泰皇岛窑河110kv智能变电站设计

'ClassifiedIndex：××××U．D．C：××××ThesisfortheMasterDegreeinEngineering一DesignofQinhuangdaoYaohellOkVSmartSubstationCandidate：Supervisor：School：DateofDefence．"ⅥgangWangProf．ShueZhangSchoolofElectricalandElectronicEngineeringJune，2013Degree--Conferring-·Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity 华北电力大学工程硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的工程硕士学位论文《秦皇岛窑河1lOkV智能变电站的设计》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读工程硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：刁彖受蝴日期：矶I弓年／月艿日华北电力大学工程硕士学位论文使用授权书《秦皇岛窑河llOkV智能变电站的设计》系本人在华北电力大学攻读工程硕士学位期间在导师指导下完成的工程硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“4’’)：保密口，在年解密后适用本授权书不保密留作者签名：导师签名：砒数啪颊招墩日期：矶f；年i月g日日期：切I弓年6月g日 华北电力大学工程硕士学位论文摘要近年来，随着IEC61850标准的发布，为新一代变电站技术指明了发展方向，开始设计并建造基于新标准、新设备和新技术的智能变电站。智能变电站采用分层分布式的监控系统结构，全站信息实现数字化并通过网络传输，用光纤取代控制电缆，不同厂家的设备能方便地互操作，主要设备根据运行状态参数制定检修计划等等。本文详细分析了智能变电站的三层两网的监控系统结构及信息数字化、传输网络化等主要特点；研究了IEC61850标准、电子式互感器、变电站通信报文、优先级处理机制及虚拟局域网等智能变电站的关键技术；并结合秦皇岛地区电网的特点，给出了秦皇岛窑河110kV智能变电站的设计方案，介绍了该变电站的设计思路、系统结构、技术原理和创新方法：最后通过对设备进行系统联调测试，验证了设计方案的可行性。窑河110kV智能变电站，根据IEC61850标准设计，采用了电子式互感器等新设备，提出了保护功能在过程层采用点对点直采直跳的新方法，为秦皇岛地区智能变电站的建设提供了很好的范本和丰富的技术经验。关键词：智能变电站；IEC61850标准；电子式互感器；通信报文；网络选型 华北电力大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears，withthereleaseoftheIEC61850standard，pointedoutthedirectionofdevelopmentofanewgenerationofsubstationtechnology，andbegintodesignandbuildsmartsubstationbasedonnewstandards，newequipmentandnewtechnology．Smartsubstationmonitotingsystems仃ucnlreofdistributedhierarchical．stationinformationdigitizationandtransmissionthroughthenetwork,usingtheopticalfiberinsteadofcontrolcable．devicesofdifferentmanufacturersCanbeconvenientlyinteroperability，mainequipmentparametersaccordingtotheoperationstateofmaintenancescheduleet．T11isthesisanalyzedsmartsubstationthreelayertwonetworkmonitoringsystems缸．ucnlreandinformationdigitization．networktransmissiOllandothermajorfeatures；studiedacomprehensivesummaryofthekeytechnologyofIEC61850standard．electronictransformer,substationcommunicationmessage，priorityprocessingmechanismandvirtuallocalareanetworkofintelligentsubstation；combinedwiththecharacteristicsofthe面dinQinhuangdao，giventhedesignofQinhuangdaoYaoRiver1l0kVSmartSubstation．andintroducedthesubstationdesignidea,systemstructure，technicalprincipleandi衄ovativemethod；finally，bythetestingoftheequipmentsystem，validatedthefeasibilityofthedesignscheme．YaoRiver11OkVSmartSubstation,designedaccordingtoIEC61850standard．usedtheelectronictransformerandothernewequipment,proposedtheprotectionfunctionintheprocesslayeradoptsnewmethodofpoint．to-pointdirectacquisitionanddirecttrip．providesagoodmodelandrichtcchnicalexperiencefortheconstructionofSmartSubstationinQinhuangdaoarea．Keywords：smartsubstation；IEC61850standard；electronictransformers；communicationmessage；networkselectionII 华北电力大学工程硕士学位论文目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯II第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2变电站自动化技术的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯21．3基于IEC61850标准的变电站自动化技术的研究现状及应用情况⋯⋯．31．4本论文的主要工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4第2章智能变电站的关键技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52．1IEC61850标准及其主要特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52．1．1自动化系统采用分层结构⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62．1．2面向对象的统一信息模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1．3抽象通信服务接口与特定通信服务映射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1．4变电站配置描述语言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．2电子式互感器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．82．2．1电子式互感器的定义及分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．2．2有源型电子互感器工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．2．3无源型电子式互感器工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．3智能断路器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．4智能变电站通信的实时性报文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．132．4．1GooSE报文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．142．4．2SV报文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．152．5优先级处理技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．152．6虚拟局域网技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．172．7小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18第3章秦皇岛窑河110kV智能变电站设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193．1窑河110KV智能变电站工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193．2一次设备智能化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．203．2．1互感器的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．2．2断路器选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．22III 华北电力大学工程硕士学位论文3．3二次设备智能化方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．223．3．1过程层设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．233．3．2间隔层设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．243．3．3站控层设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．253．3．4通信网络⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．253．3．5网络安全措旌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯293．4其他设备及功能设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．293．4．1主变压器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．293．4．2保护功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．303．4．3防误操作系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯313．4．4时间同步系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l3．5小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32第4章窑河变电站设计方案联调测试记录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．1全站SV采样值验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．334．1．1数据准确性测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．334．1．2网络稳定性及通信异常时保护装置反应测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯．354．2全站信号、控制、保护开出验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．2．1变电站事件信号测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．2．2设备控制测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．2．3保护开出测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．