数字化变电站设计

'主讲人:邱相群电话:517647贵州电力设计研究院数字化变电站的设计——110千伏变电站的数字化 一、什么是数字化变电站？数字化变电站是指按照IEC61850标准分站控层、间隔层、过程层构建，采用IEC61850数据建模和通信服务协议，过程层采用电子式互感器等具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。贵州电力设计研究院 二、数字化变电站的特点1.采样数字化2.二次设备网络化3.一次设备智能化4.网络结构分层化贵州电力设计研究院 1.采样数字化采用具有数字化接口的有源非常规互感器(主要以罗柯夫斯基线圈为代表)EVT/ECT及无源非常规互感器（又称光电式）OVT/OCT电子式互感器，通过合并器与数字化二次设备直接接口。贵州电力设计研究院 2.二次设备网络化网络化二次设备要求：适应电子式互感器的应用适应智能化一次设备的需要适应IEC61850的需要贵州电力设计研究院 3.一次设备智能化智能开关设备：具有智能控制单元，对断路器的操作实现智能识别，实现有关检测、保护、控制及通信的智能化功能。智能终端：与传统一次设备就近安装，实现信息采集、传输、处理、控制的智能化电子装置。基于微机、电力电子技术和非常规互感器建立的断路器二次系统，保护和控制命令可以通过光纤网络实现与断路器操作机构的数字化接口，使变电站的过程层数字化。贵州电力设计研究院 4.网络结构分层化物理结构上，完整的数字化变电站由三个层次构成，分别为过程层、间隔层、站控层。每层均由相应的设备对象及网络设备构成。过程层面对电气一次设备对象，包括智能一次设备（含电子式互感器）、智能终端等间隔层主要的设备对象是各种保护装置、测控装置、安全自动装置、计量装置等电子设备站控层的主要设备对象是整个变电站主机、操作员站、远动装置、保护故障信息子站等设备贵州电力设计研究院 数字化变电站通信接口①站控层设备之间的通信接口②站控层与间隔层设备的通信接口③间隔层设备之间的通信接口④间隔层与过程层设备的通信接口⑤站控层设备与远方控制中心的通信接口⑥间隔层设备与远方保护的通信接口贵州电力设计研究院 数字化变电站系统示意图1贵州电力设计研究院 数字化变电站系统示意图2远动主站全站统一GPS站控层主机及操作员工作站1100M以太网以太网交换机网省地调调调间隔层主机操作员工作站2其它智能装置接口工程师工作站公用接口装置110kV微机测控保护装置10kV微机测控保护装置GISECT/EVT过程层UniGearZS1CTs/VTsIEC61850贵州电力设计研究院 三、数字化变电站与常规站的不同1.互感器输出不一致2.开关选用的不同3.二次接线的不同4.接地设计的不同5.系统架构的不同贵州电力设计研究院 1.互感器输出不一致常规站采用电磁式互感器，数字站采用有源非常规互感器(主要以罗柯夫斯基线圈为代表)EVT/ECT及无源非常规互感器（又称光电式）OVT/OCT电子式互感器。对于设计考虑而言，两者的输出不一致。电磁式互感器：输出模拟量:TA—5A(或1A)TV—100V，非常规互感器：输出模拟量ECT：4V（测量）及200mV（保护）EVT：4V输出数字量ECT：2D41H（测量）及01CFH（保护）EVT：2D41H贵州电力设计研究院 2.开关选用的不同常规站采用普通开关设备，操作控制命令由控制电缆实现。数字站采用智能开关设备或普通开关设备增加智能终端，操作控制命令由光缆传输实现，二次系统与配电装置开关设备之间无电气联系。贵州电力设计研究院 3.二次接线的不同常规站普遍采用阻燃屏蔽铠装电缆，仅在站控层、对时等采用通信电缆数字站内部全部实现光纤通信方式，只有电源采用阻燃屏蔽铠装电缆，数字站比常规站电缆约少80%。