110kV智能變電站技術方案簡析

劉斐

摘 要：智能變電站是指以一次設備參量數字化、標準化和規范化的信息平臺為基礎，實現全站信息化、自動化、互動化的變電站。按IEC 61850標準，智能變電站在邏輯上分為站控層、間隔層、過程層，它打破了常規變電站的各個子系統是信息孤島的困境，實現了信息資源的共享。以某一智能站為例，簡要分析了智能變電站實現的技術方案，及其智能化技術的應用。

關鍵詞：IEC 61850 智能變電站 數字化

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0091-01

智能變電站是采用先進的傳感、信息、通信、控制、人工智能等技術，建立全站所有信息采集、傳輸、分析、處理的數字化統一應用平臺，實現全站的信息化、自動化、互動化。按照IEC 61850標準，智能變電站在邏輯上分成站控層、間隔層、過程層，其主要技術特征是設備智能化、信息標準化、控制智能化及完全互操作性。智能站實現的難點在于過程層，由于早期光電互感器及一次智能設備原因。目前隨著電子式互感器技術的成熟及智能終端代理一次設備的完善，采用IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2采樣傳輸，從而實現了過程層的數字化。下面以某一110 kV智能變電站為例，分析其智能化技術的實現與應用。

1 過程層的實現

智能變電站的過程層為直接與一次設備接口的功能層，其典型的過程層裝置為合并單元與智能終端。目前國內110 kV及以下變電站的過程層多采用61850-9-1點對點采樣值傳輸。

該站亦采用這種傳輸方式，但采用IEC 61850-9-1實現的過程總線，增加了網絡通信設備的投資，而且在跨間隔傳送采樣值方面存在著缺陷。該站采用過程總線與站級總線合二為一的方案，實現了站內統一的單一總線信息共享，利用VLAN技術將過程層劃分為一些功能子網，子網同時傳輸采樣數據和GOOSE報文。其結構如圖1所示。此方案可以有效控制站控層和過程層的數據流量，網絡故障也可以在小范圍內診斷，又很好地解決了跨間隔的采樣值傳輸。在具體實施中，采用合并單元與智能終端二合一的過程終端。

110 kV、35 kV電壓等級互感器在傳統互感器的基礎上通過加裝電壓、電流轉換裝置實現數字化；10 kV電壓等級互感器全部采用電子式互感器。

為解決常規開關、變壓器等一次設備的接入問題，在過程層應用智能終端來代理，就地安裝在一次場地上，智能終端與一次設備之間采用硬接線連接。

2 間隔層的實現

間隔層的配置采用集中式保護測控一體化裝置，按照不同電壓等級母線段進行集中，考慮到集中式保護的檢修方便和運行可靠性，所有集中式保護測控裝置進行雙重化配置。間隔層與過程終端之間的采樣值傳輸采用IEC 61850-9-1通信協議，與過程終端單元的通信采用GOOSE通信協議。

具體間隔的繼電保護實現如下：

（1）110 kV所有間隔都是測控和操作箱集成在一起的智能測控裝置，支持IEC 61850。該裝置具有實時的全站邏輯閉鎖功能，支持GOOSE方式實現間隔層防誤閉鎖功能。

（2）110 kV數字化主變壓器保護裝置（包括主變壓器差動、后備保護）高壓側電流采自110 kV進線和橋電流，電壓取110 kV母線電壓，低壓側電量是通過合并單元轉換成光信號，通過光纖傳輸；高后備零序/間隙保護通過合并單元，采集主變壓器零序/間隙電流。主變壓器本體保護采用智能本體終端裝置，支持IEC 61850。本體重瓦斯、有載重瓦斯通過電纜接至就地端子箱內變壓器本體保護智能單元，采取“直采直跳”；本體智能單元通過GOOSE實現控制功能。

（3）110 kV橋備用電源自動投入保護是內橋方式，兩條110 kV進線，跳合閘采用GOOSE傳輸方式。

（4）10 kV饋線/電容/站用變壓器采用測控保護一體化裝置，通過常規電纜接入裝置，主變壓器低壓側出線和分段是通過合并單元將模擬數據轉換為光信號接入主變壓器保護及備用電源自動投入裝置，過負荷聯切通過MMS實現。

（5）兩條進線間隔的計量設備為數字式電能表，接收來自進線合并單元的數據，并按光電電度表規約實現遠方抄表。

3 站控層的實現

站控層由變電站監控系統、遠動系統、防誤閉鎖系統、保護信息管理系統、通訊監控系統、電量遠傳系統、安防監視系統及火災報警系統等進行整合，后臺監控系統還附有VQC電壓質量控制功能和小電流接地選線功能，以達到網絡共用、信息共享的目的。

站控層設備與間隔層設備之間采用IEC 61850協議進行通信。監控后臺主要用于實現當地功能和變電站內的就地監視、控制功能。在IEC 61850中，監控后臺與其他間隔層設備一樣，是一個邏輯設備，包含多個邏輯節點。

站控層設備主要配置站控層主機1臺； 遠動裝置2臺，以提高系統可靠性，實現向調度或監控中心進行數據的遠傳；配置規約轉換器1臺、公用測控裝置1臺，用于接入其他非IEC 61850裝置的遙信、遙測和遙控；配置微機五防機1臺。站控層與間隔層保護測控等設備采用IEC 61850-8-1通信協議，單以太網配置模式。

4 其余設備的處理

對變電站內一些不具備IEC 61850通信功能的單元，如交直流系統、消弧線圈、消防和站用變壓器等通過IEC 61850網關進行規約轉換，轉換到IEC 61850標準再接入監控后臺。

5 結語

理想的智能變電站工程應該是：完全數字化和智能化的過程層，包括電子式互感器和一次智能設備，采用IEC 61950-9-2的過程層組網；間隔層除了采用IEC 61850-8-1的MMS與站控層之間實現客戶/服務器的信息共享外，還在間隔層內部、間隔層與過程層之間實現GOOSE的快速狀態傳輸，實現網絡化的測控、保護功能；站控層則應用基于SCL的各種參數管理、設備管理和配置手段。

該站的實現方案還未達到純粹智能變電站的程度，今后還需進一步加強智能變電站的研究與實踐，不斷地提升智能化水平。

參考文獻

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