3小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40第5章课题取得的成果及局限性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯415．1秦皇岛窑河1IOKV智能变电站的技术创新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l5．2与常规变电站相比具备的优势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．425．2．1设备互操作性更强，变电站扩展升级更方便。⋯⋯⋯⋯⋯．．425．2．2二次系统接线更简单⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯425．2．3互感器的性能更好，选择更灵活⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．435．3本工程设计方案中存在的不足⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43第6章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯456．1本文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．456．2未来展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．46IV 华北电力大学工程硕士学位论文参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．47附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。50攻读工程硕士学位期间发表的论文及其它成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．63致{射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。64作者简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．65V 华北电力大学工程硕士学位论文1．1选题背景第1章绪论随着居民生活水平的日益提高和国家经济建设的快速发展，社会生产和居民生活对电能的需求越来越大，对供电可靠性的要求也越来越高，如何满足日益增大的电力需求，保证电网运行的安全可靠，已经成为各地电网公司需要考虑的重要问题。变电站是电力系统中不可或缺的重要环节，对电能的传输和分配起着至关重要的作用，变电站的安全、可靠运行，直接影响着整个地区电网的稳定和可靠，因此，变电站技术的研究和创新，推动着电力行业的发展和变革。现阶段，我国绝大部分变电站都采用分布式综合自动化技术，在一定程度上实现了自动化操作运行。随着IEC61850标准的提出，新一代变电站技术也登台亮相，以智能化的一次设备、数字化的变电站信息、网络化的通信方式和状态化检修为特点的新一代变电站，受到电力行业的极大关注，被称为“智能变电站”。智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站llJ。智能变电站不仅能够解决现阶段常规变电站中存在的诸多问题，而且提高了变电站的自动化程度和开放程度。统一的通信平台，有利于设备的相互兼容与互操作；数字化的信息传输，使光纤和网络通信大范围使用，取代了大量的控制电缆和复杂的二次接线；功能和管理更加集成，提高了设备利用率和人员的工作效率。因此，智能变电站被电力行业寄予很高的期望，各地电网企业都在尝试和开展智能变电站的建设，有些已经成功投入运行。秦皇岛电力公司也在2011年正式开展了智能变电站的可行性研究和设计工作。 华北电力大学工程硕士学位论文1．2变电站自动化技术的发展20世纪70年代，电子技术发展迅速，德国、瑞士、美国、法国等电气技术领先国家在变电站自动化领域先后取得突破，到20世纪80年代，已经有德国的西门子公司，瑞士的ABB公司，美国通用电气公司，法国阿尔斯通公司等大型电气设备公司开发出了变电站自动化系统[21，并广泛投入使用。受国外影响，我国的变电站自动化技术研发也在20世纪80年代开始起步。1987年，在山东威海望岛变电站成功投运了我国第一套35kV变电站自动化系统，这也拉开了国内变电站自动化技术自主研究开发的大幕，变电站自动化技术成为国内的热门研究项目，以北京四方，南京南瑞等公司为代表的国内电气自动化设备生产企业迅速崛起和壮大，相关的科研机构、公司和产品也进入了快速发展时期，我国的电气自动化技术也达到了很高水平。最初的变电站自动化系统，由监控主机、自动控制装置、数字式的远动装置和数字式的继电保护装置组成，受设备硬件的限制，通常选用集中组屏方式。这样的变电站自动化系统实现了电气模拟量和设备开关量的实时采集和监控，并且结构紧凑、占地少。但是，由于监控任务全部集中在监控主机，一旦监控主机发生故障，所有的监控功能和远方信息都将失效，自动化系统也将崩溃。20世纪90年代后期，随着网络通信技术的发展，分层分布式的变电站自动化系统逐渐成为主流，保护装置和测控装置按照一次系统间隔进行配置，即便监控主机故障，各间隔的保护装置和测控装置能够独立运行。分层分布式的结构，使变电站自动化系统可靠性更高，功能更优化，结构更合理，接线更灵活，系统扩展更方便。目前，我国的变电站普遍采用这种分层分布式的变电站自动化系统，但是，由于不同厂家的设备往往采用不同的通信规约，造成了二次设备之间的互操作性差，监控系统中必须增加规约转换设备，也增加系统的复杂性和调试、维护的难度。21世纪初，国际电工委员会(正C)颁布了IEC61850标准，提出了新一代变电站自动化技术，指明了未来变电站的发展方向，而传感技术、电子技术及网络通信技术的日益成熟及电子式互感器和智能型断路器的研制成功，也为新一代变电站技术提供了重要的技术支撑和保障。2 华北电力大学工程硕士学位论文1．3基于IEC61850标准的变电站自动化技术的研究现状及应用情况IEC61850标准是国际电工委员会(ⅢC)的TC57工作组(WGl0／11／12)从1995年开始制定的一部面向未来的变电站通信标准。到2008年5月，IEC61850共10部分全部出版发行，这是迄今关于变电站自动化系统的最完整的通信标准，也是变电站自动化系统的国际标准【3】。1998年到2000年，由西门子、ABB，阿尔斯通开展了监控后台与间隔层设备的互操作试验，完成了变电站开放式通信计划(OpenCommunicationinSubstations，OCIS)。2001年，西门子与ABB合作，通过通用面向变电站事件(GenericObjectOrientedSubstationEvent，GOOSE)报文完成了在两个厂家的保护装置和开关之间信息识别、跳闸及重合闸试验，同时验证了可以通过变电站配置描述语言(SubstationConfigurationDescriptionLanguage，SCL)配置不同厂家不同设备的GOOSE报文。2002年，西门子与ABB，进行了跳闸和采样值互操作试验【4’引。我国基本上是从2001年开始研究IEC61850标准的，2004年，国网公司调度中心召开了关于IEC61850系列国际标准的研讨会，邀请中国电科院、国电南瑞、南瑞继保、北京四方等国内电气自动化厂商参加，共同商讨互操作试验的计划、安排等内容。2005年的5月和10月，由国网公司调度中心组织之前参与IEC61850标准研讨会的单位进行了两次互操作试验。第一次试验是检验国内厂商对IEC61850标准的理解和设备通信能力；第二次试验是对遥控、报告和数据集等通信服务的试验，进行了数据模型配置以及特定服务的互操作。2006年1月，又进行了不同客户端与服务器连接，完成文件配置、文件操作等项目的第三次试验16】。2006年3月，全国首座基于IEC61850标准建设的云南省曲靖市翠峰l10kV变电站投入运行，标志着我国的变电站自动化技术正式进入了新时代。随后，全国各地电网都先后建成了基于IEC61850标准的示范变电站。通过总结和积累各地示范变电站的运行经验，发展和优化新的变电站自动化技术，国家电网公司于2009年12月25日，正式颁布了《智能变电站技术导则》。这是国家电网公司的企业标准，也是我国电力行业对新的变电站技术的正式命名，该导则在编写过程中广泛征求了调度、生产、基建、设计等多方意见，着力吸收国内外智能电网 华北电力大学工程硕士学位论文相关研究成果、创新技术、管理理念，力求充分发展设备智能化，引领变电站技术的发展方向。1．4本论文的主要工作本论文结合秦皇岛窑河110kV智能变电站工程设计方案，分析了智能变电站的基本构成、特点和重要的技术创新，总结、借鉴国内外先进研究理论和实践经验，结合现有的技术装备水平和设计施工能力，探索、研究出一套科学、可行的110kV智能变电站设计方案，并对存在的问题和未来的发展方向进行试探性的总结和展望。第二章是对智能变电站关键技术的介绍，先后介绍了IEC61850标准及其特点、电子式互感器、智能断路器、智能变电站的实时性报文、优先级处理技术和虚拟局域网技术。其中，电子式互感器中的有源型互感器已经广泛应用，智能断路器技术目前还处在研发试验阶段，没有投入市场应用。GOOSE报文、SV报文的使用、优先级处理技术、虚拟局域网技术是智能变电站通信网络实现快速、稳定和可靠的关键技术。第三章是秦皇岛窑河l10kV智能变电站电气部分的设计方案。该部分先介绍了窑河变电站的工程概况，然后分别介绍了一次部分和二次部分的智能化方案。一次部分主要是一次设备选择，包括互感器和断路器。二次部分包括了变电站监控系统的分层分布式设计，各层设备的功能、配置，以及通信网络的配置方案及网络安全。最后介绍了二次系统的其他部分，包括保护功能、五防闭锁、时间同步的情况。第四章是对窑河110kV智能变电站设计方案的检验。通过在监控系统设备厂家进行的系统联调试验，逐项检验了在网络通信方式下，智能变电站方案的SV采样方式、GOOSE信号、控制及跳闸方式的可行性和准确性。第五章介绍了窑河l10kV智能变电站的技术创新，与秦皇岛其他常规变电站相比所具备的优势，同时分析了本工程的设计方案中存在的不足。第六章对全文的研究工作做了总结，并对未来的研究工作进行了展望。4 华北电力大学工程硕士学位论文第2章智能变电站的关键技术根据国家电网公司2009年12月25日发布并实施的Q／GDW383．2009《智能变电站技术导则》，将智能变电站定义为：采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站fl】o智能变电站技术以正C61850标准为基础，包含了电子式互感器、智能断路器、通信报文、优先级处理、虚拟局域网等关键技术，本章将逐一分析。2．1IEC61850标准及其主要特点IEC61850标准共10大类，截至2008年5月，IEC61850标准经过补充，共制定了22条标准，其内容可见文献【7-20]，其中各部分的主题见表2．1：表2-1IEC61850标准主题列表标准编号标准名称正C61850．1概论：IEC61850标准的介绍正C61850-2术语ⅢC61850．3一般要求IEC618504系统工程和管理mC61850．5功能和装置模型的通信要求正C61850．6变电站配置描述语言正C61850．7．1变电站和馈线设备的基本通信结构：原理和模式ⅢC61850．7．2变电站和馈线设备的基本通信结构：抽象通信服务接口ⅢC61850．7．3变电站和馈线设备的基本通信结构：公共数据级别和属性正C61850．74变电站和馈线设备的基本通信结构：兼容逻辑节点和数据对象寻址ⅢC61850．7410水力发电站上一监测和控制通信匝C61850．7420通信系统分布式能源资源一一逻辑节点 华北电力大学工程硕士学位论文表2—1(续表)标准编号标准名称ⅢC61850．7．500逻辑节点使用的变电站自动化系统的功能建模正℃61850．7．510逻辑节点使用的水力发电厂的功能模块ⅢC61850．7．520逻辑节点使用的分布式能源的功能建模正C61850．8．1特定通信服务映射SCSM：对制造报文规范删S及ISO／IEC8802—3的映射mC61850．9．1特定通信服务映射SCSM：单向多路点对点串行通信链路上的采样值ⅢC61850．9．2特定通信服务映射SCSlJ：映射到IS0／IEC8802—3的采样值mC61850．10一致性测试正C61850．80．1IEC61850和IEC60870—5—101／104通信的映射标准mC61850—90一1变电站之间的通信标准ⅢC61850．90一2变电站与调度中心之间的通信标准2．1．1自动化系统采用分层结构IEC61850标准将变电站自动化系统功能分为三层：站控层、间隔层和过程层【11，21，221，其基本结构，如图2．1所示：站控层匝困区圃巨型6拄层网络(瞄)间隔层匝口臣丑匝到立程层1)91|络(_肇)L一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一J图2-1变电站自动化系统结构示意图(1)过程层过程层包括断路器、隔离开关、电流电压互感器、变压器等一次设备及其所属的智能组件和智能电子装置，过程层的主要功能是采集变电站的实时信息、执行操作命令、驱动一次设备、监测运行设备状态。6 华北电力大学工程硕士学位论文(2)间隔层间隔层由保护、测控、计量、故障录波等二次设备构成，实现保护、测量和控制等功能。间隔层采集过程层设备信息，并对过程层下达操作指令；同时向站控层传递过程层及间隔层信息，并接受站控层指令。(3)站控层站控层由监控系统主机、远动通信设备、操作员工作站等设备组成，管理全站设备及信息，并向远方调控中心传递信息，接受调控中心指令。2．1．2面向对象的统一信息模型IEC61850标准建立了面向对象的信息模型[231，其建模方法为：(1)定义模型类，规范数据、结构、操作、指令等语义；(2)根据已定义的语义模型类，把变电站的各项功能和信息进行分解、抽象和归类，并形成应用实例；(3)根据已生成模型类的特点，建立稳定和一致的信息模型。