常規綜自站數字化改造現狀與建議

萬立勇,付同福

(貴州電網公司六盤水供電局，貴州　六盤水　553000)

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常規綜自站數字化改造現狀與建議

萬立勇,付同福

(貴州電網公司六盤水供電局，貴州六盤水553000)

通過對110kV常規綜自站現場調查以及數字化站出廠驗收，以六盤水地區110kV盤關變的改造現狀為例介紹，目前運行中110kV常規綜合自動化站的數字化改造情況。重點對 110kV電壓等級部分和變電站主控室綜合自動化系統的改造情況進行了詳細的介紹，同時針對盤關變改造過程中出現的問題提出了一些建議，旨在總結出綜自站數改技術要點與難點，為貴州省綜自站數字化改造提供一定借鑒與參考意義。

常規綜自站;數字化改造;可靠性;電網安全運行

1　引言

常規綜自站實現了變電站無人值守，在一定程度上提高了調度自動化水平和減少了供電部門人力成本。但是，大量的常規綜自站投運年限長使得部分一二次設備嚴重老化，不能滿足當前電力生產需求以及智能電網建設的需要。而數字化變電站作為智能電網系統重要組成部分，其優勢顯著，因此對年限久的常規綜自站進行數字化改造勢在必行。

2　常規綜自站改造背景

常規綜自站是常規綜合自動化變電站的簡稱，它興起于90年代，隨著經濟的快速發展，按照常規綜自站建設要求，變電站占地面積大且站內數據采集為電纜，數據的穩定性和傳輸速率在很大程度上受到制約，使得常規綜自站不能滿足智能電網中數據傳輸的可靠性和快速性。

六盤水電網位于貴州西部，共有二次運行投運年限超過10年綜自站12座(其中已改造3座)，設備嚴重老化，通信方式多數為lon網和CAN網，通信故障率高不好排查，數據傳輸慢，嚴重影響調度對站的監盤。在數字化變電站系統方面，許多學者已經做了很多有價值的研究，本文僅以六盤水的盤關變改造情況進行分析，并提出建議，希望對同類工程有所借鑒意義。

3　110kV盤關變的數字化改造情況

隨著科學技術與數字化技術的發展,常規變電站的數字化改造已經由理論研究階段走進了實踐階段。數字化改造是在常規綜自站的基礎上進行數字化網絡的搭建,不僅兼容了一次系統,而且對于變電站通信網絡的應用也更加方便。對于新建變電站或者投運年限較長，一、二次設備老化比較嚴重的變電站，采用數字化方式較為合理。而對于投運年限不長，二次設備仍可利用的變電站來說采用常規綜合自動化方式比較合理。

3.1變電站規模和改造概況

110kV盤關降壓站投運于1993年，并于2001年進行過綜自站改造，目前二次設備已到退運年限；變電站規模為：2臺50MVA主變、4條110kV進線、5條35kV饋線、10kV出線6回(其中3回備用)、2組站用變、4組110kV干式電流互感器、2組的110kV電容式電壓互感器、2臺35kV電容器、4臺10kV電容器。110kV、35kV主接線均為單母分段帶旁路接線，斷路器既起分段又兼旁帶作用，較為復雜。10kV主接線為單母分段接線。

本次改造主要是對全站保護、自動化、直流、計量等裝置和系統進行數字化改造，按照IEC61850標準體系對線路、主變、分段、電容器、故障錄波、網絡報文分析儀、備自投裝置、直流系統、各級電壓互感器、二次公用設備和站內計量設備進行數字化改造，新建一套符合IEC61850標準的計算機監控系統。

