110kV数字化变电站 自动化系统设计
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目 录
1. 数字化变电站简介 .......................................................................................... 3 2. 一次设备构成 .................................................................................................. 3 3. 系统功能 .......................................................................................................... 4
3.1 站控层功能 ........................................................................................... 4 3.2 间隔层功能 ........................................................................................... 5 3.3 过程层功能 ........................................................................................... 5 4. 数字化变电站自动化各层配置方案 .............................................................. 5
4.1 站控层设备配置方案 ........................................................................... 5 4.2 间隔层设备配置方案 ........................................................................... 6 4.3 过程层设备配置方案 ........................................................................... 6 5. 数字化变电站自动化系统网络架构 .............................................................. 7 6. 全站时钟同步系统 .......................................................................................... 7 7. 设备清单 .......................................................................................................... 9 参考文献 .............................................................................................................. 10
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110kV数字化变电站自动化系统设计
1. 数字化变电站简介
数字化变电站采用低功率、紧凑型、数字化的新型电流和电压互感器代替常规TA和TV；将高电压、大电流直接变换为低电平信号或数字信号，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现基于IEC61850标准的统一信息模型，并采用智能断路器控制等技术，使得变电站自动化技术在常规变电站自动化技术的基础上实现了巨大跨越。
数字化变电站有数据采集数字化、系统分层分布化、系统建模标准化、信息交互网络化、信息应用集成化、设备检修状态化、设备操作智能化等技术特征[1]。
与数字化变电站相比，常规变电站传输二次侧电信号距离较远，要求使用的二次侧电缆横截面积较大，由于二次设备采集电量信号的特点，使得模拟式二次回路接线复杂。而数字化变电站将采集装置安装在一次设备附近或者直接集成在一次设备上，可以大量节约电缆，使得变电站结构简单。对于超高压、特高压输电系统，对常规互感器的绝缘水平要求较高，对常规互感器的技术水平要求很高，增加了制造成本，而电子式互感器本身具有隔离一次和二次设备的特性，可以显著地降低成本，因此在越高电压等级电子式互感器的优越性体现的越明显。
根据国家电网公司对智能电网发展的规划，智能电网将成为以后电网发展的趋势，而作为电网中重要结点的变电站，其智能化水平对智能电网的影响非常大，因此，数字化变电站是目前新建、改造工程的必要选择。
2. 一次设备构成
本数字化变电站分为110kV和10kV两个电压等级，110kV和10kV母线均为单母分段外桥接线方式，一次设备包括一条110kV联络线、两条110kV进线、一条110kV分段、两条110kV母线、两台110kV/10kV变压器、两条10kV母线、一条10kV分段、3条10kV出线。一次结构图如图1所示。除了图中的一次设备外，还有ECT，EPT等一次设备。
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3. 系统功能
本数字化变电站自动化系统采用“三层两网”结构，即站控层、间隔层、过程层、位于站控层网络、过程层网络，两层网络物理上相互，减少相互之间的影响。
3.1 站控层功能
站控层的主要功能为变电站提供运行、管理、工程配置的人机界面，并记录
变电站的相关信息。具体功能如下：
1） 汇集全站实时数据信息，不断刷新实时库，按一定时间间隔录入历史数据库进行保存，方便查询分析
2） 将调度所需数据按既定规约传送至远方调度中心，并且接受调度下发的控制命令，转至间隔层、过程层，最终作用于一次设备。
3） 根据运行方式要求，具备全站防误闭锁功能，并能根据运行方式的改变修改防误规则库。
4） 当地监控具备人机界面，方便在当地对全站信息进行查看，并且具备操
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作、打印、报警等功能，甚至具备图像、声音等多媒体功能。
5） 能够对间隔层设备参数进行查询、修改、控制等功能。
3.2 间隔层功能
1） 汇总本间隔过程层上送的实时信息。 2） 对本间隔一次设备进行保护控制。 3） 具备间隔闭锁功能，防止误操作。
4） 具备同期操作功能，可在就地修改装置参数。 5） 完成与过程层网络和站控层网络的通讯功能。
3.3 过程层功能
1） 完成电力系统运行时的实时电气量检测和运行设备的状态参数检测，并将其所采集到的信息上送至间隔层设备。
2） 完成间隔层设备的保护、控制命令，直接作用于一次设备[2]。
4. 数字化变电站自动化各层配置方案
4.1 站控层设备配置方案