信息模型包含逻辑设备(LogicDevice，LD)、逻辑节点(LogicNode，LN)、数据(Data)、数据属性(DataAttribute)。逻辑设备是实际的智能电子设备IED的抽象模型，由逻辑节点和附加功能构成；逻辑节点由若干数据对象组成，可以对IED的应用功能和设备信息进行划分和标识；数据对象包含逻辑节点的所有信息，是众多网络信息交换的基础；数据属性是数据对象的内涵，是模型中信息的最终承载者[221o客户机可以通过抽象通信服务接口(AbstractCommunicationServiceInterface，ACSI)和服务器通信，访问数据对象。2．1．3抽象通信服务接口与特定通信服务映射IEC61850定义了抽象服务接口(AbstractCommunicationServiceInterface，ACSI)模型，共分为14种，分别是：采样值传输模型、控制模型、通用变电站事件模型、服务器模型、数据模型、数据集模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型、报告及记录控制块模型、整定值控制块模型、应用关联模型、替换模型、时间及时间同步模型和文件传输模型，涵盖了变电站自动化系统的全部功能和服务。ACSI定义了两类公用通信服务模式，分别是：7 华北电力大学工程硕士学位论文(1)客户端朋艮务器模式，客户端向服务器发出请求，服务器根据请求进行应答，传输客户端所需求的数据；(2)发布者／订阅者模式，使用多路广播／组播模式，发布者向多个订阅者发送数据【14，23】。由于ACSI本身没有协议数据单元，所以ACSI的功能服务独立于具体网络，没有传输方式的限制。因此，IEC61850标准制定了特定通信服务映射(SpecificCommuracationServiceMapping，SCSM)，由SCSM负责将抽象的功能服务映射到具体的网络和协议上。虽然ACSI的信息模型是固定不变的，但SCSM的映射方法却是灵活多变的，可以通过不同的SCSM映射，来实现不同的功能服务。即便通信网络不同或变化，只要改变SCSM，而不必改变ACSI，就能实现在不同网络环境下，通信模型的统一和稳定，从而也保证了IEC61850标准对未来通信网络的适应。2．1．4变电站配置描述语言IEC61850标准采用面向对象的自我描述方法，即数据本身带有自我描述，并以可扩展标记语言(eXtensibleMarkupLanguage，XML)为基础，定义了变电站配置描述语言(SubstationConfigurationDescriptionLanguage，SCL)。SCL的配置文件包括变电站功能对象模型、设备对象模型和通信系统模型，其中，变电站功能对象模型是描述基于变电站功能的拓扑结构；设备对象模型是描述基于设备功能的信息模型；通信系统模型是描述设备之间的通信连接；所有变电站设备和服务都能使用SCL进行描述【12丹】。SCL语言不受硬件设备和通信方式的限制，即便面对不同厂家的配置工具，SCL文件也能轻松进行数据交换，从而满足互操作的要求。2．2电子式互感器2．2．1电子式互感器的定义及分类电子式互感器的功能与常规互感器相同，都是产生正比于被测电气模拟量的信号，供保护装置、测量装置、仪器仪表等设备使用，但不同的是电子式互感器8 华北电力大学工程硕士学位论文产生的是数字信号，而不是模拟信号。电子式互感器根据有无工作电源，可分为有源型和无源型两大类，并可根据测量原理的不同而进一步细分【25之9】，具体分类情况可见表2．2：表2-2电子式互感器分类示意罗氏线圈Rogowski电流互感器法拉第电磁感应原理有源型低功率线圈LPCT电压互感器电容分压型电子式互电阻分压型感器法拉第磁旋光效应磁光玻璃型电流互感器赛格耐克效应全光纤型无源型普克尔效应型电压互感器逆压电效应型由于有源型电子式互感器的感应元件仍然是基于电磁原理的电气元件，因此也被称为“电子式互感器”，而无源型电子式互感器的感应元件是基于光电原理的光学玻璃元件，因此也被称为“光电互感器”。2．2．2有源型电子互感器工作原理(1)有源型电子式电流互感器有源型电子式电流互感器由传感器、电子模块、光纤绝缘子及合并单元组成。如图2-2所示：}啬』|L⋯I=：幸二二二二：}l臣竖能嘶i 华北电力大学工程硕士学位论文位于高压侧的传感器由1个传感测量级电流的低功率线圈、2个传感保护级电流的罗氏线圈和1个为电子模块供电的高压电流取能线圈组成，传感器感应出的模拟信号经过电子模块转换为光信号，并通过光纤绝缘子内的光纤发送给合并单元；合并单元要接收并处理这些发送过来电流电压数据，并将信号进行统一的时间同步，再将同步后的三相电流电压数据从光通信接lYl输出125J。传感器中的罗氏线圈，实际上是一种由均匀缠绕在非磁性材料框架上的测量导线构成的空心线圈，如图2．3所示：图2—3罗氏线圈结构示意图罗氏线圈的框架采用非铁磁材料制成，线性度很好，不会出现磁饱和现象，因而具有很高的准确度，不仅误差可以小于O．1％，而且测量范围很大，能够达到lA至100kA的测量范!重It271。线圈的感应电压可见公式(2．1)：v：一‰淞一di(2．1)一班式中f——被测电流(A)；刀——线圈匝数密度；s——线圈截面积(m2)；地——真空磁导率。U——线圈感应电压(V)可见，罗氏线圈的感应电压与被测电流的微分成正比，只要经积分变换处理，就可获得被测电流的大小。(2)有源型电子式电压互感器有源型电子式电压互感器由传感器(分压器)、电子模块、光纤绝缘子与合并单元组成。分压器输出电气量模拟信号，与电流互感器相似，电子模块负责把模拟信号转换成光信号，并经过光纤传送至合并单元。根据分压器原理不同，电lO 华北电力大学工程硕士学位论文子式电压互感器又分为电阻分压式和电容分压式[25,30l。电阻分压式互感器原理如图24：图2-4电阻分压器原理图电阻分压器由高压臂电阻RJ和低压臂电阻岛组成，电压信号在低压侧取出，输出电压，见公式(2．2)：U2--"re,警协2，式中研——高压侧输入电压(V)；沈——低压侧输出电压(V)。通过确定R，和尼的值，即可得到被测电压数值。在这类互感器中常常加装放电管S和电压跟随器，以防止低压侧出现过电压及电子线路对分压器的影响【30】0电容式分压器原理如图2．5所示：图2-5电容分压器原理图与电阻分压器类似，电容分压器由高压臂电容CJ和低压臂电容C2组成，电压信号在低压侧取出，输出电压，见公式(2．3)：岈q彘(2-3)式中Uc，——高压侧输入电压(V)；Uc2——低压侧输出电压(V)。 华北电力大学工程硕士学位论文通过确定CJ和C2的值，即可得到被测电压数值。2．2．3无源型电子式互感器工作原理(1)无源型电子式电流互感器无源型电子式电流互感器根据光介质材料不同，分为磁光玻璃型和全光纤型，其结构示意如图2-6所示：t光t蔫蔓垒先纤至广一一一一一一一一一一一一一一一一一一一．1广一一一一一一一一一一一一一一一一一一一]l旦铽椭}一＼一夕么电溘售毫光售量光高电压饲、||＼光鲆{厂一]光电转换先毒I铹靳l能删．光纤_旦厂、／^、电蠢售毫克售量竞高电压饲／光纤／＼厂‘。。。一l光电转接}光霉台并单元任由正■图2—6无源型电子式电流互感器结构不意图与有源型电子式电流互感器的传感原理不同，无源型电子式电流互感器是基于法拉第磁光效应，即线性偏振光在通过磁场环境时，偏振方向会发生旋转【26，311。偏振光的法拉第旋转角，见公式(2-4)：0=y上删=所(f)(2．4)也一f7．4)式中y——光学材料的维尔德常数；日——磁场强度(T)；三——光线在介质中通过的路程(m)；p——法拉第旋转角(tad)只要测量出法拉第磁旋角，就能计算出被测电流的大小。(2)无源型电子式电压互感器无源型电子式电压互感器根据原理不同，分为基于普克尔效应和基于逆压电效应两种互感器。普克尔效应是根据某些晶体在外加电场作用下，其折射率发生相应变化的特性，通过测算其光学折射率变化，反推施加在晶体上的被测电压的大小。逆压电效应是根据某些晶体在外加电场作用下，其自身形状产生微小变化 华北电力大学工程硕士学位论文[25,321，通过检测这种晶体形状的微小变化，再反推施加在晶体上的被测电压大小。目前，无源型电子式电压互感器在国内还处于理论研究阶段，没有实践运行经验。2．3智能断路器智能断路器的概念目前普遍理解为：具有较高自动化程度和优良性能的断路器，不仅具有断路器的基本功能，还具有附加功能，尤其在检测和诊断方面；智能断路器舍弃了常规断路器中的大部分的常规机械结构和继电器，取而代之的是大量电子设备组成执行单元【35J。智能断路器能够自动识别断路器状态和工作条件，独立采集运行数据，并根据电压波形调整操动机构，控制跳、合闸角度和跳、合闸的时间，同时记录下包括开断电流大小、类型、分、合次数等信息，还能自动检测设备缺陷，在发生故障前发出报警信号，实现状态检修[36,37】。但是目前阶段，真正的智能断路器还处在研究与试验阶段，而智能变电站中普遍采用的是在常规断路器基础上加装智能控制单元【38J(智能终端)的过度方法。2．4智能变电站通信的实时性报文报文(Message)是交换机通信网络中应用层产生的用于传输信息的基本单元，在IEC61850标准中，由通信信息片(PieceofInformationforComrnunication，PICOM)组成了报文的核心内容，不同类型的报文是由不同类型、不同功能的通信信息片构成的，大体上可分为：快速报文、中速报文、低速报文、原始数据报文、访问控制命令报文、文件传输报文、时间同步报文。其中，快速报文和原始数据报文对于变电站的可靠性尤为重要，因为快速报文传输的是“跳闸"、“闭锁”等重要信息，而原始数据报文传输的是采样值数据。IEC61850标准定义了两种实时性报文：通用面向变电站事件(GenericObjectOrientedSubstationEvent，GOOSE)报文，采样值传输(SampleValue，SV)报文【39删。其中GOOSE报文用来传输跳闸、闭锁、重合闸等重要命令和重要状态变化信息；SV报文用来传输采样值及相关服务。 华北电力大学工程硕士学位论文2．4．1GOOSE报文为实现数据传输的快速和可靠，IEC61850标准提出了通用变电站事件模型(GenericSubstationEvent，GSE)，并为此模型定义了2种相应的报文结构：通用面向变电站事件(GOOSE)报文和通用变电站状态事件(GenericSubstationStatusEvent，GSSE)报文。由于GOOSE报文同样可以传输GSSE报文，为简化变电站的报文类型，就统一使用GOOSE报文140】。之所以使用GOOSE报文来传输跳闸、闭锁等重要信息，是因为GOOSE报文能够实现数据信息的实时性传输，满足保护功能要求的快速可靠。GOOSE报文传输是由事件驱动的数据通信方式，在正常状态下按特定时间间隔To重复发送，当有事件发生时，则以最短的响应时间发送，之后再以Tl、T2、T3逐步恢复正常的时间间隔发送，如图2．7所示：事件发生LTo。LTo．『T1Tl五L—T0。lI一一I一一●一一I～lI—●IJIJIJIJI图2—7GOOSE报文发送时间间隔图GOOSE报文在正常情况下报文总量低、传输平稳，当有事件发生时，能够突发增长。GOOSE报文的通信协议栈由四层组成，与ISO／OSI的七层开放模型相比，减少了会话层、传输层和网络层，GOOSE报文直接从应用层映射到数据链路层H11，如图2-8：GoOSE报文常规报文mC61850．8一l应用层ASNl／BER表示层空会话层空传输层空网络层以太网IEEE802．1Q数据链路层光纤物理层图2-8GOOSE报文通信协议栈14 华北电力大学工程硕士学位论文GOOSE通信协议栈没有会话层、传输层和网络层，这样在通过网络设备时，就可以减少解包、压包的时间，但不能进行路由，所以只能用于局域网通信；GOOSE报文采用发布／订阅模式的信息交换方式142’43州，发布方将数据写入发送侧的当地缓冲区，订阅方从接收侧的当地缓冲区读数据，通信系统负责刷新订阅者的当地缓冲区，由发布方的通用变电站事件控制模块控制整个过程。2．4．2SV报文电流、电压等采样值是保护、监控、计量等设备工作和运行的依据，有严格的时间限制，根据IEC61850标准，变电站内的电流、电压等运行数据采用SV报文进行实时传送。SV报文是由时间驱动的数据通信方式，按固定的时间间隔发送，同样基于发布／订阅模式。采样值传输要求实时和快速，假如在传输过程中有报文丢失，发布者并不重复发送，而是继续保持固定的时间间隔发送最新的采集数据，但是订阅者必须能够通过SV报文中的计数信息来检测是否有报文丢失的情况。因此，报文中需要加入时标，使得订阅者能够校验数据是否及时刷新泓1。2．5优先级处理技术IEEE802．1Q／P标准的优先级(Priority)技术，是交换机和智能电子设备IED采用的减少GoOSE报文发送延时的有效方法。在GOOSE报文的MAC层帧结构中，加入了一个四字节Tag，Tag包括标签协议标识TPID和标签控制信息TCI，TPID配置为0XSl00，是16位的IEEES02．1Q报文类型标识码，表示该报文加入了优先级标签；TCI包含了3位的优先级、12位的虚拟局域网标识码(VID)和1位CFll4引，如图2．9所示：图2-9带Tag的GOOSE报文帧结构 华北电力大学工程硕士学位论文优先级Priority共分为8个级别，根据不同类型信息的紧急程度来划分，IEC61850标准目前只规范了0级到4级，5、6、7级保留未来使用。已经规范的这4级报文信息分类情况如下：1)事件驱动信息(Messagel)：包括跳闸命令、保护闭锁等信息，主要通过GOOSE报文传输，配置优先级为4，要求传输时间在4ms以内。2)周期性采样值信息(Message2)：包括电流、电压等采样值，主要通过SV报文传输，配置的优先级为3，要求传输时间在3．10ms以内。3)变电站运行信息(Message3)：包括设备状态信息、故障记录、报告等，主要通过MMS报文传输，配置的优先级为2，要求传输时间在100．500ms以内。4)维护信息(Message4)：包括文件和大批量数据等信息，传输方式不特定，配置的优先级为l，传输时间可以放宽至1到几秒。