贵州电力设计研究院 4.接地设计不同常规站的接地是重要的问题，数字站由于二次系统不再需要引入交流二次电缆，一次系统和二次系统可实现有效的电气隔离，由交流电缆引起的传导性电磁干扰不复存在，二次系统的接地将局部化，只需要考虑整个二次系统的等电位问题。二次光缆传输回路完全绝缘，没有接地要求。贵州电力设计研究院 5.系统架构的不同常规站为两层结构：站控层+间隔层，主要采用IEC60870-5-103规约。数字站为三层结构：站控层+间隔层+过程层，采用IEC61850网络通信标准。数字站涵盖了常规变电站的分层分布式结构、网络通信模式，并有着更广阔的延伸。贵州电力设计研究院 四、数字化变电站的设备理想的数字化变电站主要一次设备和二次设备都应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。相对常规站，数字化变电站二次设备有其特殊性。贵州电力设计研究院 1.数字化变电站的保护设备新型数字化保护呈现网络化、分布化、一体化的特点贵州电力设计研究院 2.交换机以太网是构成数字化变电站系统的神经中枢。以GOOSE组网要求，要求工业级的交换机，“零丢包”概念数字站对交换机的基本要求：a.优先传输功能b.有效分区功能c.网络重构功能d.异常告警功能e.自由镜像功能f.时钟同步功能贵州电力设计研究院 3.合并单元MU为非常规互感器与数字化变电站二次设备采用连接的接口设备,连接物理层采用光纤。贵州电力设计研究院 4.数字故障录波分析装置对过程层网络的SAV（采样值）报文和GOOSE（变电站状态事件）报文进行故障录波。贵州电力设计研究院 5.数字化变电站网络记录分析仪完成对数字化变电站的过程层网络和站控层网络状态和通信报文的监视、记录和实时分析。贵州电力设计研究院 五、数字化变电站的设计110kV变电站由于在系统中多数处于终端，电气接线及保护配置简单，以目前国内可提供的设备情况，实施数字化没有技术风险。以沙河110kV变电站为例，介绍一些设计思路，抛砖引玉贵州电力设计研究院 （1）工程概况沙河110kV变电站为城市终端负荷变电站，110kV为“内桥”接线，安装50MVA有载调压变压器2台。10kV为单母线分段接线，10kV出线16回，10kV电容器组4组，所用变兼接地变2台，均分于10kV两段母线上。工程全部一次建成。贵州电力设计研究院 （2）项目总体目标实践应用IEC61850标准，探索积累数字化变电站设计、运行经验。实现变电站设备的远程控制及全站智能化(程序化)逻辑操作，简化操作程序，实现标准化作业，提高工作效能，有效降低变电站运营成本，降低安全风险。贵州电力设计研究院 （3）数字化方案技术特点沙河110kV变设计方案为完全意义的数字化变电站，采用站控层、间隔层、过程层三层结构、有源电子式互感器（罗式线圈）、实现GOOSE联闭锁及分合闸功能、数字式电能表（平衡表）、10kV采用智能开关、110kV开关使用智能终端实现智能化，全站隔离开关、接地开关均采用双位置采样及电动操作，全站实现程序化操作。后期增加了全光纤电子式电流互感器，用于110kV出线的光纤电流差动保护。由于对侧为常规站，使用的是常规TA，本工程的尝试对实际工程中不可避免的常规变电站与数字化变电站的对接具有特别意义，从中可积累多方面的经验。贵州电力设计研究院 一次设备情况采用电动控制的一次开关设备，包括电动控制所有断路器、隔离开关、接地开关、开关柜断路器手车、所用电低压侧智能开关。110kV为ABB产户内SF6组合电器(GIS)，隔离开关，接地开关均为电动操作，并具有成套装置电气联锁。10kV为ABB产中置式手车开关柜，断路器手车带电机驱动，通过控制安装在手车上的驱动电机，将断路器手车自动的从试验位置推进到工作位置，或从工作位置抽出到试验位置。