110kV智能變電站自動化系統關鍵技術應用分析

胡賢浩 陳曦 周益 方蕾

摘要：智能變電站具有狀態可視化、功能集成和信息數字化的主要技術特征。本文介紹了浙江省某110kV智能變電站中自動化系統的幾項關鍵技術，主要包括動態組播技術的應用、SV+GOOSE+IEEE1588通用網絡傳輸技術的應用、通信時鐘同步技術的應用以及不同原理電子式變壓器的應用。討論了新技術在智能變電站應用中的新問題，這對智能變電站建設與應用有著重要的參考價值。

關鍵詞：110kV智能變電站；自動化系統；時鐘同步

引言

某110kV變電站是浙江省智能化和數字化變電站的試點項目。本項目的目的是在500kV某變電站和220kV某變電站IEC61850的自動化系統應用試點的基礎上，以電子變壓器的工程應用為重點，擴大變電站中數字化設備應用的范圍。文章詳細介紹了某110kV變電站應用中的一些關鍵技術，并對新技術在智能變電站應用中出現的一些相關問題進行了分析。

1.共網傳輸技術的應用

過程層網絡應用的是“SV+GOOSE+IEEE1588”共用網絡模式，本文分析了共用網絡模式對保護的影響，其中重點研究了網絡通信中同步技術的數字保護，在就地開關的箱子內安裝了由智能終端組成的I/O測控。并控制、保護智能開關接線盒中的現場操作箱和在線檢測元件。通過GOOSE通信，實現了主變壓器保護跳閘、啟動故障、線路、母差等分配和保護功能；研究了變電站自動化系統擴容改造過程中涉及到的網絡配置方法，IEEE1588高精度冗余網絡對時和輔助設備支持動態分組廣播協議以及過程層交換機。時間模式解決了復雜的網絡配置問題，實現了高精度的二次設備網絡定時功能。

2.應用不同原理電子式變壓器

110kV系統應用了兩套不同的配置保護方案，并在組合單元和電子式變壓器的遠程模塊中設計了獨立的兩套采樣電路設備。為了研究羅氏線圈、純光纖、傳統變壓器、110kV變電所線路和電橋的保護效果，采用羅氏電流互感器和電壓互感器的原理，在主變壓器套管電流互感器配置中采用全光纖電流互感裝置。針對差動母線保護和純光纖電子式電流互感器進行應用研究；110kV線路光學差動保護，一端應用常規模擬變壓器，另一端應用電子式變壓器，研究其對線路保護的影響以及梳狀結構的影響。本文研究了傳統電子式變壓器、羅氏線圈和純光纖對主變壓器保護的影響。智能開關通過傳統開關+智能終端+在線檢測方法，以及變壓器內預置環境檢測和繞組光纖溫度傳感器的智能實踐，實現了開關設備的局部數字化。

3. 設計通信同步時鐘源

變電站使用電子變壓器，當合并單元中時鐘同步出現異常時，將直接造成保護阻塞。引起合并單元失步的最主要原因之一就是衛星時鐘同步裝置的被動輸出和輸出時間源的抖動現象。所以，為了防止衛星時鐘的同步設備不正常地輸出時鐘源信號，而導致合并單元出現失步現象，將衛星時鐘的同步設備設計為由“時鐘源”與“時間”組成。

在動態仿真試驗中，我們通過對網絡通信記錄的分析，發現在從不同步狀態到同步狀態的過渡過程中，差動保護動作退出主變壓器保護。當沒有設置同步采樣標志的時候，MU輸出采樣值會跳轉，并且存在差動保護動作。設置同步采樣標志以后，MU輸出采樣值再次跳轉，并且差動保護動作退出。為了避免保護動作失敗，請在啟用保護之前確保兩端MUS的可靠同步，并延遲MU發送相關同步標志的時間。該變電站過程層網絡定時方案采用IEEE1588V2協議。所述冗余衛星定時裝置充當所述定時系統的時鐘源，用以太網交換機充當從時鐘，其他的智能設備充當從時鐘，通過IED裝置與主時鐘同步，以確保IED裝置之間的同步。作為一種透明時鐘，以太網交換機消除了網絡消息轉發和交換鏈路對時間同步系統的影響，從而獲得了較高的同步精度。

4.應用動態組播協議

組播注冊協議是在通用注冊協議屬性的基礎上發展起來的一種組播注冊協議，主要用來維護交換機中的組播注冊信息。所有支持GMRP的交換機都可以從其他交換機接收有關的組播注冊信息，還能動態更新當地組播注冊的有關信息。它們還可以向其他交換機發送本地組播注冊的有關信息。這種信息交互機制保證了同一交換網絡中支持GMRP的所有設備組播信息的統一。

因為變電站的錄波分析系統和故障錄波設備需要在過程層監控SV和GOOSE以及網絡到達的時間信息，因此開關的設計應滿足故障錄波和錄波分析系統的監控要求。在此項目中，GMRP協議開放，網絡上的所有組播都將從此端口發送，而不接收啟用GMRP的設備，這更適合不支持GMRP功能的網絡分析器和記錄器。如果全局GMRP設備處于打開狀態，那么僅當設備發送“加入”消息并加入到采樣值指定的組播組時，該設備才能接收相關采樣值數據。

5.思考智能變電站的新技術應用

當下，智能變電站的一個主要特點是用光纜通信和數字一次設備取代傳統變電站最常應用的二次電纜。光纜信息的傳輸具有無電磁干擾、帶寬高等優點。它避免了因使用電纜而引起的交直流誤觸、輸電過電壓、電磁兼容和兩點接地等問題，從而導致繼電保護誤動和拒動。電源通過控制電纜連接到輔助設備，這可能導致保護設備的動作不正確或者設備損壞。新技術在智能變電站中的應用，不僅解決了傳統變電站的問題，而且還引起了新的技術問題。

6.結語

從GMRP技術、通信系統的時鐘同步、三網融合等方面對某110kV智能變電站工程的應用進行了分析。在對新出現技術問題深入思考的基礎上，提出了智能變電站的建設方案，對智能變電站進行了一次非常有價值的探索。新技術在智能變電站中的應用，給原來的運行、調試、設計和維護方式帶來了很大的變化。傳統的計算機分工、自動化和電力系統保護已經不能滿足變電站智能運行和維護的跨學科需求。所以，必須打破電力公司傳統的計算機專業管理模式和現有的保護、監控，迫切需要培養具有網絡通信、監控和保護的復合型人才。

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（作者單位：國網浙江象山縣供電有限公司）