现在的交换机基本都能够自动识别Tag标识，支持优先级协议，按照优先级从高到低的顺序发送信息。在智能电子设备IED中，IED内部还采用了强实时内核机制，把待处理的任务在lED中分为实时任务和非实时任务，并根据它们的优先级先后处理。在IED中报文的处理结构如图2．10所示：应用层，表示层封影折封{}会话层，传输层，网络层封新拆封标准羲撂链路层封装／拆封l加／去TQg模块{；{弓队列调度，信息分类{}l；f太罔卡囊动图2—10IED中报文处理结构IED采用强实时内核处理实时任务，采用非实时内核处理非实时任务。当网络中有实时任务(如GOOSE报文)传给IED时，会由强实时内核根据任务的优先级读取实时任务到快速内存FIFO中，并按照优先级从高到低先后发送；当网络中没有实时任务传给IED时，非实时内核同样会根据优先级读取非实时任务到快速内存中，并按照优先级先后发送；如果在处理非实时任务过程中，IED突然接到实时任务，将采用“马上中断"措施，暂停非实时任务，将强实时内核读取的实时任务直接插入到快速内存中，优先发送【451。过程如图2．11所示：16 华北电力大学工程硕士学位论文图2-11实时任务和非实时任务的处理机制2．6虚拟局域网技术虚拟局域网(VirtualLocalAreaNetwork，VLAN)，是把物理意义上的局域网按照一定的逻辑关系划分成多个子网，每个子网构成一个逻辑意义上独立的局域网州。由于VLAN是基于逻辑划分，所以VLAN的划分不受物理范围的限制，同一VLAN的节点可以分布在不同的物理局域网内。把网络划分成多个VLAN可以减少参与广播的终端数量，广播消息只在相应的VLAN中传送，不在同一个VLAN的端口不会收到其他VLAN的广播消息，从而有效地减少广播流量，降低整个网络负载，防止广播风暴的产生，保证了GOOSE报文和SV报文传输的实时性。另外，每个VLAN是一个独立广播域，不同VLAN之间不能直接互通，相互隔离，只能通过路由器等三层设备和安全防火墙才能跨越不同的VLAN，进行通信，因而VLAN还能保证数据安全，降低泄密风险。可以根据端口来划分VLAN，允许跨越多个交换机的多个端口，被设定的端口都在同一个广播域中；也可以根据MAC地址来划分VLAN，需要对每个MAC地址的终端进行分组配置，设备终端的VLAN属性不会因设备的物理位置变化而改变；还可以根据网络层划分VLAN，根据每个终端的网络层地址或协议类型划分，与网络层的路由无关，同样可以移动物理设备而不必重新配置。 华北电力大学工程硕士学位论文2．7小结本章介绍了智能变电站的几项关键技术，电子式互感器和智能断路器都是一次设备智能化发展具有革命性的科研成果，其中电子式互感器实现了电气模拟量采样值的数字化输出，而智能断路器则实现了自动状态检测和数字化信息控制。本章还分析了保证变电站通信系统实时传输的几项重要技术，介绍了GOOSE报文和SV报文，这两种报文是IEC61850标准中规范的专用快速报文，能够实现变电站事件及采样值信息的实时快速传输。之后本章还介绍了优先级处理技术和虚拟局域网技术，这两项技术是实现智能变电站实时通信的基础，为变电站通信报文的快速传输提供了强大的技术支撑。 华北电力大学工程硕士学位论文第3章秦皇岛窑河110kV智能变电站设计方案3．1窑河110kV智能变电站工程概况窑河110kV变电站位于山海关区东部，河北与辽宁两省交界处，该变电站为满足山海关区临港工业园区用电需求而建。本工程建设有利于山海关东部工业用电、沿海住宅及旅游业负荷发展，缓解区域供电压力，完善网络结构，保证新增电力负荷的供电可靠性。本设计方案依据：(1)华北电集[200314号文《关于颁发(华北电力集团公司220千伏、llO千伏电网规划和项目基本建设管理办法)的通知》(2)《国家电网公司输变电工程通用设计》(3)国家电网公司《“两型一化"试点变电站建设设计导则》(4)国家电网公司《智能变电站技术导则》(5)国家电网公司《110(66)kV～220kv智能变电站设计规范》窑河110kV变电站，终期规模3X50MVA主变压器，本期建成规模2X50MVA主变压器，每台变压器配置2组6000kVar电容器组，电压等级为110／10．5kV。110kV进线2回，110kV扩大内桥开关2回，110kV变压器出线3回，均为本期一次建成。10kV出线终期36回，本期建成24回；10kV分段开关终期2回，本期建成l回，10kV消弧线圈终期6套，本期建成4套；10kV电容器终期6套，本期建成4套；10kV站用变2台，本期一次建成。全站主接线见图3．1：19 华北电力大学工程硕士学位论文图3-1窑河变电站主接线图变电站一次部分采用户内布置方式，110kV部分采用GIS成套开关设备和有源型电子式电流电压互感器，10kV采用电动式手车开关柜。变电站二次部分采用符合IEC61850标准的智能变电站监控系统和微机保护装置。3．2一次设备智能化方案3．2．1互感器的选择目前来看，常规电磁互感器的造价相对电子互感器来说更为低廉，在资金投入方面更具经济性优势，但电磁互感器在技术方面却存在诸多问题和缺陷：(1)结构复杂，体积笨重，用在高压系统，还必须满足大短路容量的动、热稳定要求； 华北电力大学工程硕士学位论文(2)电流互感器线性度差，容易出现铁芯磁饱和现象，输出电流严重失真，造成保护装置误判、误动或拒动，监控系统不能检测到实际电流变化。(3)互感器二次侧输出功率较小，对负载有严格要求，当回路负载过高或控制电缆距离过长时，同样会造成数据失真。(4)电流互感器二次侧不能开路，电压互感器二次侧不能短路，否则会危及人身和设备安全。相比于电磁互感器，电子式互感器虽然造价高，一次性投资大，但在技术方面有其独特的优越性，主要体现在：(1)体积小、重量轻，绝缘结构简单；(2)不含铁芯，消除了磁饱和问题，测量范围大；(3)具备数字接口，采用光纤传输，避免了电磁干扰，不存在二次侧过负荷问题，测量精度高；(4)二次侧输出光信号，没有因开路或短路而产生的危险，保证工作人员和设备的安全。考虑到变电站运行的长期稳定和可靠性，在高压互感器部分，更注重技术优势。随着用电负荷的增长，变电站建成后，必然要不断扩大容量和规模，而常规电磁互感器很可能成为绊脚石，限制和阻碍系统的升级换代，从而造成更大的损失；电子式互感器能够很好地适应系统升级和扩容。从全寿命周期的角度，电子式互感器具有更高的性价比。但在低电压等级，由于互感器与断路器都安装在开关柜内，系统扩容时，更换整个开关柜，因此常规电磁互感器更具优势。电子式互感器又分为有源型和无源型，其优缺点，可以归纳如下：有源型电子式电流互感器具有测量范围大、精度高、线性度好、无磁饱和等优点，而且降低了制作成本，结果简单，体积小重量轻。基于罗氏线圈的电流互感器是目前新型电流互感器中运行经验最丰富，最可靠，在智能变电站中应用最普遍的一种，但这种电流互感器仍是基于法拉第电磁感应原理，因此仍需注意电磁干扰问题。有源型电子式电压互感器尤其是电容分压互感器具有绝缘性能强、暂态性能好、工况适应性好、体积小、重量轻、成本低等优点，特别是高电压等级下具有很好的性价比，是实用化很强的新型电压互感器，因而在智能变电站中也普遍使用。无源型电子式电流互感器测量精度更高、测量范围更大、完全电气隔离、结构更简单且不需要外部供能电源。但是光学元器件的制造难度大、无论是磁光玻璃还是全光纤，都易受温度变化、震动、双折射等问题的影响而不稳定，影响测21 华北电力大学工程硕士学位论文量精度。这使得基于光电效应的新型电流互感器距离大规模实用化还有一定距离，还需要提高抗干扰能力，进一步适应复杂的工程环境。无源型电子式电压互感器同无源型电子式电流互感器一样，整个系统都是由光学材料制成，完全实现了电气隔离，绝缘结构更简单，在高电压等级中更具优势。但是同样因为传感器采用光学晶体和光学元件，受双折射现象、温度变化、加工组装等方面的影响，互感器的稳定性和可靠性都不能满足工程实践要求，目前也主要处于研究开发阶段，不能推广应用。综合以上分析，经过全面对比和考虑，最终确定：窑河变电站在110kV电压等级采用基于罗氏线圈原理的有源型电子式电流互感器和基于电容分压原理的有源型电子式电压互感器，在10kV电压等级，仍采用常规电磁互感器。3．2．2断路器选择目前，智能断路器是整个智能变电站技术体系中，技术相对滞后的环节，市场上的高压断路器，仍然由常规机械结构和辅助继电器构成，都不具备数字化传输、独立采集数据和根据电压波形控制跳合闸角度及时间等功能，真正的智能断路器还处在研究与试验阶段。经过研究和借鉴，最终确定：窑河变电站在110kV电压等级和主变压器间隔，采用智能断路器的过度方案，即在常规高压断路器上加装智能终端的组合配置；在10kV配电间隔仍采用常规断路器。智能终端由若干智能电子装置集合组成，承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能，用可编程的软件代替常规继电器逻辑回路【26J，能够完成控制信号、状态参数等数据的光电转换、模数转换，用数字信息通过光纤与间隔层设备连接，从而实现断路器跳、合闸及故障预告功能的网络化操作和传输。3．3二次设备智能化方案窑河变电站按照IEC61850标准及《智能变电站技术导则》，将监控系统分为三层两网的结构，即：过程层设备、间隔层设备、站控层设备、过程层网络和站控层网络，全站的二次设备及合并单元、智能终端均支持IEC61850标准的通信协议，并且所有的智能电子元件IED均支持IEEE802．1Q／P标准的优先级技术 华北电力大学工程硕士学位论文和虚拟局域网技术，各层设备之间采用光纤传输。全站的监控系统网络，见图3-2：3．3．1过程层设备图3-2窑河变电站监控系统网络图过程层由电子式互感器、合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。过程层设备配置情况如下：llOkV进线合并单元4台，双套冗余配置，1lOkV进线智能终端2台，组2面控制柜。1lOkV内桥合并单元4台，双套冗余配置，1lOkV内桥智能终端2台，组2面控制柜。lOkV进线合并单元4台，双套冗余配置，lOkV进线智能终端2台，组2面控制柜。1lOkV母线合并单元3台，llOkV母线智能终端3台，组3面控制柜。主变压器本体合并单元2台，主变压器本体智能终端2台，组2面控制柜。过程层设备详细配置清单，见附表1。在过程层与间隔层之间，主要传输的是数据采样值信息和跳、合闸命令以及设备状态信息。根据信息的重要程度，确定：窑河变电站在过程层与间隔层之问 华北电力大学工程硕士学位论文采用优先级为4的GOOSE报文传送跳、合闸命令及设备状态等信息，传输时间在4ms以内；采用优先级为3的SV报文传送数据采用值信息，传输时间在3．10ms以内。3．3．2间隔层设备间隔层由保护、测控、计量、故障录波等若干个二次子系统组成，在站控层及网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。间隔层设备配置情况如下：公用测控装置2台，组1面屏。主变测控装置6台，组2面屏。1lOl(v母联测控装置2台，组2面屏，其中145母联测控屏上预留备自投装置安装位置。10kV线路保护测控一体化装置24台，安装在10kV开关柜。10kV电容器保护测控一体化装置4台，安装在10kV开关柜。10kV站用变保护测控一体化装置2台，安装在10kV开关柜。10kV消弧线圈保护测控一体化装置4台，安装在10kV开关柜。10kV分段保护测控一体化装置1台，安装在10kV开关柜。10kV备自投装置1台，安装在10kV开关柜。10kV母线测控装置3台，安装在10kV开关柜。10kV电压并列装置2台，安装在10kV开关柜。10kV间隔层交换机6台，安装在10kV开关柜。主变压器保护装置4台，组2面屏。110kV备自投装置1台，安装在110kVl45母联测控屏。故障录波装置1台，显示器1台，交换机1台，组1面屏。间隔层设备详细配置清单，见附表2。在间隔内部主要传输的是控制、或跨间隔的闭锁命令等信息，而在间隔层设备与站控层设备之间主要传输的是设备控制、开关运行状态、故障记录、报告等信息，。根据信息的重要程度，确定：窑河变电站在间隔层内部及间隔层与站控层之间采用优先级为2的MMS报文传送控制、状态、记录及报告等信息，传输时间在100．500ms以内。 华北电力大学工程硕士学位论文3．3．3站控层设备站控层采用高度集成一体化的系统，配置符合IEC61850标准的监控、远动、信息一体化平台、对时同步系统、网络打印机、网络记录分析设备等。监控系统集成五防一体化(防误系统)、顺序化控制等功能，实现智能变电站信息平台一体化和功能集成化。监控后台、操作员站、在线监测系统、智能辅助控制系统采用无机械磨损件的工业级计算机(工作站)。站控层设备配置情况如下：监控主机(含显示器)2台，数据服务器(含显示器)2台，综合应用服务器(含显示器)1台，数据通信网关机4台，图形通信网关机(含显示器)2台，物理防火墙3台，正向隔离装置2台，反向隔离装置2台，站控层交换机2台，以上设备分组5面屏。网络打印机2台，置于操作台。防误主机(含显示器)l台，打印机2台，置于操作台。网络分析记录仪1台，组1面屏。电能量采集终端1台，组1面屏。对时主时钟l台，时间同步扩展单元l台，组l面屏。站控层设备详细配置清单，见附表3。在站控层与远方调控中心之间主要传输的是维护文件、大批量数据等信息，传输方式不特定。根据信息的重要程度，确定：窑河变电站在站控层与远方调控中心之间采用优先级为1的普通非实时报文传送文件、维护等大批量信息，传输时间可以放宽至1到几秒。3．3．4通信网络智能变电站的信息数据量非常大，对通信网络的传输速度和可靠性都提出了很高的要求，因此，选择合适的通信网络来承载高负荷的网络数据交换，就成为了智能变电站设计工作的重点内容。秦皇岛窑河变电站选择以高速交互式以太网为基础，构建变电站通信网络。网络的拓扑结构主要有：级联形(亦称总线形)、星形、环形3种基本结构，以及由这3种基本结构扩展出的冗余型双网结构【47-50】。这几种网络结构各有优缺点。(1)级联形(总线形)网络。如图3．