柳树酄220kv智能变电站设计与调试

'万方数据国内图书分类号：TM727．1国际图书分类号：621．3专业硕士学位论文学校代码：10079密级：公开柳树鄯220kV智能变电站设计与调试硕士研究生：一导师：企业导师：申请学位：专业领域：培养方式：所在学院：答辩日期：授予学位单位：王宇翔黄伟教授姚庆华高工工程硕士电气工程在职电气与电子工程学院2014年6月华北电力大学 万方数据Classified：Index：TM727．1U．D．C：621．3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringProgramDesignandImplementationonthe220KVDigitalSubstationforLiushuquanCandidate：Supervisor：School：DateofDefence：WangYuxiangProf．HuangWeiSchoolofElectrical＆ElectronicEngineeringJune，2014Degree·-Conferring·-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity 万方数据华北电力大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声j垌：此处所提交的硕十学位论文《柳树都220kV智能变电站设计’j调试》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕二匕学位期间独立进行研究工作所】：[)(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。对本文的研究二[作做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式汴明。本声明的法律结果将j琶全由本人承担。作者签名：F1期：力俨年／月一闩华北电力大学硕士学位论文使用授权书《柳树鄙220kV智能变电站没计与调试》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期问在导师t"。-H15。’导F完成的硕士学位沦文。本论文的研究成果归华北电力大学所：钉，本i=仑艾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l邑子版本，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文i欲传递服务雨I交换服务。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩r：lJ或其他复制手段保存论文，叮以公自j论文的全部或部分内容。本学f让论文槿子㈡青在以L-+H应方框内打“√”)：保密口，在年解密后适用本授权书不保密回作者签名：导师签名：呜铃砌矽l同期：渺年乡月／／芦Vt同期：l,e年7月IYH 万方数据华北IU力人学硕一l：学位论文摘要近十几年来，随着光纤电子信息技术、信息技术的普及应用及网络技术的迅速发展，带动了变电站综合自动化技术的迅猛发展，变电站综合自动化技术正朝着数值化智能化方向发展。变电站综合自动化系统的重要性和不可或缺性，在电力系统里越发明显。国际电工委员会(IEC)发布了IEC61850系列新标准，1EC61850系列新标准的发布使得不同厂家的自动化设备之间不再受规约限制，互相通信是使自动化设备具有互操作性的前提。具有规约转换功能的设备不再需要投资与建设，设计的简化，自动化设备工作效率大大提升、具有更大的业务拓展能力平台。以前困扰着检修运行维护人员的许多问题得到解决，检修运行人员任务的工作量大大降低等许多优点。电力系统中信息的数字化采集、传输、处理，随之成为智能化变电站的改革新思路和方向。具备了全时在线检测、全时在线分析、全时在线决策、状态检修等优势的智能化变电站是目前电力系统发展的未来趋势。本文研究了目前智能变电站的基础技术理论、基础概念，提出了柳树都智能变电站调试试验方法。比较了对常规变电站和智能变电站在技术上优劣，分析了国内外智能变电站的应用研究的水平。通过对IEC61850系列新标准的规定、无缝通信解决方案、通信标准的架构的研究，和对智能变电站中分布式电子式电流互感器、智能断路器一次设备应用领域和技术特点进行了探索。根据柳树都220kV智能变电站为实施方案，介绍了柳树都变电站的设计方案、通信构架和调试实施方案的提出，从技术方面展开了分析。智能变电站的技术变革，极大地改变了柳树鄯变电站自动化、继电保护系统原有的的建设、运行和管理方式，创新了变电站的发展模式。关键词：智能变电站；IEC61850；电子式互感器；GOOSE 万方数据华北电力人学硕士学位论文Abs仃actInseveraldecades，withtherapiddevelopmentoffiber-opticalelectronicinformationandcommunicationtechnology,theimportanceandindispensabilityofsubstationintegratedautomationsystemhasbeenmoreandmoreobviousinelectronicsystem．