220kV數(shù)字化變電站技術(shù)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(nèi)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(tǒng)為常規(guī)自動化系統(tǒng)。

2.2 改造內(nèi)容

該站數(shù)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(xié)議的綜合自動化改造，10kV間隔層與站控層之間采用IEC61850協(xié)議進行通信，10kV間隔層裝置及以下保留傳統(tǒng)變電站綜合自動化實現(xiàn)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(shù)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(shù)字化改造：（1）電氣二次部分、按照IEC61850標準體系對站內(nèi)各保護、安穩(wěn)、故障錄波、二次公用設備以及站內(nèi)計量設備進行改造，新建一套符合IEC61850～準的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，新設一套圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)系統(tǒng)。保護裝置、遠動、保信、監(jiān)控系統(tǒng)、錄波、智能就地柜等均采用南瑞繼保PCS系列產(chǎn)品；（2）電氣一次部分：220kV的線路間隔、主變進線間隔、母聯(lián)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(lián)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?nèi)圆捎贸Ｒ?guī)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號再發(fā)往相關設備。本站改造數(shù)字式CT、PT、合并器使用南京新寧光電產(chǎn)品。

2、本站數(shù)字化技術(shù)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(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用如下方案：間隔層各間隔組建各自網(wǎng)絡，過程層與間隔層設備通過以太網(wǎng)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(wǎng)通信，其通信標準采用IEC61850標準，二次設備網(wǎng)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(wǎng)連接。

3.2 過程層

過程層是一次設備與二次設備的結(jié)合面，過程層的主要設備就是提供數(shù)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(shù)字變換器等部分組成，通過采集器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號經(jīng)光纖傳輸，互感器的輸出為數(shù)字信號。

3.2.2 合并單元

本站采用的合并單元是聯(lián)系電子式互感器和網(wǎng)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(zhuǎn)發(fā)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(lián)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(guī)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(shù)字信號，輸入輸出路數(shù)根據(jù)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(guī)設備，以智能終端來部分實現(xiàn)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(gòu)旁的智能就地柜內(nèi)，智能終端與間隔層設備通過光纜按電壓等級組成GOOSE網(wǎng)傳遞數(shù)字信息。二次設備通過智能終端發(fā)送分合閘命令給開關和刀閘，實現(xiàn)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(wǎng)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(lián)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(lián)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(xiàn)保護和監(jiān)控功能，并實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)主要是包含兩套系統(tǒng)，分別是：就地監(jiān)控系統(tǒng)和遠程系統(tǒng)。只要有任何一個系統(tǒng)正常工作的話，就可以完成對變電站的監(jiān)控。并且就地監(jiān)控和RTU都是有兩個網(wǎng)絡端口，通過網(wǎng)絡的一些介質(zhì)分別接入兩個共同并行冗余的通信系統(tǒng)中。

3、本數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)的常規(guī)變電站相比的優(yōu)點

（1）數(shù)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(xiàn)無縫連接。保證設備之間的互操作性。（2）數(shù)字化改造可以大量減少變電站內(nèi)控制電纜的數(shù)量，從而節(jié)約電纜成本。（3）數(shù)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(nèi)信號傳輸?shù)目煽啃燥@著提高。（4）使用數(shù)字信號大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘浚瑪?shù)字化的電流電壓信號在傳輸?shù)蕉卧O備和二次設備處理的過程中不會產(chǎn)生附加誤差，提升了保護系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和計量系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。同時，電子式互感器大量的節(jié)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(chǎn)生干擾的可能性，提高了二次設備運行的穩(wěn)定性。

結(jié)語

本變電站改造為數(shù)字化變電站后，已經(jīng)安全穩(wěn)定運行一年，設備運行正常，各類數(shù)據(jù)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(shù)字化變電站的可靠性和安全性可以為實施數(shù)字化變電站提供一定的理論依據(jù)和實施方案。

[1]高翔.數(shù)字化變電站應用技術(shù)[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.