3.2變電站改造方式與組網方案

3.2.1常規綜自站數改方式

根據常規綜自站數字化改造的程度，考慮其兼容性和過渡性，一般有三種改造方案：

(1)僅采用 IEC61850 標準的過渡型數字化變電站。

僅改造站控層和間隔層設備，在站控層網絡應用IEC61850 標準，間隔層和過程層之間保持原樣。這種方案的優點是數字化程度較高，信息和通信符合國際標準，二次設備具有很好的互操作性，改造過程簡單。缺點是過程層仍是模擬信號傳輸，不能簡化二次接線，數字化變電站的優勢沒有得到充分發揮。該方案適合數字化變電站建設和改造初期。

(2)采用 IEC61850 標準與電子式互感器的實用型數字化變電站，這種方案的優點是采用電子式互感器，間隔層和站控層全部數字化，過程層基本實現數字化。過程層的采樣數據實現共享，簡化二次回路。缺點是過程層的開關、刀閘需通過加裝智能單元實現數字化，電子式互感器在國內還不完全成熟，成本較高，不適合全面更換。該方案是現階段數字化變電站建設和改造中最常用的方案。

(3)采用 IEC61850 標準、電子式互感器和智能一次設備的完全型數字化變電站，這種方案的優點是變電站的站控層、間隔層和過程層全部實現數字化。過程層的采樣、監視和控制全部實現數字化和網絡化。缺點是真正意義上的智能一次設備還處于研究試驗階段，還不具備工程實踐的條件。該方案是今后數字化變電站研究和努力的方向。

3.2.2常規綜自站改造組網

站內通信光纖化為數字化變電站提供了高速的數據傳輸通道，且提高通信可靠性以及傳輸容量。另外嵌入式系統和高速工業現場總線應用使數據交換和傳輸更為高速。數字量傳輸負載大如果不進行有效地控制將加重數字化變電站傳輸負擔，為此必須對變電站進行VLAN劃分以減輕網絡傳輸負擔以及傳輸對象的針對性。

(1)基于站控層IEC61850模式：間隔層智能電子設備IED安裝在間隔層設備上或集中組屏，可以有效解決綜自站的智能設備的互聯互通和信息互操作性問題。

(2)基于傳統互感器及過程層信息交換模式：每一個間隔配置過程層設備合并單元(MU)和智能終端(GOOSE),將常規一次設備信息和操作數字化，與之關聯的間隔層設備IED通過光纖與相應的MU、GOOSE相連。

(3)基于站控層及過程層全信息交換模式：電子式PT/CT應用使得過程層、間隔層到變電站層全部數字化。全站一次設備采用智能控制單元、電子PT/CT，二次側的間隔層設備采用點對點通信方式與電子互感器合并單元(MU)連接，與智能控制單元全部采用以太網絡進行連接，連接設備為光纜，取代了傳統電纜。

3.2.3盤關變數改技術方案

盤關變由于一次設備使用年限并不長，把全部的電磁式互感器全部更換成電子式CT/PT不經濟，所以盤關變可以改造成不完全數字化站，即采取站控層遵循IEC 61850標準+GOOSE過程層的模式。見圖1所示。根據數字化變電站的三層結構，數字化變電站網絡主要分站控層網絡、過程層GOOSE 網絡和過程層采樣值網絡[5]。站控層與間隔層網絡采用冗余以太網構架，傳輸速率不低 于100Mbps。主要傳輸MMS和GOOSE兩類信號。網絡應采用雙星型結構，雙網雙工方式運行，以提高網絡冗余度，能實現網絡無縫切換。110kV盤關變數字化站設備過程層組網通信方案如圖2所示。

圖1　不完全數字化變電站結構圖

1-8nGOOSE+SMV中心交換機端口功能端口掛接裝置TypePVIDG15-8n至1-8n級聯口Trunk5G23-8n至1-8n級聯口Trunk3G34-8n至1-8n級聯口Trunk4G42-8n至1-8n級聯口Trunk2G9故障錄波器(A網光口)Trunk6G10網絡分析儀(A網光口)Trunk7P1五防服務器Edge8P11五防智能閉鎖單元(110kV)Edge8P12五防智能閉鎖單元(35kV)Edge8P13五防智能閉鎖單元(10kV)Edge8