IEChasreleasedtheIEC61850newstandard，andthismakesitnotnecessaryforthedatatransf01"111ationbetweendifferentmanufactures’automatiCequipments，andalsomakesthemtosharetheresource．Theywon’tberestrictedbytherules，andintercommunicationmakestheautomaticequipmentsinter-manipulation．Thereisnoneedtoinvestorconstructthetransformationequipments．Simplifieddesignandgreatlyincreasedworkefficiencyofautomaticequipmentshavemoreoperationexpands．Manyproblemswhichhavepersecutedtheexaminingandrepairingworkershavebeensolved．Theworkloadoftheexaminingandrepairingworkershasbeenreduced．Digitalcollection，transformationanddispositionofinformationinelectronicsystembecomethenewinnovationorientationofintelligentsubstation．Thedigitalsubstationswhichhavefull一timeandon—lineexamining,analyzing，determiningandrepairingcapacityarethefuturetendencyofelectronicsystemdevelopment．Thispaperisresearchingthebasictechnologicaltheoryandconceptofdi垂talsubstation，presentingtheexperimentmethodofLiuShuquandigitalsubstation，comparingthetechnologyadvantagesanddisadvantagesbetweencommonsubstationsanddi百talsubstation，andanalyzingtheresearchinglevelofdifferentsubstationsathomeandabroad．ⅥathenewstandardofIEC61850．seamlesscommunicationresolveprogram，studyofcommunicationstandardframe，andelectrictransformerindigitalsubstation．deeplyinvestigateandresearchtheapplicationandtechnologicalfeaturesofdigitalcircuitbreakerofhighvoltageequipment．TakingLiuShuquanthe220kvdigitalsubstationforinstance，thispaperpresentsthedesigningprogram，communicationframe，andadjustingimplementproject，andanalyzesthetechnology．Thetechnologicalreformofdi酉talsubstationhasdramaticallyenhancedtheconstruction，operationandmanagementofautomaticandrelayprotectionsysteminLiuShuquanthe220kvdigitalsubstation．andinnovatedsubstationdevelopment．Keywords：digitalsubstation；IEC61850standard；electrictransformer；GOOSElI 万方数据华北电力大学硕士学位论文目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IAbstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1选题背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．2．1国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．2．2国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41．3本文所做的主要工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5第2章现代智能化变电站一次设备设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62．1智能化一次设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62．1．1断路器／GIS⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．