3所示，在这种结构中，每台交换机都通过其中的一个端口连接到相邻的交换机，这种结构的特点是接线简单，价格2S 华北电力大学工程硕士学位论文低廉，但这种结构的总延时是由网络中每台交换机的传输延时和内部延时累加构成的，所以交换机数量受网络延时限制，不能太多，网络规模不能太大。另外，这种结构没有冗余性，如果其中一台交换机或一条链路出现故障，整个网络通信都会中断。图3—3级联形网络(2)星形网络。如图3．4所示，选择1台交换机作为主交换机，与其他所有交换机和lED连接。这种结构的优点是网络延时很短，任意2台交换机或lED之间只通过1台主交换机就能实现数据交换，网络规模不再受系统延时的限制，但要考虑主交换机的性能和端口数量。这种结构比级联形灵活一些，某一条链路出现故障，不会影响其他设备与主交换机通信；但如果主交换机出现故障，则网络通信将中断。图3—4星形网络(3)环形网络。如图3．5所示，环形网络同样是每台交换机都通过一个端口与相邻的交换机连接，并且形成了闭环。这种结构中，任一台交换机或任一链路发生故障，信息仍可通过另一条链路实现通信连接，具备一定的冗余。但是，网络延时也会随着交换机数量的增多而增加；另外，网络存在两条链路，为避免信息传输占用多余带宽，必须采用生成树协议，并且采用管理交换机，这也增加了系统设置的复杂性。图3-5环形网络(4)冗余双网。为了提高可靠性，增加网络冗余，还可以采用双网方式，将IED装置的2组网口设置成互为冗余的方式，且双网独立工作。如图3-6所示：26 华北电力大学工程硕士学位论文图3-6双网独立工作示意每个IED的2个网口都捆绑协议栈，拥有不同MAC／IP地址，任意一条链路发生故障，都不会影响IED装置的数据接收和发送。综合对比各种网络结构，星形是传输速率更快，可靠性更高的网络形式，因此，窑河变电站通信网络主要以星形网络结构为主，并辅以双网形式。3．3．4．1过程层网络过程层网络是连接过程层设备和间隔层设备的通信网，传输的基本数据格式是SV报文和GOOSE报文。由于窑河变电站l10kV采用扩大内桥接线，l10kV间隔数量较少，不设置母线保护，没有跨间隔操作需求，各间隔相对独立，因此为保证保护功能的可靠和速动，将各间隔保护装置独立，不与测控、计量、故录装置等并网，即过程层分为保护网与公共网两部分。其中保护网是各间隔独立的子网，公共网是各间隔共用的子网。以111间隔和112间隔为例，过程层网络拓扑结构如图3．7所示。”1间隔”2问隔、I’公用间隔过程层网络A过程层网络B过程层互摩器开关，刀闸互摩嚣开关『刀闸1"okV-次设备1"olIV一次设备图3-7过程层网络拓扑结构图 华北电力大学工程硕士学位论文以111间隔为例，为满足保护功能可靠性，保护装置和合并单元均双套配置，由保护装置A、合并单元A与智能终端组成了第一套保护星形子网，不经交换机，通过光纤实现SV报文直采和GOOSE报文直跳；由保护装置B、合并单元B与智能终端组成了第二套保护星形子网，不经交换机，通过光纤实现SV报文直采和GOOSE报文直跳；111间隔的两套保护独立运行【5¨。111间隔的测控装置、计量装置、合并单元A、合并单元B、智能终端和112间隔的相同设备及公用间隔的故障录波、公用测控装置分别与过程层A网和B网中心交换机连接，组成星形双网，过程层网络可跨间隔连接，SV报文与GOOSE报文同网传输。对于111间隔的合并单元A、合并单元B和智能终端，通过不同端口，分别连接到保护装置A、保护装置B、过程层网络A、过程层网络B，其中保护子网是光纤直连，可以保证数据实时传输。但过程层网络由于跨越间隔比较多，为了减少流量负荷，避免网络堵塞，在过程层网络中根据端口划分虚拟局域网，从而保证数据传输的快速、安全、可靠。每个IED的2个网口都捆绑协议栈，并且拥有不同MAC／IP地址，任意一条链路发生故障，都不会影响IED装置的数据接收和发送。但在这种方式下，由于报文被重复发送和接收，需要对报文携带的事件计数值进行甄别，不再对接收的同一报文重复响应；并能正确识别链路是否中断，对明确中断的链路不再发送报文，减少不必要的处理任务，提高工作效率。窑河变电站110kV电压等级和主变间隔的过程层网络都采用以上连接方式。3．3．4．2站控层网络站控层网络是连接站控层设备和间隔层设备的通信网，考虑系统通信的可靠性，站控层网络同样采用星形网络，拓扑结构如图3-8所示：站控层站控层网络间隔层图3-8站控层网络拓扑结构图 华北电力大学工程硕士学位论文全站间隔层的所有保护、测控等设备都通过站控层中心交换机和站控层的监控主机、网关机、操作员站等设备连接，组件成星形结构的站控层网络。由于站控层设备是对全站设备信息的全面监控，信息在多个系统中共享，因此在站控层网络中不再划分虚拟局域网。另外，窑河变电站采用的分层分布式结构设计，能够保证在站控层网络失效的情况下，各间隔层的保护、测控、计量、故障录波等设备仍能独立完成保护、监控、计量等功能。因此，窑河变电站的站控层网络不需要双网冗余配置，星形单网就能满足正常工作情况下的全站监控功能。3．3．5网络安全措施在窑河变电站中，网络规模大、功能强，全站信息交换都依赖网络进行，因此，网络安全至关重要。为加强网络安全，窑河变电站二次系统采用“安全分区，网络专用，横向隔离，纵向认证”的安全防护总体策略，并按照各相关业务系统的重要程度和数据流程将二次系统分区如下：控制生产区(I)包括：监控系统、保护装置、防误系统等。非控制生产区(II)包括：故障录波系统、电量采集系统等。管理区包括：智能辅助控制系统、设备在线监测系统等。为满足横向隔离和纵向认证的防护要求，窑河变电站在智能辅助控制系统与站内监控之间、设备在线监测系统与站内监控之间、电量采集系统与站内监控之间，配置横向隔离设备：在远动与调度数据网之间、远动与电量采集系统之间，配置纵向加密认证装置152】。3．4其他设备及功能设计3．4．1主变压器型号：变压器．50000／110容量：50／50MVA电压比：110±8×1．25／10．5kV连接组别号：Yn，dll冷却方式：自冷 华北电力大学工程硕士学位论文阻抗电压：17％3．4．2保护功能(1)主变压器保护变压器主保护采用2次谐波制动原理的纵差保护，保护作用于总出口，跳主变压器各侧开关。设置变压器非电量保护，包括变压器本体和有载分接开关重瓦斯保护，变压器压力释放保护，作用于总出口，跳主变各侧开关，发报警信号；变压器轻瓦斯、油温高、油位异常等发报警信号。变压器1lOkV后备保护采用1lOkV、lOkV复合电压闭锁1lOkV过流保护，延时作用于总出口，跳主变各侧开关；1lOkV中性点间隙过流保护，接于主变1lOkV侧零序放电间隙电流互感器，延时作用于总出口，跳主变各侧开关；1lOkV零序过流保护，接于主变1lOkV侧零序电流互感器，延时作用于总出口，跳主变各侧开关；1lOkV零序过压保护，延时作用于总出口，跳主变各侧开关；1lOkV侧过负荷保护，延时发过负荷信号。lOkV侧后备保护采用2段式2时限复合电压闭锁过流保护，按时限顺序跳主变低压侧及主变各侧开关；lOkV设置零序过压保护，用于判断各侧母线接地故障，延时发告警信号；lOkV侧后备保护动作闭锁lOkV分段开关备自投。主变保护动作闭锁1lOkV备自投。(2)1lOkV内桥在110kVl45内桥间隔设置备用电源自动投入功能。备用电源自动投入的运行方式为：两段母线分列运行，分段开关在备用位置。各自投动作条件为：检测一段母线无压，无压侧进线开关无流，另一段母线有压；经延时跳开无压、无流母线侧进线开关，确认无压、无流侧进线开关已跳开后，经短延时合分段开关。在llOkV三段母线与1lOkV五段母线之间、llOkV四段母线与1lOkV五段母线之间设置电压并列功能，电压并列功能由1lOkV母线合并单元实现。(3)10kv配电部分10kV线路采用测控保护一体化装置，设时限速断保护和过电流保护，实现就地手动合闸、远方合闸和重合闸后加速、低压保护、低周减载保护，并具有三相一次重合闸功能，具有小电流接地检测功能。30 华北电力大学工程硕士学位论文10kV电容器采用测控保护一体化装置，设置时限速断保护和过电流保护，实现就地手动合闸、远方合闸后加速、设置母线过电压、失压保护及三相不平衡电压保护，具有小电流接地检测功能。10kV站用变保护采用测控保护一体化装置，设置时限速断保护和过电流保护，实现就地手动合闸、远方合闸后加速，设置变压器非电量保护，具有小电流接地检测功能。10kV消弧线圈保护采用测控保护一体化装置，设置时限速断保护和过电流保护，实现就地手动合闸、远方合闸后加速，设置变压器非电量保护。10kV分段开关采用测控保护一体化装置，设置复合电压闭锁的2段式过电流保护和后加速保护，并设置备用电源自动投入功能。备用电源自动投入方式及判断条件同110kV备自投方式一样。在10kV各段母线之间设置电压并列功能。3．4．3防误操作系统本站的防误操作闭锁功能采用防误子系统与监控系统一体化模式，由站控层防误功能模块与间隔层具有防误功能的测控装置组成完善的防误子系统。防误操作系统集成于变电站监控系统，与监控系统共用统一的数据库，共用同一套图形系统，共用相同的数据库和图形组态工具。测控装置具有间隔层的全站逻辑闭锁功能。3．4．4时间同步系统变电站配置1套全站公用的时间同步系统，主时钟双重化配置，支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号，优先采用北斗系统，时钟同步精度和守时．精度满足站内所有设备的对时精度要求。站控层设备采用SNTP网络对时方式；间隔层及过程层设备采用IRIG．B(DC)码对时；合并单元采用IRIG．B(DC)码对时。 华北电力大学工程硕士学位论文3．5小结本章先介绍了秦皇岛窑河110kV智能变电站的工程概况，是基于IEC61850标准设计的。在一次设备的选择上，先列举了常规互感器的诸多弊端，进而放弃了常规互感器的使用，再通过对电子式互感器不同类型的对比，最终选择了可靠性更高的有源型罗氏线圈电流互感器和电容分压电压互感器。而在断路器的选择上，放弃了还处于试验阶段的智能断路器，选择常规断路器加装智能终端的配置组合。在二次设备的智能化方面，窑河变电站采用了“三层两网”的分层分布式结构，并逐一介绍了过程层、间隔层和站控层的功能及设备配置。通过讨论变电站通信网络类型和特点，最终确定采用星形网络来搭建窑河变电站的过程层网络和站控层网络。而根据不同设备和功能的重要程度，进一步细化了网络组成方案，保护功能采用直采直跳的连接方式，不参与过程层组网；而过程层网络为保证信息传输的可靠和高速，采用了双网配置的星形结构。站控层网络根据工程实际需要，选择了单网星形结构。由于全站的运行高度依赖网络，因此本章特意介绍了加强网络安全的相关措施。最后，本章还介绍了窑河变电站其他设备的选择和功能设计，包括主变压器、保护功能、防误操作系统及时间同步系统。32 华北电力大学工程硕士学位论文第4章窑河变电站设计方案联调测试记录秦皇岛窑河110kV变电站已经完成了设备招标，所有供货厂家按照本文论述的设计方案完成了设备配置，进入施工准备阶段。为了对窑河变电站的智能化设计方案进行验证，秦皇岛电力公司组织相关设备厂家，在国电南瑞科技股份有限公司进行了一次系统联调试验。所有参与本次联调试验的单体设备，均为出厂检验合格产品，并附有国家指定检验检测机构出具的检验合格证明，保证产品质量不对本次联调试验造成实质影响。本章将列举本次联调试验的部分报告。4．1全站SV采样值验证4．1．1数据准确性测试测试目的：结合一次系统接通电流、电压试验，检验合并单元发出的SV报文是否正确，检验与此合并单元有SV接收关系的保护及测控装置的显示值是否正确，检验监控主机(后台)的显示值是否正确。测试范围：所有发送和接收电压、电流量的IED装置。测试方法：在互感器一次测输入标准测试电流、电压，将互感器二次侧理论输出作为参考值。(1)使用专业数字继电保护校验仪，通过网络接口接收合并单元发送的SV报文，将仪器显示值与参考值对比，检测合并单元发送的SV报文是否正确，仪器显示值与参考值误差应不大于1％。(2)当合并单元通过测试后，将测试IED接入网络，并接收合并单元发送的SV报文，将IED显示值与参考值对比，检测IED能否接收SV报文并正确显示，显示值与参考值误差应不大于5％。网络条件：合并单元与校验仪和保护装置通过光纤直连；与测控装置、故障录波装置等通过中心交换机按星形单网连接；监控主机与测控装置通过中心交换机按星形单网连接。“1间隔1撑合并单元测试记录见表4．1： 华北电力大学工程硕士学位论文表4-1SV报文数据测试记录表(电流单位：A；电压单位：V)接收端序发送端参考校验保护测控故障监控仪装置录波主机号值l212显示值0．100l合并单元A相电流0．5000．5010．4990．5021．0001．0011．0020．9981．0030．1002合并单元B相电流0．5000．5010．4990．5021．0001．0011．0020．9981．0030．1003合并单元C相电流0．5000．5010．4990．5021．0001．0011．00l1．0020．9981．003合并单元A相电压55．255．355．255．155．455．5457．757．857．757．657．557．959．O59．059．259．159．659．8合并单元B相电压55．255．355．255．155．455．5557．757．857．757．657．557．959．O59．059．O59．059．259．159．659．855．255．355．255．155．455．56合并单元C相电压57．757．857．757．657．557．959．O59．059．259．159．659．895．695．795．695．595．795．895．77合并单元AB相电压100．0100．199．9100．2100．4100．6102．2102。2102．2102．0102．4102．5102．795．695．795．695．595．795．895．78合并单元BC相电压100．0100．199．9100．2100．4100．6102．2102．0102．4102．5102．795．695．795．695．595．795．895．79合并单元CA相电压100．