2-8n GOOSE+SMV 110kV線路交換機、3-8n GOOSE+SMV 1號主變交換機、5-8n 母線、分段、小電源交換機、4-8n GOOSE+SMV 2號主變交換機；舉例：110kV線路交換機。

表2

注：表中G口為千兆口，P口為百兆口。

此表為過程層A網VLAN結構表，過程層B網與此類似，僅在1、2號主變交換機中將相應設備更改為“二”。實際施工中，110kV線路、分段保護測控裝置不接入B網，但保留其接口功能，便于A網出現問題時迅速切換至B網；本站110kV線路及分段為直采直跳，所以在過程層網絡中屏蔽掉了同一間隔保護測控裝置與智能終端、合并單元的聯系；

3.3變電站改造關鍵技術

3.3.1過程層改造

過程層是一次設備與二次設備的結合面，或者說是智能化一次設備的智能化部分。新建數字化站多數采用電子式互感器，采用采集終端與合并單元(接受數字信號)用光纖將數字量傳輸入過程層交換機；盤關變為改造站，需要考慮實際運行情況，一般結合電網設備更換原則，一次設備使用年限最少20年，二次設備一般均不超過12年。

盤關變一次設備除了110kV紅盤田線 CT/PT使用年限的為21年，其余間隔均不超過15年，故不考慮更換常規CT、PT(除特殊要求)，采用電纜連接到帶數模轉換的合并單元傳輸入過程層網絡。由于改造站沒有考慮到更換互感器的，110kV計量采用常規計量就地下放，考慮到110kV場地離主控制室比較遠，采用光電轉換器轉換為光信號傳輸到主控制室，在用光電轉換器轉換為電信號供電能采集裝置采集。

3.3.2間隔層改造

在常規綜自站二次系統中,保護裝置所需的模擬量信息和設備運行狀態等信息需要通過電纜傳送,動作邏輯需要在多個裝置之間傳遞啟動和閉鎖信號,在各間隔層設備之間、間隔層和過程層設備之間需用大量的電纜連接，使傳統方式下各個保護裝置之間存在較多硬開入連線，導致二次回路接線比較復雜容易出錯可靠性不高。

常規綜自站間隔層的數字化改造采用支持變電站通信標準IEC61850中GOOSE輸入和輸出功能的保護和測控裝置。間隔層裝置之間通過雙重化的以太網聯系各間隔層設備通過網絡共享模擬量和開關量信息，完成保護的動作邏輯和相關間隔之間的閉鎖功能，其中模擬量和開關量的傳輸分別采用規約中的單播采樣值服務和面向通用對象的變電站事件服務完成。

3.3.3站控層改造

站控層設備包括主機、操作員工作站、遠動通信裝置、保信子站、五防子系統、同步對時系統以及其他智能接口設備等。其網絡采用網線連接網絡采用雙重化配置間隔層與站控層之間按照制造報文規范通過網絡進行數據交互完成對變電站的監視和控制數字化變電站中站控層的網絡構架如圖3所示。

MMS站控層實現的主要功能如下：

(1)數據收集、處理、存儲及發送功能：通過監控機管理和顯示有關的運行信息，供運行人員對變電站的運行情況進行監視和控制，間隔層設備工作方式的選擇，實現各種工況下的操作閉鎖邏輯等。

(2)遠動通信功能：以信息共享方式與監控系統進行數據交換，實現變電站遠動功能，遠動裝置的配置必須滿足調度、集控對電網運行監視控制的需求，傳送各級調度的通信模塊應獨立配置、不互相影響數據的刷新，且應支持熱插拔，不應該存在單點故障導致系統全部失效的隱患。