初期设计采用新宁公司有源电子电流互感器（罗式线圈）和电压互感器（电容分压）。工程后期在110kV线路进线增加了两组南瑞科技全光纤电子互感器（电流敏感元件为光纤）。贵州电力设计研究院 保护及测控设备采用满足IEC61850标准的保护设备及测控设备。保护及测控单元采用点对点的方式与交换机光纤连接,保证通讯的独立性和可靠性。采用的保护设备具有完善的故障录波记录功能，可记录完整的SOE事件及故障录波，运用软件可查看电气参数的波形、变化轨迹、开入/开出和保护动作情况。贵州电力设计研究院 间隔内通信采用满足IEC61850标准的保护设备、测控设备、交直流一体化站用电系统，通过自带的以太网接口接入以太网。对确实不能满足IEC61850标准的智能设备，通过规约转换器接入计算机监控系统。贵州电力设计研究院 站级通信采用分层分布式结构，系统架构全部基于100Mb/s以太网络。站控层、间隔层、过程层均实现IEC61850通信。保护设备、测控设备之间通过IEC61850GOOSE机制实现快速、安全的数据交换，实现相关联闭锁功能，这是IEC61850的重要特征之一，避免传统模式下的大量间隔间的闭锁关系硬接线，以及由统一的控制单元集中控制造成的重复数据采集。计算机监控系统支持IEC61850，并应具有与间隔层装置相对应的完整的数据库，以实现完整意义上的兼容性。贵州电力设计研究院 GOOSE机制110kV进线设置具有GOOSE接口的备自投装置。110kV进线及桥开关备自投、跨间隔的操作、电容器与有载调压主变压器综合投切等需要的联闭锁要求，均由IEC61850GOOSE功能实现。所用变备自投由低压侧智能开关实现。（GOOSE：面向通用对象的变电站事件）贵州电力设计研究院 远程控制及智能化(程序化)逻辑操作间隔测控智能单元采集断路器、隔离开关、接地开关位置、线路TV等信号，110kV及10kV线路利用软件实现程序化的闭锁贵州电力设计研究院 二次设备布置及过程层数据采集110kV主变两侧配置采用数字式（罗式线圈）TA、TV互感器，在110kVGIS就地开关设备设置智能终端实现过程层的采集控制主变就地设置非电量保护及智能终端10kV保护及测控装置，下放到开关柜，过程层采用传统的硬接线交换信息10kV母线TV采用数字式互感器，输出模拟信号接入采样合并器后转换为输出数字信号，通过光纤接入各保护测控装置。10kV各间隔TA采用数字式（罗式线圈）互感器，输出模拟信号接入10kV保护及测控装置。各间隔保护测控与站级层采用光纤联系，间隔层保护测控设备与主控制室联系电缆部分只有交直流电源用传统电缆。贵州电力设计研究院 设置有一套网络监测记录分析装置贵州电力设计研究院实现过程层网络和站控层网络状态和通信报文的监视、记录和实时分析。 电能计量设置本工程在110kV、主变10kV侧设置采集数字信号的全电子电能表10kV线路、10kV电容器设置采集数字信号（TV）及模拟信号（TA）的全电子电能表同时由测控装置采集电流、电压模拟量通过软件计算电量作为内部考核，测控计算电量累计精度为0.5S级。贵州电力设计研究院 沙河变二次设计的几点体会业主及设计首先要改变思想，接受新的观念数字化变电站给二次设计带来的新挑战,对数字化变电站要有充分、必要的认识,需要打破传统的设计方案,首先要重视方案设计大量光纤的使用，如何标示清楚去向，便于运行维护，目前还没找到很合适的方式设计需要业主的积极配合,及早介入,参与其中 110kV数字化变电站建设方案探讨对于110kV变电站，推荐采用基于100Mbps以太网技术、电子式互感器、一次设备+智能终端，按站控层、间隔层、过程层构建的数字化变电站建设方案'