0100．199．9100．2100．4100．6102．2102．0102．4102．5102．7测试结论：校验仪的显示值与理论计算值相同，说明111间隔的电子式互感器经合并单元发出的数据与理论计算值相同，保证了系统发布端数据源的准确；同时，保护装置、测控装置、故障录波装置、监控主机的显示值与合并单元相同，34 华北电力大学工程硕士学位论文说明订阅端接收的采样数据准确，且解码分析正确。以上测试结果，验证了通过有源型电子式互感器采样，并转换成数字信息，采用SV报文，将电气量采样值通过光纤直连或网络方式进行传输的可行性和准确性。测试结果符合工程验收要求，达到投运条件。4．1．2网络稳定性及通信异常时保护装置反应测试测试目的：通过长时间连续运行，检查通信网络稳定性，以及通信异常状态下，保护装置能否检测到通信异常并做出正确判断和反应。测试范围：所有传输SV报文的网络和所有与合并单元连接的保护装置。测试方法：(1)在一次设备接通试验电流、电压，将5组合并单元、1台中心交换机连接按照星形单网方式连接，将专业数字继电保护测试装置接入中心交换机，保持系统连续运行48小时，检查测试装置的丢包和误码记录。(2)将保护装置1和保护装置2通过光纤直连到合并单元，通过中断通信网络、改变合并单元数据等方式，检查保护装置1和保护装置2的事件记录和动作记录。通信网络稳定性测试记录见表4．2：表4-2通信网络稳定性测试记录系统运行时间0小时12小时24小时36小时48小时网络类型星形合并单元数量5台系统交换机数量1台I台l台I台网络中断次数0次丢包记录次数0次误码记录次数0次其他异常记录次数0次。网络通信异常情况下，保护装置反应记录见表4．3： 华北电力大学工程硕士学位论文表4-3保护装置反应测试记录保护装置是否发出闭通信异常状况保护装置是否报警保护装置是否动作锁命令保护装置1报警保护装置1闭锁保护装置1不动作合并单元输出通信中断保护装置2报警保护装置2闭锁保护装置2不动作保护装置1报警保护装置1闭锁保护装置1不动作合并单元输出数据错误保护装置2报警保护装置2闭锁保护装置2不动作保护装置1报警保护装置1闭锁保护装置1不动作合并单元输出数据无效保护装置2报警保护装置2闭锁保护装置2不动作测试结论：由合并单元和中心交换机组成的星形通信网络，在48小时不问断运行中，没有出现网络中断、丢包、误码及其他异常情况，说明系统网络能够在长时间内保持稳定运行。在模拟合并单元出现通信中断、数据错误、数据无效的故障演练情况下，保护装置能够准确发出报警信号，同时发出闭锁命令，·并保持不出现误动现象，说明保护装置在网络故障的情况下，能够保证可靠运行，不误动并发出报警。以上测试结果验证了变电站通信网络在长时间运行状态下的稳定性，并验证了在通信网络故障状态下，系统保护功能仍能正常独立、可靠运行，不会出现误判、误动现象，保证系统运行的可靠性。测试结果符合工程验收要求，达到投运条件。4．2全站信号、控制、保护开出验证4．2．1变电站事件信号测试测试目的：通过信号发生装置发送信号，经过网络或光纤传输，检查与信号发布端有订阅关系的接收装置能否正确接收到信号。测试范围：变电站内的IED设备。测试方法：在信号发生装置上做出信号，发布信息，在所有订阅相关信息的接收装置上检查GOOSE信息接收情况。本文列举111间隔的智能终端变位遥信记录和保护测控装置动作及报警遥信记录，分别见表4．4及表4．5：36 华北电力大学工程硕士学位论文表4-4智能终端变位遥信记录表(装置收到信号且正确，在测试栏中填“正确”；未收到信号或信号错误，测试栏中填“错误”；没有发布／订阅关系的，测试栏中用符号“～一”)接收端光纤直连网络连接发送端保护装测控装故障录监控主置1置2置1置2波机智能终端遥信1正确智能终端遥信2正确智能终端遥信3正确智能终端遥信4正确智能终端遥信5正确智能终端遥信6正确智能终端遥信7正确智能终端遥信8正确智能终端遥信9正确智能终端遥信10正确表4-5保护测控装置动作及报警遥信记录表(装置收到信号且正确，在测试栏中填“正确”；未收到信号或信号错误，测试栏中填“错误”：没有发布／订阅关系的，测试栏中用符号“～一”)接收端(网络连接)发送端测控装置1测控装置2故障录波监控主机保护装置1动作信号1正确保护装置1动作信号2正确保护装置1报警信号1正确保护装置1报警信号2正确保护装置2动作信号1正确保护装置2动作信号2正确保护装置2报警信号1正确保护装置2报警信号2正确测控装置1报警信号1正确测控装置1报警信号2正确测控装置2报警信号l正确测控装置2报警信号2正确37 华北电力大学工程硕士学位论文测试结论：由智能终端、保护装置、测控装置发布的信号，能够被保护装置、测控装置、故障录波装置、监控主机这些订阅端接收到并正确反应，说明了系统发布端发布的数据源准确，订阅端接收到的事件信息数据准确，且解码分析正确。以上测试结果，验证了通过智能终端，将继电器信号转换成数字信息，以及采用GOOSE报文，将变电站事件信号通过光纤直连或网络方式进行传输的可行性和准确性。测试结果符合工程验收要求，达到投运条件。4．2．2设备控制测试测试目的：检查网络遥控开关的分、合功能；检查网络遥控保护测控等装置软压板投退的功能。测试范围：变电站内lED设备。测试方法：(1)由监控主机、测控装置发出控制命令，通过网络连接到过程层智能终端，检查开关分、合情况；(2)由监控主机发出控制命名，通过网络连接到保护、测控装置，检查软压板投、退情况。本文列举111间隔断路器遥控分、合记录和11l间隔保护、测控装置软压板投、退记录，分别见表4．6和表4．7：表4-6断路器遥控分、合闸记录表接收端(网络连接)命令开出端智能终端显示断路器动作监控主机分闸命令分闸分闸成功监控主机合闸命令合闸合闸成功测控装置分闸命令分闸分闸成功测控装置合闸命令合闸合闸成功 华北电力大学工程硕士学位论文表4-7装置软压板投退遥控记录表(没有发布／订阅关系的，测试栏中用符号“⋯”)接收端(网络连接)发送端保护装置1保护装置2测控装置1测控装置2监控主机命令1压板1投监控主机命令2压板1退监控主机命令3压板2投监控主机命令4压板2退监控主机命令5压板1投监控主机命令6压板1退监控主机命令7压板2投监控主机命令8压板2退．监控主机命令9压板1投监控主机命令10压板1退监控主机命令11压板1投监控主机命令12压板1退测试结果：监控主机和测控装置发出的分、合闸命令，能够被智能终端接收，并由断路器正确执行；由监控主机发出的投、退软压板命令，能够被保护装置、测控装置接收，并正确执行。说明系统发布端发布的数据源准确，订阅端接收到的控制信息数据准确，且解码分析正确。以上测试结果，验证了监控主机及测控装置发出的控制命令，采用GOOSE报文，通过网络方式进行传输的可行性和准确性。测试结果符合工程验收要求，达到投运条件。4．2．3保护开出测试测试目的：检查保护命令开出后智能终端及断路器的反应。测试范围：保护装置、智能终端和断路器测试方法：设定好保护装置，并用光纤直连到智能终端，通过在合并单元加入电流、电压保护动作值，查看保护动作情况，并查看智能终端反应和断路器执行情况。111间隔保护开出测试记录见表4．8：39 华北电力大学工程硕士学位论文表4-8保护开出测试记录接收端(光纤直连)执行端命令开出端智能终端显示断路器动作保护装置1跳闸出口1分闸分闸成功保护装置1跳闸出口2分闸分闸成功保护装置1重合闸出口合闸合闸成功保护装置2跳闸出口1分闸分闸成功保护装置2跳闸出口2分闸分闸成功保护装置2重合闸出口合闸合闸成功测试结果：保护发出的跳闸命令，能够被智能终端接收，并由断路器正确执行，说明系统发布端发布的数据源准确，订阅端接收到的跳闸信息数据准确，且解码分析正确。以上测试结果，验证了保护装置发出的跳闸命令，采用GOOSE报文，通过光纤直连方式进行传输的可行性和准确性。测试结果符合工程验收要求，达到投运条件。4．3小结本章将窑河变电站系统联调的部分测试记录列举出来，通过这些记录，可以对系统通信网络、数据采样、信号、控制及保护跳闸功能进行检验，验证了通信网络的稳定性和系统的可靠性，验证了电气量采样值用SV报文通过光纤直连或网络传输的可行性，也验证了变电站事件信号、设备控制及保护跳闸功能采用GOOSE报文同光纤直连或网络传输的可行性。这些测试，是在不同方面对窑河变电站设计方案的验证，并且都通过了测试，证明窑河变电站的设计方案能够达到投入运行的条件，是成功可行的设计方案。 华北电力大学工程硕士学位论文第5章课题取得的成果及局限性5．1秦皇岛窑河l10kV智能变电站的技术创新(1)基于IEC61850标准设计窑河110kV变电站，是秦皇岛地区第一座基于IEC61850标准设计的智能变电站，在秦皇岛电网中具有重要的里程碑意义。窑河变电站的设计方案体现了智能变电站中的全站信息数字化、信息共享标准化、一次设备智能化等几项重要特征。全站的主要二次设备都采用IEC61850标准通信规约，不同厂家的不同设备之间能够顺畅地实现互操作。全站信息数字化的实现以及过程层网络和站控层网络的建立，使所有具备网络接口的二次设备都能够通过网络共享变电站信息资源。(2)采用有源型电子式互感器窑河110kV变电站在110kV电压等级采用了有源型电子式电流电压互感器，突破了以往常规互感器存在的诸多技术局限，诸如：绝缘结构复杂、电流互感器线性度低、铁芯存在饱和现象、输出功率小、二次侧开路或短路存在安全风险等问题。电子式互感器有其独特的优势：绝缘结构简单、消除磁饱和、测量范围大、不存在二次侧过负荷问题、测量精度高、不会因开路或短路而造成危险，保证工作人员和设备的安全。(3)保护功能采用光纤点对点直采直跳方式窑河110kV变电站在组建过程层网络的同时，为了保证可靠性，将涉及保护功能的电流电压采样和跳闸开出，通过专属光纤，分别从合并单元和智能终端直接连接到保护装置，不经过网络传输，从而减少了中间环节的故障风险，有效规避了网络拥堵，提高了数据传输速度和传输效率。4l 华北电力大学工程硕士学位论文5．2与常规变电站相比具备的优势5．2．1设备互操作性更强，变电站扩展升级更方便。在常规变电站中，不同的设备厂家往往采用不同的通信技术和不同的通信协议，即便是同一协议，不同厂家也有各自不同的使用方式。在常规变电站内，经常存在不同的通信网络和协议，造成了不同厂家的设备之间缺乏互操作性。为了解决这个问题，只能在系统中增加规约转换装置，中间环节的增加，不仅增加了故障风险和安全隐患，也增加了投资成本，而且后期维护和扩展都受到一定的局限。如果系统规模扩大或者设备升级，在采购二次设备尤其是测控装置时，为了保证与原有监控系统兼容，不得不采用“续标”的方式采购原监控系统厂家的设备，这让甲方和设计院在设备选型时很被动，不能通过招标比较不同厂家的技术和经济性指标。新建的窑河110kV智能变电站就很好地解决了上述问题。该变电站采用的IEC61850标准建立了统一的信息模型和通信接口，为变电站内不同厂家的设备间实现互操作提供了统一的通信平台。IEC61850规范了变电站内智能电子设备之间的读写行为和相关的系统要求，能很好地解决变电站各种不同设备之间的通信问题，从而实现智能电子设备之间的互操作。如果系统规模扩大，不需要改造或更换原有设备和网络，也不必受困于只能采购原有监控系统厂家的限制，只需要在原有系统网络上接入新增设备，稍加调试，即可实现“即插即用”，系统扩展在智能变电站中变得非常灵活，非常方便。5．2．2二次系统接线更简单在常规变电站中，二次系统依赖大量的控制电缆传输信号，接线复杂。一座变电站常常需要十几甚至几十公里的控制电缆，接线端子更是不计其数。大量的控制电缆所带来的电磁干扰、信号衰弱、过电压以及直流接地等问题均可能造成保护装置、测控装置等二次设备出现运行异常情况，每一个端子的接线错误或设备的异常，都可能造成严重的后果，使得建设施工、运行维护都面临巨大的工作量和风险，施工和维护成本很高。 华北电力大学工程硕士学位论文在秦皇岛110kV窑河变电站中，采用光缆代替控制电缆，由于同一根光纤可以传输不同种类的信息，这样用～根光纤就可以代替多根控制电缆来传输相同数量的信息，信息传输的载体变为成本更低廉、效率和可靠性更高、所需空间更小的光缆，实现了二次回路的简化。5．2．3互感器的性能更好，选择更灵活秦皇岛地区常规的采用综合自动化系统的变电站中，在选择互感器时，必须验算二次负荷，尤其是二次侧输出为5A的电流互感器。当户外互感器距离主控室较远时，电缆长度往往超过150米，电缆阻抗就不能忽略，而且二次电流为5A，这对该电流回路中接入的二次设备的阻抗值提出了很高要求。有时同一电流回路中不仅接入保护装置，还需要串入各自投、故障录波等装置，造成互感器二次负载过大，影响测量精度。为了避免这种情况发生，不得不增加互感器绕组数量，或增大互感器容量，造成了互感器制造成本增加，设备利用率低。新建的窑河110kV智能变电站就不存在上述问题。因为采用有源型电子式互感器，不存在铁芯磁饱和问题，电子式电流互感器线性度更好，测量范围更大，二次侧输出的是数字信号，这就不存在二次侧负载过大的问题。采样值数字信息经合并单元，上传到过程层网络，要求采样值精度相同的二次设备可以通过过程层网络共享这些采样值信息，保护装置可根据设计方案，选择通过光纤直连到合并单元。5．3本工程设计方案中存在的不足秦皇岛窑河110kV变电站基于IEC61850标准设计，具备智能变电站的基本特征，但受设备和技术水平以及管理方式的限制，仍留有一些智能化不彻底、有待今后发展和提高的方面。以智能断路器为代表，这类高新技术产品多数还处于研发和实验阶段，运行经验不足，目前还不能推广使用，而只能以常规断路器加装智能终端的过度方式来代替，因此在智能化操作，状态检修等方面还不能完全按照智能变电站标准进行。43 华北电力大学工程硕士学位论文本工程中，1lOkV母线合并单元集成了电压并列功能；主变压器本体智能终端集成了菲电量保护功能。这些都是窑河变电站的技术进步，其实还有很多功能可以集成在一起，比如：主变压器保护和测控功能集成、lOkV配电部分计量与保护测控功能集成，但在窑河变电站的设计中这些都是独立配置的，并没有选择集成一体化。