72．1．2电子式互感器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9第3章自动化系统及二次设备设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．153．1变电站自动化系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．j⋯⋯⋯．．153．2二次设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．163．2．1保护测控一体化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．163．3高级应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．3．1顺序控制功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．193．3．2智能告警系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．193．3．3设备状态可视化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l3．3．4状态估计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21第4章基于IEC61850模型的变电站自动化系统结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．224．1IEC61850的基本概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．224．2基于IEC61850模型的变电站自动化系统结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．23第5章合并单元的通信方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．255．1合并单元的定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯255．2合并单元的主要功能概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．255．3合并单元的通信方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．265．4合并单元输出信号的同步问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28第6章柳树酆220kV智能变电站的设备调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯316．1柳树鄯220kV智能变电站概况⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．316．1．1柳树都220kV智能变电站规模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 万方数据华北电力大学硕士学位论文6．1．2常规变电站目前存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l6．2柳树鄯220kV智能变电站的网络结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l6．2．1柳树酆智能变电站结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．316．2．2柳树鄯智能变电站二次设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．326．3调试流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．346．3．1智能变电站标准化调试流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．346．3．2全站组网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．346．3．3全站组态配型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．356．4系统测试调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯376．4．1保护装置的调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．376．4．2时间同步调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．386．4-3合并单元调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．386．4．4智能单元调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．