站控层设备包括五防工作站、操作员站、工程师站、远动机，在站控层网络上安装一台网络打印机。各设备之间以及与间隔层设备之间基于IEC61850标准进行通讯，即以MMS报文形式进行通讯。
五防工作站具有一次接线图，画面上设备运行情况和实际运行情况一致，具有涵盖全站多种运行方式的所有规则库。值班员需要就地操作时，应先在五防工作站上进行模拟操作，待五防工作站判断操作顺序正确后再进行就地操作或者从操作员站上进行遥控操作。
操作员站画面涵盖所有电气设备以及设备的运行参数，供值班人员查看，能够存储历史数据，以备后期使用。
工程师站具有调取间隔层保护装置定值、远方修改定值、打印定值等功能。 远动机收集站内信息，将调度所需数据以既定规约的方式发送给远方调度中心，并将调度下发的控制命令转发至间隔层、过程层，最终作用于一次设备。
保护信息子站收集站内保护动作信息、开关分合信息，并记录电压电流波形，以便事故时进行故障分析，并将所记录信息转发至远方保护信息主站。
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4.2 间隔层设备配置方案
间隔层设备测量数据采集满足IEC61850-9协议中规定的数据格式，状态信息以GOOSE报文形式进行采集，并以MMS报文的形式将采集到的信息上送至站控层网络。间隔层之间的通讯通过过程层网络来完成，以实现间隔层时间的联闭锁。
间隔层设备有保护装置、测控装置、电度表、规约分析仪、故障录波器、规约转换器，本数字化变电站采用保护测控一体化装置。根据各装置功能的不同，可将其分为单间隔设备和跨间隔设备。单间隔设备如线路保护测控装置、主变保护测控装置、电度表，跨间隔设备如变压器差动保护、规约分析仪、故障录波器、规约转换器、备自投、母差保护等。各间隔所配置装置功能如下：
1） 主变间隔配置保护测控装置具主保护、后备保护、测控功能，同时配置非电量保护装置。
2） 110kV间隔配置保护测控装置，与间隔层其他间隔保护测控装置通讯是通过过程层网络，实现跳闸时通过光纤直接连接至智能终端，以点对点的方式进行直接跳闸[3]。
3） 10kV间隔配置保护测控装置就地安装于开关柜上，采用常规跳闸方式，装置出口通过电缆直接连接至开关的跳合闸回路中，与站控层网络相连采用基于IEC61850标准进行通讯[4]。
4） 电度表采用基于IEC61850通讯标准的数字式电度表，以网络方式采集电流电压信息，并连入计量系统。
5） 规约转换器按modbus、cdt等规约接入直流屏、小电流接地选线装置、低周减载装置、火灾报警装置等设备，以IEC61850通讯标准形式与站控层设备进行通讯。
6） 网络记录分析仪实时监视、记录网络通讯报文，周期性保存为文件，并进行各种分析。
4.3 过程层设备配置方案
过程层设备主要包括电子式电流互感器、电子式电压互感器、智能终端、合并器。具体配置如下：
1） 110kV线路间隔配置一台合并器和一台智能终端。
2） 主变高压侧配置一台合并器和一台智能终端，主变低压侧合并器和智能
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终端集成设计安装在主变低压侧开关柜上[2]，主变本体配置一台智能终端，安装在主变端子箱内。
3） 110kV母线和10kV母线各配置一台PT合并器。
4） 10kV线路间隔使用常规采样方式，不配备合并器和智能终端。
5. 数字化变电站自动化系统网络架构
数字化变电站技术对交换机有以下几个方面的要求： 1） 优先传输功能，支持IEEE802.1p。
2） 有效分区功能，支持IEEE802.1q，即VLAN协议。 3） 网络重构功能，支持IEEE802.1d的生成树协议。 4） 异常告警功能。 5） 自由镜像功能。 6） 时钟同步功能。
站控层采用双以太网结构，连接间隔层设备和站控层设备，两者基于IEC61850通讯标准，以MMS报文形式进行通讯。间隔层设备将从过程层网络上采集到的信息，传送至站控层网络上，供站控层设备使用。
过程层网络采用单网结构，可传输SV和GOOSE报文，一次设备的电流、电压量以IEC61850-9-2形式经合并器送至过程层网络，开关、刀闸等状态信息经智能终端以GOOSE报文形式送至过程层网络，间隔层设备从过程层网络上采集数据，保护测控装置根据所采集到的数据进行逻辑判断，当检测到故障时，采用点对点直接跳闸的方式经智能终端作用于一次设备，而不经过过程层网络传送跳合闸等控制信息。间隔层设备之间通过过程层网络进行通讯，以实现间隔间联闭锁功能。
6. 全站时钟同步系统
全站配置一套公用的时钟同步系统，支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号，时钟同步精度满足站内所有设备的对时精度要求[2]。
1） 站控层设备采用SNTP网络对时方式。
2） 间隔层设备和过程层设备采用IRIG-B码对时方式。
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7. 设备清单
设备名称 数字化变电站自动化系统 规约转换器 远动机 变压器保护测控装置 变压器非电量保护 110kV线路保护测控装置 110kV分段保护测控装置 110kV母线保护测控装置 10kV备自投 10kV线路保护测控装置 公用测控 站控层网络交换机 智能终端 电子式电流互感器 电子式电压互感器 对时装置 过程层网络交换机 网络打印机 数字式电度表 直流屏 小电流接地选线 网络报文记录分析仪 火灾报警控制器 低周减载装置 故障录波器 型号 PS6000＋数字化变电站自动化系统 PSX600U通信服务器 PSX600U通信服务器 PST671UF系列变压器保护测控装置 PST-1210A非电量保护装置 PSL621UF系列高压线路保护测控装置 PSL631UF断路器保护测控装置 PSB681UF系列母线保护测控装置 PSP1UF备用电源自投装置 PSL1UF线路保护测控装置 PSR660UF系列综合测控装置 PSW618智能工业以太网交换机 PSIU600系列智能终端 DW电子式电流互感器 DW电子式电压互感器 GPS-01系列卫星同步时钟装置 RuggedSwitch RSG2100 LaserJet 5200dn DTSD341-ME2 HZ-GZDW HH-MA196H NSAR500 JB-TBL-2100 DHE-UF2000 WDGL微机电力故障录波检测装置 厂家 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 国电南京自动化股份有限公司 罗杰康公司 惠普公司 长沙威胜集团 华自电力科技有限公司 保定华航电气有限公司 国电南思系统控制有限公司 靖江电子仪表制造公司 保定道合电气有限公司 山东山大电力技术有限公司
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参考文献
[1] 高翔．数字化变电站应用技术[M]．北京：中国电力出版社，2008． [2] 黄华生，黄自习．渡桥110kV变电站数字化解决方案． [3] 国家电网公司．智能变电站设计规范[S]．2010年． [4] 110kV智能变电站技术方案—蒙东西山．
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