这主要是因为在秦皇岛地区的变电站运行管理中，保护专业、自动化专业和计量专业分属于不同的班组甚至不同车间，各专业之间独立工作，这使得1lOkV及以上电压等级和1lOkV主变压器间隔的保护与测控功能不会在短期内集成在一起，而10kV配电部分计量功能仍将独立运行。随着科技发展和管理水平的提高，相信智能断路器会很快投入生产实践；而变电运行的管理方式和专业划分也会随智能变电站的普及而发生变化。 华北电力大学工程硕士学位论文6．1本文总结第6章结论与展望智能变电站是综合应用当前最新、最高级变电站技术的科技成果，也是当前电力行业的研究热点。秦皇岛窑河l10kV智能变电站，被列入秦皇岛地区第一批智能变电站发展计划，从2011年开始着手可行性研究工作，并于2012年进入工程设计阶段。窑河110kV变电站采用了“三层两网”的自动化分层分布式结构，统一采用IEC61850通信规约，实现了全站信息数字化和网络共享，采用了新式的有源型电子式电流电压互感器，实现了用光纤代替控制电缆等重大技术革新。窑河110kV变电站新技术新设备的选择都在保证电力系统稳定和可靠的前提下进行，比如：涉及保护功能的采样值数据和跳闸命令，都是通过光纤从合并单元和智能终端直连到保护装置，减少中间环节，减少故障点，规避网络堵塞，确保数据的实时性传输。窑河变电站的设计从实际出发，结合技术和管理现状，舍弃了智能断路器这样尚处于试验阶段的新设备，转而选择常规断路器加装智能终端的配置方案。本文完成的主要工作是详细分析了智能变电站的三层两网系统结构；全面总结了IEC61850标准、电子式互感器、变电站通信报文、优先级处理机制及虚拟局域网等智能变电站的关键技术；并根据IEC61850标准和《智能变电站技术导则》设计了秦皇岛窑河110kV智能变电站的电气智能化方案，并对该方案进行了系统联调测试，顺利通过验收，证明了窑河变电站设计方案的成功。本文通过对窑河变电站的系统联调测试，验证了该方案的几点技术创新：(1)设备之间实现了无中转的互操作；(2)将电气模拟信号转变成数字信号传输和使用；(3)数据和信息实现了网络化传输；(4)用光纤取代控制电缆，简化二次接线。窑河110kV变电站按照智能化变电站设计，体现了智能变电站的基本特征，但受技术条件限制，还存在一些不足，比如：在主变压器间隔，没有选用保护测控一体化装置；在10kV配电间隔，没有选用“保护、测控、故录、计量"四合45 华北电力大学工程硕士学位论文一装置。相信在今后随着智能变电站的普及和功能集成化观念的深入，二次设备会越来越集成，专业之间越来越融合，自动化程度也越来越高。6．2未来展望智能变电站作为变电站自动化技术发展的高级阶段，其先进的理念已经成为电力行业的共识，随着智能变电站在全国范围的普及，其经济效益和社会效益将逐步突显，将为我国未来智能电网建设提供重要支撑和保障。目前，国内大型电气设备厂家对智能变电站相关技术的研发力度不断加大，无源型电子式互感器已经在一部分示范变电站中投入运行了，随着设备运行经验的积累和产品技术的不断改进，具有良好表现的无源型电子式互感器将很快成为智能变电站中的普及设备；而智能断路器，也是近几年国内外电力行业研究的重点，相信很快就会有实际产品问世，届时将真正实现一次设备智能化。随着自动化程度越来越高，功能集成化趋势也越来越明显，运行管理工作也将随之发生改变，保护、自动化、计量等专业有可能融合在一起，组成综合运行检修部门。智能变电站不仅带来一场技术变革，也将促进电力系统生产管理方式的改变。 华北电力大学工程硕士学位论文参考文献【1】Q／GDW383-2009，智能变电站技术导则[S】．北京：中国电力出版社，2009【2】2LucHossenlopp．20YearsofSubstationAutomationSystemsChangesAnalysisandFuturePerspectives[J]．AREVAT&D．2006．1(13)：24-26【3】谭文恕．变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍叨．电网技术。2001，25(9)：8．11【4】崔厚坤．IEC61850一致性测试研究川．电力系统自动化，2006，30(8)：15．18【5】操丰梅，任雁铭，王照．变电站自动化系统互操作实验建议叨．电力系统自动化，2005，29(3)：86．89【6】辛耀中，王永福，任雁铭．中国IEC61850研发及互操作试验情况综述【J】．电力系统自动化，2007，31(12)：1．6『71IEC61850．1，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Partl：conctptsandprinciples[S]．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，2003『81IEC61850—2，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Pan2：glossary[S]．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission,2003f91ⅢC61850．3，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Part3：generalrequirements『S1．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，2003[101IEC61850-4，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Part4：systemandprojectmanagement[S]．Geneva：IntemationalElectrotechnicalCommission,2003f111IEC61850．5，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Pan&communicationrequirementsforfunctionsanddevicemodels[S]．Geneva：IntemationalElectrotechnicalCommission,2003f121IEC61850．6，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Part6：substationautomationsystemconfigurationlanguage[S]．Geneva：InternationalElectroteclmicalCommission,2004[131IEC61850．7．1．Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Part7．1：basiccommunicationstructureforsubstationandfeederequipment-principlesandmodeIs[S]．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，2003f141mC61850．7．2，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Part7．2：basiccommunicationstructureforsubstationandfeederequipment-abstractcommunicationserviceinterface『S1．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，2003[151IEC61850—7．3，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Part7．3：basiccommunicationstructureforsubstationandfeederequipment．commondataclassesandattributes[S1．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，200347 华北电力大学工程硕士学位论文f161ⅢC61850．7．4，Communicationnetworksandsystemsinsubstations-Part7—4：basiccommunicationstrucnlreforsubstationandfeederequipment-compatiblelogicnodeanddataobjectaddressing[S]．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission,2003『171IEC61850．8．1，Communicationnetworksandsystemsinsubstations·-Part8··1：specificcommunicationsercicemapping(SCSM)-mappingtoMMSandtoISO／IEEE8803-3[S】．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission,2003f18】IEC61850．9．1，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Part9．1：SCSM．sampledvaluesoverserialunidirectionalmultidroppointtopointlink[S]．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，2003[19】IEC61850-9-2，Communicationnetworksandsystemsinsubstations—Part9-2：SCSM．sampledvaluesoverISO／IEC8802．3[S1．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，2004『20]IEC61850．10，Communicationnetworksandsystemsinsubstations．Partl0：conformance[S1．Geneva：InternationalElectrotechnicalCommission，2004[21】邱志勇，陈建民，朱炳栓．基于IEC61850标准的500kV三层结构数字化变电站建设阴．电力系统自动化，2009，33(12)：103．107f22】AlexanderApostolov．DistributedIntelligenceinIntegratedSubstationProtectionandControlSystems[J]．ALSTOMT&D．2006，23(31)：602．608【23】范建忠．基于IEC61850标准的变电站监控系统数据模型的建立与通讯实现[D】．北京：中国电力科学研究院，2005[24】邹晓玉，王浩，吴晓博．IEC61850标准中SCL语言的几个实践应用问题探讨【J]．电力系统自动化，2006，15(30)：77．80【25】曾庆禹．电力系统数字光电测量系统的原理及技术【J】．电网技术，2001，25(4)：36．38【26】聂一雄，尹项根，张哲等．基于光学传感器和光纤网的变电站自动化系统构想【J】．中国电力，2001，24(8)：35．38【27】NiewezasP，CrudenA，MichieWC．ErroranalysisofanopticalcurrenttransduceroperatingwitIladigitalsignalprocessingsystem[J]．IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，2000，49(6)：1254．1259【28】罗苏南，田朝勃．空心线圈电流互感器性能分析【J】．中国电机工程学报，2004，24(3)：108．1l3[29】孙振权，张文元．电子式电流互感器研发现状与应用前景【J】．高压电器，2004，40(S)：376．378【30】方春恩，李伟，王佳颖．基于电阻分压10kV电子式电压互感器叨．电工技术学报，2007，22(5)：58．63[3l】邸荣光，刘仕兵．光电式电流互感器的研究现状与发展[J】．电力自动化设备，2006，26(8)：47—50【32】罗苏南，叶妙元．光纤电压互感器稳定性的分析【J】．中国电机工程学报，2000，20(12)：15．19 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华北电力大学工程硕士学位论文附表1：站控层设备配置清单附录单数设备设备名称设备参数且分类位里DellPowerEdgeR910|c处理器字长：兰64位*CPU：之4路(4核／路)·主频：芝1。8GHz}内存：≥8GB显存：芝512MB硬盘(SAS)：三500GB监控主机(机架式)厶2口木网卡数量：之4块(2IZl／块)网卡速率：>100／1000M自适应光驱：DVDxl鼠标、键盘：1套·操作系统：LINux，INIx选择机架式／非机架式：机架式选择单显卡／双显卡：单显卡DELL液晶显示器机架式显示器尺寸：17寸监控非机架式显示器尺寸：22寸系统显示器(非机架式)分辨率：≥1280x1024厶2口KVM：BTSDL300选择机架式月}机架式：非机架式选择单显示器／双显示器：单显示器DellPowerEdgeR910辜处理器字长：芝64位·CPU：≥4路(4核／路幸主频：之1．