386．4．5网络性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．396．4．6整组传动试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．396．4．7测控装置调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．396．4．8分系统调试⋯．．j⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯406．4．9二次回路检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．416．4．10通信链路检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯416．4．11传动试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．426．4．12一次通流加压试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．426．5待解决的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42第7章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．44参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45攻读硕士学位期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯49作者简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．501V 万方数据华北电力大学硕士学位论文1．1选题背景及意义第1章绪论在当今的时代背景下，电网发展的主趋势是智能变电站。智能变电站是为打造坚强智能电网的重要组成部分之一。目前采用先进、集成、低碳、可靠、环保的智能化设备的智能变电站，在信息共享标准化方面，全站信息数字化方面，通信平台网络化方面都实现了其最基本的要求，能够自动完成一系列的基本功能，如实现信息采集、测量、控制、计量、保护和监测等，同时有助于电网发展的技术支撑，解决电网实时控制过程中遇到的技术难题，在电能智能调节和在线分析决策以及协同互动等高级应用功能方面也能发挥很大的作用。要发展坚强智能电网，就需要智能变电站作为重要基础和技术支撑。想要降低变电站的运维成本、起到优化资源配置的作用并大幅提升运行能力就必然要大力发展智能变电站。它是得益于建立在IEC61850标准的基础上，实现一次设备的智能化和二次设备的网络化的数字化技术的通信。智能变电站是具备全站统一的IEC61850的数字化模型和数据通信网络结构的现代化变电站，要想实现整个变电站内的所有智能电气设备与设备之间的信息共享以及互操作性，就必须大力发展智能变电站。随着光纤传输技术、电子信息技术、通信技术的发展，变电站自动化系统已得到了非常广泛的运用。但是在数据交互方面受到了不同规约协议的限制，不同厂家设备之间不能相互通信及资源共享，每个装置之间相对是独立的，而且不具备互相发布命令的操作性，重复的投资和改造导致运行设备的利用率过低、扩展性非常差。现场运行维护人员需要精通每个厂家设备的特点和操作习惯。传统常规变电站的高压电气设备与保护、监控等二次设备的操作回路、控制回路、信号回路、计量测量回路需通过大量的二次电缆来实现，接线复杂、成本较高，而且抗干扰能力差、可靠性以及稳定性不高，并且不能实现高低压设备之间的完全电气隔离。智能变电站在变电站自动化发展中具有里程碑意义的一次变革，常规变电站主要注重的是信息化传输，以数字化为手段变电站则是侧重的是实现信息的共享性网络交互，而升级后的智能变电站则更加注重信息的互换互用及功能的智能化应用。确切的说，智能化变电站是在网络信息交互共享的基础上实现信息的互用，这就需要电力企业的大信息平台，在此基础上逐步实现所要求的诸多强大功能。2013年2月至2013年3月，验收调试柳树都变电站二次设备。柳树都变电站是国家电网公司智能变电站第二批试点，冀北电力公司唐山供电公司220kV柳树都智能变电站项目根据国家电网公司《变电站智能化改造技术规范》、《智能 万方数据华北电力大学硕士学位论文变电站技术导则》和《高压设备智能化技术导则》等技术标准，220kV柳树都智能变电站展示给我们，无人值班站自动化“遥测、遥信、遥控、遥调”以外新的需求，使变电站自动化水平又达到新的高度。无人值班站的视频监控平台及运行设备运行监测平台研制与应用等新科技项目，以及柳树鄯变电站一、二次设备智能化、一体化电源、电能质量在线监测、智能自动化系统、继电保护自动装置，智能变电站的应用的成果。在充分考虑目前正在建设的冀北电网输变电设备状态监测系统、唐山地调调控一体化系统的功能融合基础上，通过智能化变电站建设的工程，将柳树都变电站建设成为智能电网的一个推广标杆站，使其具有设备信息共享化、功能集成化、结构紧凑化，状态可视化等几个特点，并能够实现在线分析决策系统和协同互动等高级应用功能，也能够很好的支持电网进行实时自动控制、AVC系统、智能调节，也能为后续进行的智能变电站全面建设阶段的变电站积累相关经验。