線，出線共41回，本站的220kV、110kV一次設備都為敞開式設備，10kV斷路器全部為小車開關，改造前該站二次系統為常規自動化系統。

2.2 改造內容

該站數字化改造分兩個階段進行：第一個階段是對10kV所有間隔進行基于IEC61850協議的綜合自動化改造，10kV間隔層與站控層之間采用IEC61850協議進行通信，10kV間隔層裝置及以下保留傳統變電站綜合自動化實現模式不變，10kV保護測控裝置使用RCS9600C系列裝置進行改造，10kV改造時沒有使用數字式電壓、電流互感器，接入保護測控裝置的仍然是模擬量的電壓、電流，一次設備的跳、合閘回路和信號仍采用二次電纜硬接線方式，已于2010年10月順利投入運行。

第二個階段則針對 220kV、110RV、3臺主變所有間隔進行數字化改造：（1）電氣二次部分、按照IEC61850標準體系對站內各保護、安穩、故障錄波、二次公用設備以及站內計量設備進行改造，新建一套符合IEC61850～準的計算機監控系統，新設一套圖像監視及安全警衛系統。保護裝置、遠動、保信、監控系統、錄波、智能就地柜等均采用南瑞繼保PCS系列產品；（2）電氣一次部分：220kV的線路間隔、主變進線間隔、母聯間隔、旁路間隔、母線PT間隔的所有電流、電壓互感器均更換為電子式電流、電壓互感器；110kV的線路間隔、主變進線間隔、母聯間隔、旁路間隔、母線PT間隔的所有電流、電壓互感器均更換為電子式電流、電壓互感器。主變仍采用常規的變壓器套管電流互感器和中性點互感器，輸出的模擬信號通過合并器轉換為數字信號再發往相關設備。本站改造數字式CT、PT、合并器使用南京新寧光電產品。

2、本站數字化技術簡介

3.1 總體要求

本站按照IEC61850標準從整體上分為三層：站控層、間隔層和過程層，系統網絡結構采用如下方案：間隔層各間隔組建各自網絡，過程層與間隔層設備通過以太網通信，其通信標準采用IEC61850標準，間隔層與站控層設備采用以太網通信，其通信標準采用IEC61850標準，二次設備網絡化程度高，間隔層設備之問的開入、閉鎖、跳閘、錄波等信號傳遞通過GOOSE網連接。

3.2 過程層

過程層是一次設備與二次設備的結合面，過程層的主要設備就是提供數字接口的電子式互感器以及合并器。

3.2.1 電子式互感器

本站110kV及以上互感器采用電子式互感器，其原理是利用低功率鐵心線圈(LPCT)傳感測量級電流，利用空芯線圈傳感保護級電流，利用電容／電感分壓器傳感被測電壓。互感器由低功率鐵心線圈、空芯線圈、電容／電感分壓器和數字變換器等部分組成，通過采集器轉換成數字信號經光纖傳輸，互感器的輸出為數字信號。

3.2.2 合并單元

本站采用的合并單元是聯系電子式互感器和網絡化二次設備之間的設備，用于對來自傳感模塊的各相電流電壓信號進行時間相關性(同步)組合，并轉發給二次設備。合并單元完成各相電流電壓的采樣同步控制。傳感模塊到合并單元之間為光纖聯系，合并單元到各二次設備之間采用光纖點對點串行通信，傳輸規約采用IEC60044-8傳送。與互感器相配套的合并單元同步處理電流電壓采樣的數字信號，輸入輸出路數根據不同的應用情況靈活配置。

3.2.3 智能終端

智能終端(PCS222)因 220kV／110kV 戶外開關為原有常規設備，以智能終端來部分實現開關設備的智能化，智能終端安裝在高壓場地斷路器和刀閘機構旁的智能就地柜內，智能終端與間隔層設備通過光纜按電壓等級組成GOOSE網傳遞數字信息。二次設備通過智能終端發送分合閘命令給開關和刀閘，實現保護跳閘、重合閘或開關刀閘的遙控，同時開關、刀閘的分合位、SF6氣體總閉鎖等信號通過GOOSE網傳送給間隔層和站控層設備。

3.2.4 配置要求

220kV的線路間隔、主變進線間隔、母聯間隔、旁路間隔、母線PT間隔、110kV的主變進線間隔、旁路間隔、母線PT間隔的所有電流、電壓互感器設備及其合并單元按冗余配置；110kV線路間隔、母聯間隔的所有電流、電壓互感器設備及其合并單元按單配置。

3.3 間隔層

間隔層主要是實現保護和監控功能，并實現相關的控制閉鎖和間隔級信息的人機交互功能，間隔層設備可以通過間隔層總線實現設備間相互對話機制，間隔層設備可以集中組屏或就地下放。

3.4 站控層

站控層系統主要是包含兩套系統，分別是：就地監控系統和遠程系統。只要有任何一個系統正常工作的話，就可以完成對變電站的監控。并且就地監控和RTU都是有兩個網絡端口，通過網絡的一些介質分別接入兩個共同并行冗余的通信系統中。

3、本數字化變電站與傳統的常規變電站相比的優點

（1）數字化變電站的所有智能設備均按IEC61850標準建立信息模型和通信接口，設備間可實現無縫連接。保證設備之間的互操作性。（2）數字化改造可以大量減少變電站內控制電纜的數量，從而節約電纜成本。（3）數字化改造采用了比電纜具有更好電磁兼容性能的光纜，使變電站內信號傳輸的可靠性顯著提高。（4）使用數字信號大大增加傳輸的帶寬和信息量，數字化的電流電壓信號在傳輸到二次設備和二次設備處理的過程中不會產生附加誤差，提升了保護系統、測量系統和計量系統的系統精度。同時，電子式互感器大量的節約了鐵心、銅線等金屬材料。另外，二次設備和一次設備之間使用絕緣的光纖連接，降低了一次設備對二次設備產生干擾的可能性，提高了二次設備運行的穩定性。

結語

本變電站改造為數字化變電站后，已經安全穩定運行一年，設備運行正常，各類數據采集、傳輸無誤，保護和自動裝置動作正常，該站的改造完成對于數字化變電站的可靠性和安全性可以為實施數字化變電站提供一定的理論依據和實施方案。

[1]高翔.數字化變電站應用技術[M].中國電力出版社，2008.

[2]電力用互感器和電能計量裝置設計選型與應用[M].中國電力出版社，2004.