(3)故障報告功能：通過保信子站在正常和電網故障時，采集、處理各種所需信息，并充分利用這些信息，為繼電保護運行、管理服務，為分析、處理電網故障提供支持。

(4)全站對時及五防性能：其中五防子系統主要包含五防工作站、電腦鑰匙、充電通信控制器、編碼鎖具等；SV 組網模式下，應對時接線要求。

其他智能設備接入系統的接口要求：

(1) 站內其他智能設備主要包括直流電源系統、不間斷電源系統、火災報警裝置、電能量采集終端及主要設備在線監測系統等，如需要接入監控后臺，宜采用 DL/T 860 標準進行建模和接入。

(2) 對于不支持 DL/T 860 標準通信協議的智能設備接入后臺，應配置協議轉換器，與其他智能設備的接口應采用串口或以太網連接。

(3) 協議轉換器主要是用于實現接入和接出功能。對不能提供雙以太網口或不能采用 DL/T860 規約進行通信的其他智能裝置，可通過協議轉換器進行協議轉換后接入。

(4) 每塊協議轉換器至少需提供雙以太網口和 2 個串行通信口。其中以太網口通信速率為 100Mbit/s，串行通信口通信速率：300～64000bit/s 可調。

(5) 協議轉換器完成與主站通信或站內其他串行設備通信。通信規約可以根據現場的實際需要進行配置，對外為 DL/T860 規約，并支持 GOOSE 互鎖功能。

4　改造注意事項及建議

合理安排改造步驟 現階段，貴陽電網還相對薄弱，220kV灣塘變是貴陽電網一座樞紐變電站，不可能通過大面積停電來進行數字化改造；同時，對于母線保護、錄波裝置等涉及到多個間隔，因此，需要合理安排改造步驟，盡量減少設備停運時間，以減少因停電對用戶的影響。首先完成IEC61850工程配置設置以及整個二次系統和網絡的靜態調試，包括網絡 交換機調試、后臺監控系統的配置等；跨間隔保護先采取過渡措施，滿足單間隔運行時的信號接入要求，調試階段如涉及運行設備的遙測量或遙信量，均可通過模擬裝置轉接來實現；過程層改造是變電站數字化改造的基礎，需要向間隔層保護測控提供一次設備的電量數據、設備狀態信號。在過程層改造過程中，以單間隔改造試點入手，采取過渡措施，保證間隔改造后的正常運行；保證運行與調試網絡間的物理隔離，避免調試時影響運行設備。

5　結論

數字化變電站技術升級改造工程是電力公司變電站升級改造建設中新的里程碑，同時也是變電站建設發展的重要方向。經大量工程實踐改造效果表明，基于上述技術的變電站自動化系統數字化升級改造后，各個IED設備均能正常穩定運行，各類數據實時采集、遠程傳輸、運算分析無誤，繼電保護和自動控制裝置動作可靠正常。充分說明，基于上述技術的數字化變電站升級改造，能夠滿足電網系統調控運行的安全可靠、經濟穩定運行的功能要求，相信在不久的將來，數字化變電站技術升級改造將會在我國變電站系統中蓬勃發展。

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Actuality and Suggestions for Construction of Digitization in Conventional Integrated Automation Substation

WAN Li-yong,FU Tong-fu

(Liupanshui Power Supply Bureau of Guizhou Electric Network Company,Liupanshui 553000,China)

By 110kV station site survey from conventional mechanized and digital stations factory acceptance to transform the status,Improvement of the status quo in Liupanshui area 110kV disk relations as an example,currently running digital transformation case 110kV conventional integrated automation stations.This paper focuses on the transformation of the situation 110kV voltage substation control room section and the integrated automation system are introduced in detail,while the disc off change for issues that arise from the transformation process made some suggestions,aims to summarize the consolidated technical change since the number of stations Important and difficult for Guizhou Province consolidated digital transformation from station to provide a reference and reference value.

conventional integral station;digital transform;teliability;safe operation of power network

1004-289X(2016)01-0005-04

TM63

B

2015-04-29

萬立勇(1983-)，男，助理工程師，碩士研究生，主要從事于遠動自動化檢修工作。