并通过柳树都变电站工程，提高站内设备自动化程度，延长此类变电站巡视周期，降低设备维护工作量，提高设备在线运行效率；通过实时掌控设备状态，降低突发性事件，以及为实施状态检修提供更为及时有效的设备状态信息，为进一步探索新形势下的变电站运行检修模式奠定一定的基础。1．2国内外研究现状当前数字化变电站的升级和发展就是智能化变电站，它在数字化变电站的原有基础上，结合国家电网公司提出的智能电网的规划，进一步升华数字化变电站的自动化技术。根据国家电网公司颁布的《智能变电站技术导则》．我们把智能化变电站定义为：采用先进的传感器、信息、通信、控制、智能等技术，以一次设备参量数字化和标准化、规范化信息平台为基础，实现变电站实时全景监测、自动运行拄制、与站外系统协同互动等功能，达到提高变电可靠性、优化资产利用率、减少人工干预、支撑电网安全运行，可再生能源“即插即用”等目标的变电站。根据国家电网公司“十二五”电网智能化规划统计，在此期间，国家电网公司将新建110(66)千伏及以上电压等级智能变电站约5100座、完成常规变电站智能化改造约1000座。以国家电网公司“十二五”规划为例，2011年实际是“打造坚强智能电网”扩大示范阶段，2012年智能变电站将开始大规模推广建设。在此期间新建智能变电站投资549．6亿元、变电站智能化改造投资93．8亿元，共计投资643．4亿元。 万方数据华北电力大学硕士学位论文1．2．1国内研究现状在智能电网发展建设的大背景下，数字化、智能化变电站高速发展是必然的趋势，智能化变电站的试点项目建设已经有了相当的数量。我国的智能电网技术研究起步较晚，但发展迅速。在大力发展智能变电站建设的过程中，智能变电站的发展现状、前景以及目前还存在许多的一些关键性问题，本章现将把存在问题进行简要的分析：(1)工程全过程建设欠缺配套的能力智能化变电站高速发展过程中，本身就是充满了新设计理念、新型产品、的实验的过程，观点、理念存在许多分歧。通过推广和试点积累了相当丰意义与现实意义，不仅从工程前期设计理念、实际运营还是检修维护都迫切需要富的理论具有与之配套的新技术、新智能的设备与工具。(2)安装调试过程遇到的问题就我国智能电网的发展程度来说，不同阶段、不同电压等级智能化变电站调试工作过程中使用的调试实验设备都不能通用，而且集成商的不同使用的工具都不尽相同。在对一次设备的采集、转换、传输以及保护逻辑的传输模式、实现方式上，常规综自站和智能变电站调试方法有巨大的区别。提出智能变电站的ECT、EPT、合并单元、数字式保护等关键设备的调试方案，为智能变电站现场联调提供了丰富的经验参考。截止到2013底国内4项智能变电站典型工程介绍：1)冀北唐山供电公司郭家屯220KV智能变电站。已投产，与国内同时期数值化变电站相比较，郭家屯变电站是当时华北电网第一座全数字化信息的变电站，首次在220千伏电压电压等级实现了测控CPU和保护CPU同在一个装置里的测保一体化尝试；首次以分散录波方式代替了录波器集的传统录波方式：首次实施了分网分层分散式就地安装智能设备的数字化变电站；首次以GOOSE组网跳闸方式实现变压器非电量保护的变电站；首次尝试对一次室外设备的智能化接入变电站实时系统；首次采样在过程层SV组网传送：首次实现问隔层设备分布式下方就地安装的设计理念；首次在华北电网提出并采用保护功能自动闭环测试的超前概念；首次将站内一、二次设备顺序控制功能应用于实际生产工作中。2)上海供电公司蒙自110kV智能变电站。己投产，作为2010年上海世博会重点配套工程，蒙自智能变电站设计将全部设备安装在地面以下，地下建筑结构总共分为三层，地下深度达19．5米。蒙自智能变电站也被选为国家电网公司投资建设的节能型、储能型、数字化、无油化的集成新型高科技示范性变电站工程的代表【91。国电南瑞公司作为此次项目的 万方数据华北电力大学硕士学位论文集成商，设备国产化率达到100％，该站110kV系统采用了由国电南瑞公司研发、设计、生产的阻容分压式电子式电压互感器、全光纤传输光学电流互感器和数模一体化合并单元NS3261CD，该站10kV系统也是采用国电南瑞公司生产的电阻分压式电子式电压互感器、低功率电流互感器(LPCT)和数模一体化合并单元NS3261CD，同时采用国电南瑞科技股份有限公司研制的NS3000自动化系统以及NSC3301总控单元。作为国家电网公司典型低能耗型变电站模式，推广到而风力发电、光伏发电并网发电领域。3)安徽桓谭110KV智能变电站安徽110千伏桓谭变电站项目己被国家电网公司列入第二批坚强智能电网建设试点项目。该变电站将采用最新型的数值化智能设备，实现全站控制类信息智能化、高级功能应用互动化及数据处理信息化功能。2010年2月4日正式破土动工建设，计划于2010年11月竣工投运。110千伏桓谭变电站工程总预算为5200万元，设计规模为：双母线接线方式，变压器2×50MVA，110kV出线2回，10kV侧采用单母线分段接线，10kV出线24回，4组电容器并联总容量15．6kVar。为了实现变电站输变电“零损耗”的设想，将国内技术最领先纯光纤电子式电流互感器及电压互感器产品配置到项目在建设当中，并配置了太阳能电池的光伏发电系统。作为安徽省电力公司首座集成环保节能技术的精品工程，该站变压器采用很强的适应性和低能耗、低噪声、绝缘性能好的新技术产品。110千伏桓谭变电站的投产，对于进一步完善淮北市110kV网架结构，地区供电可靠性将大大的提高。4)延安750kV智能变电站延安750kV智能变电站它的正式投运完善了西北地区主干网架，作为目前国内最高电压等级的智能变电站。