8GHz簟内存：≥8GB数据服务器(机架式)显存：芝512MB厶2口磁盘阵列：芝500x6GB+网卡数量：之3块网卡速率：兰100／1000M自适应光驱：DVD×1鼠标、键盘：1套 华北电力大学工程硕士学位论文堕数设备设备名称设备参数位且分类里掌操作系统：LINUX／UNIXDELL液晶显示器机架式显示器尺寸：17寸非机架式显示器尺寸：22寸显示器(非机架式)口2分辨率：≥1280×1024：KVM：BTSDL300选择机架式／非机架式：非机架式选择单显示器，双显示器：单显示器DellPowerEdgeR910幸处理器字长：芝64位；*CPU：之4路(4核／路)；木主频：≥1．8GHz；木内存：≥8GB；综合应用服务器显存：之512Ⅷ；硬盘(SAS)：三500GB：厶1口(机架式)率网卡数量：芝4块；网卡速率：之100／1000M自适应；光驱：DVDxl；鼠标、键盘：1套；奉操作系统：LINIJ)(，IMX选择机架式月}机架式：机架式；DELL液晶显示器机架式显示器尺寸：17寸；非机架式显示器尺寸：22寸；厶1显示器(非机架式)17：1分辨率：≥1280×1024；KVM：BTSDL300：选择机架式月}机架式：非机架式；NSS201数据通信网关机工作模式：采用通用技术规范部分2．4．2．10中1)的模式：模式2；连接调度端的数量(含连接方式)：不少于4个方向；与各调度端的通信规约：CDT、DL／T634．5101、DL厂I’634．5104：数据通信网关机嵌入式操作系统：厶41：21牛处理器字长：≥32位；处理器个数：≥1路(多核)；奉主频：≥512MHz；幸内存容量：≥512MB；奉以太网口数量：≥6个；以太网口速率≥：100M： 华北电力大学工程硕士学位论文堕数设备设备名称设备参数且分类位里串口数量≥：10个曙光天阔A840r-GYS(选型依据：国网“调自[2012]138号”文件规定“图形网关机硬件采用国产服务器”)"I处理器字长：≥64位；*CPU：≥4路(4核／路)；幸主频：≥1．8GHz；枣内存：≥8GB；显存：≥512MB；图形网关机(机架式硬盘(SAS)：≥500GB：幸网卡数量：≥4块(2H／块)；口2或非机架式)网卡速率：≥100／1000M自适应；光驱：DVD×1；鼠标、键盘：1套；幸以太网口数量：≥6个；以太网口速率≥：100M；木操作系统：LINUX／UNIX与主站传送规约：DL／T634．5104-2002或者DL／T476选择机架式／非机架式：机架式；选择单显卡，双显卡：单显卡；RKVM-1701机架式显示器尺寸：17；非机架式显示器尺寸：22寸；分辨率：≥1280×1024；显示器(机架式)r"n2KVM：长线驱动用；选择机架式月}机架式：机架式；选择单显示器，双显示器：单显卡：网口．2M转换器BTSSVPEl8个2PowerV．．480．．GE100M防火墙专用防火墙．性能：百兆，最少电口数量：4，最小吞厶3r"n吐量：400MbpsSysKeeper-2000网络接口：10／100M接口2(内网)10／100M接口2(外网)正向隔离装置厶2数据包有效网络吞吐率：>40Mbit／s(100条安口全策略，1024字节报文长度)数据包吞吐率：≥5000ppsSysKeeper-2000网络接RI：10／100M接El2(内反向隔离装置网)；厶2口10／100M接口2(外网)；52 华北电力大学工程硕士学位论文堕数设备设备名称设备参数位且分类里密文有效网络吞吐率：>20Mbit／s(100条安全策略，1024字节报文长度)数据包吞吐率：>_1800ppsHPLJ5200N激光打印机(A3l台)厶2打印机口HP1020激光打印机(A41台)幸站控层交换机(工业级，无风扇，使用电EPS6028E力工业权威机构检测100M电口数量：24；口2合格的工业交换机)100M光口数量：12；A类是否需要双电源：是；应用软件：运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、NS3000(含故障录波、在线监测、视频、消防／运行管理、图形传输、套1辅助应用，五防，小安防／照明／环境监测、一体化电源、计量)等电流接地选线，通信接口软件工具软件：系统配置套1工具、模型校核工具屏柜长800*宽600*高2260面5光纤配线架个5光纤盘线架个5防误工作站套1HPCompa98280幸处理器字长：≥64位；*CPU：≥1路(2核／路)；幸主频：≥2GHz；宰内存：≥4GB；显存：≥512MB；硬盘：≥500GB；防误主机(非机架式)口1宰网卡数量：≥2块：网卡速率：≥100／1000M；光驱：DVD×l；奉操作系统：LINUX或W扑『DOWS串口：≥2个；并口：≥2个；USB口：≥3个：显示器(非机架式)HP液晶显示器厶l口 华北电力大学工程硕士学位论文垫数设备设备名称设备参数且分类位里机架式显示器尺寸：17寸；非机架式显示器尺寸：22寸；分辨率：≥1280×1024：KVM：长线驱动用；选择机架式／非机架式：非机架式；选择单显示器／双显示器：单显示器；防误软件WFBX套1操作票专家系统软件WFBX套1JS．3把300防误锁具DS．3A把80电脑钥匙DY．CE把4电脑钥匙充电器数量TCZ．3套2高压带电显示闭锁装置DXW套1liPLJ5200N网络激光打印机打印机台2幅面：A3(A3，A4任选)通信辅助设备套l光缆12芯(带保护层的非金属光缆，光纤跳线等)km4光纤配线架不少于24芯个1光纤盘线架不少于24芯个l音响及语音报警装置套2(含显示器，工业级，无风扇，使用电力工业权网络分析、记录仪套1威机构检测合格的产品)分析仪DNR-303接入记录仪台数≥8台1记录仪(数据保存时间≥15天)DNR．321记录仪每台至少配备8路输入网口。台1辅件网线、跳纤等套1光纤配线架个1光纤盘线架个1长800*宽600*高2260屏柜屏上预留110KV故障录波装置安装及接线位面1置，并负责接线系统集成及配套联调套1开入量：24路电能量采集终端开出量：24路台1远方电量机架式采集屏柜面l系统光纤配线架个1 华北电力大学工程硕士学位论文单数设备设备名称设备参数位量分类盘线盒个l通道防雷器个2电源防雷器个2对时精度：≤O．59s守时精度：≤0．1us1PPS脉冲信号TTL电平：2路1PPS脉冲信号ST多模光口：4路IRIG．B(DC)时码差分485：12路主时钟IRIG．B(DC)时码ST多模光口：48路厶1口瓜IG-13(AC)时码：2路串口时间报文：4路瓜IG．B(DC)时码ST多模光口：48路网络授时(N1P)：2路IEC61588网络授时(PTP)(可选)：l路GPs天线个1北斗天线个1对时GPS馈线米100北斗馈线米100系统2Mb同轴电缆米1001PPS脉冲信号TTL电平：2路1PPS脉冲信号ST多模光口：4路ⅡUG-B(DC)时码差分485：12路取IG．B(DC)时码ST多模光口：48路时间扩展单元取IG．B(AC)时码：2路厶1121串口时间报文：4路瓜IG-B(DC)时码ST多模光口：48路网络授时(NTP)：2路IEC61588网络授时(P11P)(可选)：1路柜体及附件面155 华北电力大学工程硕士学位论文附表2：间隔层设备配置清单单数设备设备名称设备参数位量分类公用测控屏公用测控装置NS3560每台装置含数字通道数量厶2口电流；4路：电压：12路：直流量：8路：数字开入量：256路；数字开出量：128路；常规开入量：64路；监控常规开出量：12路；通信接口要求：系统1)具备2个删S专用网口。2)具备至少2个G00SE专用网口。3)具备至少2个SV网口。4)具备IRIG—B对时接口屏体长800*宽600*高2260面1光纤配线架个l光纤盘线架个1主变压器测控屏测控装置NS3560每台装置含数字通道数量厶6口电流：4路t‘电压：6路：直流量：6路：数字开入量：128路；数字开出量：32路；常规开入量；16路；常规开出量：8路：通信接口要求：监控1)具备2个删S专用网口。系统2)具备至少2个G00SE专用网口。3)具备至少2个SV网口。4)具备IRIG-B对时接口。温度变送器WS厶2口屏柜长800*宽600*高2260面2光纤配线架个2光纤盘线架个2llOkV母联测控监控屏系统母联(分段)测．NS3560每台装置含数字通道数量厶2口 华北电力大学工程硕士学位论文单数设备设备名称设备参数位量分类控装置电流：8路：电压：6路：直流量：6路(可选)：数字开入量：128路；数字开出量：32路；常规开入量：16路：常规开出量：8路；通信接口要求：1)具备2个删S专用网口。2)具备至少2个GooSE专用网口。3)具备至少2个SV网口。4)具备IRIG-B对时接口。屏柜长800*宽600*高2260面2屏上预留IIOKV备用电源自动投入装置安装及接线位置，并负责接线光纤配线架个2光纤盘线架个2]OkV保护测控监控一体化装置系统lOkV线路保护NS36ll每台装置含模拟量厶24口测控一体化装置电流：12路：电压：4路：直流量：6路：常规开入量：16路：常规开出量：8路：通信接口要求：1)具备2个删S专用网口。2)具备IRIG-B对时接口。lOkV电容器保NS3620每台装置含模拟量厶4口护测控一体化装电流：12路：置电压：4路：直流量：6路：常规开入量：16路；常规开出量：8路；具备计量功能；通信接口要求：1)具备2个删S专用网口。2)具备IRIG-B对时接口。57 华北电力大学工程硕士学位论文单数设备设备名称设备参数且分类位夏10kV站用变保NS3697每台装置含模拟量厶2口护测控一体化装电流：12路：置电压：4路：直流量：6路：常规开入量：16路；常规开出量：8路；具备计量功能；通信接口要求：1)具备2个删S专用网口。2)具备IRIG—B对时接口。10kV消弧线圈NS3697每台装置含模拟量厶4口保护测控一体化电流：12路：装置电压：4路：直流量：6路：常规开入量：16路：常规开出量：8路；具备计量功能；通信接口要求：i)具备2个姗S专用网口。2)具备IRIG—B对时接口。10kV分段保护NS3611每台装置含模拟量厶1口测控一体化装置电流：8路：电压：4路：直流量：6路：常规开入量：16路；常规开出量：8路；通信接口要求：1)具备2个鹏专用网口。2)具备IRIpB对时接口。10kV各自投装NS3640每台装置含模拟量厶1口置电流：8路：电压：8路：常规开入量：32路；常规开出量：32路：通信接口要求：1)具备2个嬲专用网口。2)具备IRIG-B对时接口。58 华北电力大学工程硕士学位论文单数设备设备名称设备参数位量分类lOkV母线测控NS3560每台装置含模拟量厶3口装置电压：8路：常规开入量：32路：常规开出量：16路；通信接口要求：1)具备2个删S专用网口。2)具备IRIG-B对时接口。lOkV电压并列屏lOkV电压并列NS3656厶2口装置．网络通信设备木间隔层交换机EPS6028E厶6口(工业级，无风100M电口数量：24；扇，使用电力工100M光口数量：12；业权威机构检测是否需要双电源：是；合格的工业交换机)A类光纤配线架个4光纤盘线架个4主变压器保护屏主变压器保护装PST671U厶4口置SV(采样值)点对点接口类型：IEC61850-9-2接口SV(采样值)点对点接口数量：6个过程层G00SE组网接口数量：3个过程层G00sE点对点接口数量：6个站控层MMS接口数量与类型：2个保护对时方式：IRIG-B对时辅件网线、跳纤等套2光纤配线架个4光纤盘线架个4屏柜长800*宽600*高2260面259 华北电力大学工程硕士学位论文单数设备设备名称设备参数位量分类备用电源自动投PSP641U厶1口入装置SV(采样值)点对点接口类型：IEC61850-9-2接口SV(采样值)点对点接口数量：4个过程层GOOSE组网接口数量：1个过程层G00sE点对点接口数量：4个站控层MMS接口数量与类型：2个保护对时方式：IRIG—B对时辅件网线、跳纤等套1光纤配线架个l光纤盘线架个1屏柜安装在llOkV145母联测控屏，不单独组柜故障录波器屏数字量采样接口：SV采样值接口6个、GOOSE接口厶l口数量2个智能故障录波装数字量采样规约：IEC60044-8、IEC61850-9-2数字量采样容量：合并单元台数24台，经挑选的SV置采样值组合后96路开关量容量：每个GOOSE接口可订阅控制模块数量32个，经挑选的GOOSE信号组合后256路RKⅧ一1701机架式显示器尺寸：171厶1口非机架式显示器尺寸：22寸：分辨率：≥1280X1024；显示器故障KⅧ：长线驱动用；选择机架式／非机架式：机架式；录波选择单显示器／双显示器：单显卡；鼠标、键盘套1EPS6028E厶l口100M电口数量：24；交换机100M光口数量：12；是否需要双电源：是；辅件网线、跳纤等套1光纤配线架个1光纤盘线架个l屏柜长800*宽600*高2260面1 华北电力大学工程硕士学位论文附表3：过程层设备配置清单单数设备设备名称设备参数位量分类llOkV进线合并PSMU602口4单元llOkV进线智能PSIU602口2终端1lOkV辅件网线、跳纤等套2进线光纤配线架个2光纤盘线架个2控制柜屏体面2llOkV内桥合并PS姗602口4单元llOkV内桥智能PSIU602口2终端110kV辅件网线、跳纤等套2内桥光纤配线架个2光纤盘线架个2控制柜屏体面2lOkV进线合并PS删602口4单元lOkV进线智能PSIU602口2终端lOkV辅件网线、跳纤等套2进线光纤配线架个2光纤盘线架个2控制柜屏体面2llOkV母线合并PSMU602口3单元集成电压并列功能llOkV母线智能PSIU602口3终端1lOkV辅件网线、跳纤等套3母线光纤配线架个3光纤盘线架个3控制柜屏体面3变压器本体合PS姗602变压口2并单元器本变压器本体智PSIU602体口2能终端集成非电量保护功能辅件网线、跳纤等套26l 华北电力大学工程硕士学位论文单数设备设备名称设备参数位量分类光纤配线架个2光纤盘线架个2控制柜屏体面262 华北电力大学工程硕士学位论文攻读工程硕士学位期间发表的论文及其它成果发表的学术论文[1】王毅刚．浅谈秦皇岛地区智能变电站的设计阴．中国新技术新产品．2013，2：107 华北电力大学工程硕士学位论文益。致谢衷心感谢导师张淑娥副教授对本人的精心指导，她的言传身教将使我终生受感谢我的老师和同学，在求学路上对我的热情帮助和支持!感谢我的领导和同事，在学习和工作期间对我的积极支持与配合!感谢我的家人和朋友，在生活中对我无微不至的关怀与照顾!特此致谢。'