延安750kV智能变电站是国家电网公司主抓智能变电站建设重点四个示范工程之一，该变电站将采用平高电气的750kV罐式智能断路器。许继和平高电气就智能开关研发进行了合作，许继公司为其提供750kV智能断路器上所有智能化部分。该站严格按照国家电网公司智能变电站技术规范进行设计，通过系统级测试验证被测试智能变电站所有二次设备之间的相互影响、互联互动的正确性以及二次设备的各项性能指。1．2．2国外研究现状国外的变电站自动化技术的发展是从20世纪80年代到90年代丌始的，由于计算机技术的出现和应用，德国西门子公司研发了的数据采集与监控系统，西门子公司于1985年投入运行了第一套变电站自动化系统LSA一678，此后陆续在德国及欧洲其他国家投运的该型号变电站自动化系统达到了300多套，LSA一6784 万方数据1芦北电力大学颀士学位论文变电站综合自动化系统是1995年在中国正式投入运行的。LSA．678综合自动化系统结构有两类：一类是集中与分散式相结合的系统；另一类是全分散式系统。这两类系统均由64MB单元测控系统、7S／7U保护系统和8TK开关闭锁系统三个部分构成【10】。上世纪90年代，以计算机自动化监控系统为基础的运行方式的变电站在日本的多座高压变电站进行的广泛的采用，其主要特征就是把继电保护装置下放至开关室，并设置计算机实时控制终端，收集测量值和断路器开关接点的信息，然后通过光缆进行传输，传输至主控制室的后台微机系统中，主控制室通过光缆发送断路器及隔离开关的操作命令，传输到智能终端后执行。从总体上来看，国外的变电站自动化技术的发展趋势同国内的发展趋势基本上一致，智能变电站技术发展的主流已经成为分散式变电站自动化系统。随着智能变电站核心环节核心技术的日趋成熟，相比常规变电站的不足之处，智能变电站技术优势越来越明显，实现了设备的状态检修，依托在线监测、智能五防误操作等智能化高级应用的开发，完成从状态检修到基于风险控制检修的模式，总而大幅度降低了电力系统中主要输电元件的停电检修时间，及故障发生后恢复送电的时间。使高电压设备主要元件的使用寿命大大增加。凭借技术优势提升设备输电能力，体现的更加明显。变电站内的自动化、保护等功能将充分集成，可使二次设备屏柜数量可减少50％。70％，网络化的变电站监控平台，从而减少了二次控制电缆和光缆的使用量，智能变电站的投资成本将不断降低，给电力企业带来十分可观的经济效益。目前规模化批量化智能设备的生产，智能化水平的不断提升、运用以及智能设备集中采购所带来的整体规模效应具有较好的资金利用率和社会效益。1．3本文所做的主要工作智能变电站系统的方案设计与设备调试是本文的研究重点。目前采用先进、集成、低碳、可靠、环保的智能化设备的智能变电站，在信息共享标准化方面，全站信息数字化方面，通信平台网络化方面都实现了其最基本的要求，能够自动完成一系列的基本功能，如实现信息采集、测量、控制、计量、保护和监测等，同时有助于电网发展的需要，能够有效的支持电网实时自动控制，在电能质量智能调节和在线分析决策以及协同互动等方面也做出了重要的贡献。本文的主要工作是对国网唐山供电公司柳树鄯变电站项目的现场安装、调试、传动工作进行了分析，对唐山地区电网智能变电站系统进行了探索研究。 万方数据华北电力大学硕士学位论文第2章现代智能化变电站一次设备设计2．1智能化一次设备依托于GIS开关一次设备智能化设备的技术逐步完善和成熟，GIS开关一次设备智能化设备把目前电力系统以往划分出来的一次设备、二次设备融合在一起了。智能变电站重要标志就是智能化的一次设备是智能变电站区别于传统常规变电站的一次设备，智能变电站规划设计、设备运行和智能电网发展的取决于它的智能一次设备的水平。智能一次设备现阶段可以分成以下三个方面：一次设备内置传感器、主设备、智能设备相关组件。当前模式圆圆圆圆智能终端高压设备图2-1智能化一次设备示意图设备层的智能综合组件可以灵活配置，即过程层设备和间隔层设备即可以组合安装，也可以是分布式安装。受到目前到现有的一次设备智能状况的制约，设备层设备采用“传统一次设备本身+智能综合组件”的模式，智能组件是一个灵活的概念，可以完全由一个组件完成所有功能，也可以分散独立完成任务，可以外置于主设备本体之外，也可以内嵌于主设备本体之内。智能综合组件构成，包含了传统间隔层的设备，符合现状与未来的发展。一次主设备包括机构执行设备组件(如开关弹簧操作机构、SF6液压操作机构、开关电动机等)和电机交直流回路。一次设备状态信息通过内置传感器将会准确的传送出来，智能终端将会把它转化为统一规约的测量信息，对一次设备运行状态自检功能起着重要的作用。一次智能组件包括合并单元(MU)、智能终端、状态检测等。智能终端是与一次设备相联系采集一次设备运行的信号等，一次设备与二次设备智能化的接口环节。向过程层网络输送GOOSE报文方式；另一方6 万方数据1#北电力大学硕士学位论义面，要驱动一次设备执行GOOSE命令并完成对一次设备的控制功能，要接受过程层网络发布的GOOSE命令。电流电压等采样值由合并单元(Mu)接收。在大多数情况下，IED模型对一台一次设备的检测有多个状态检修，有多个IED模型进行信息交换、网络通讯，并与相关系统进行信息互动。2．1．1断路器／GIS图2—2断路器智能组件示例图断路器作为控制着输电线路安全的重要电气设备之一。断路器的性能直接关系到智能化的发展水平，高智能化的断路器对电力系统的可靠运行起着越来越明显的作用。智能化的断路器设备不但要求能满足在正常情况下按照命令接通或断开输电线路、在故障情况下可以迅速断开故障电流，而且需要它具备附加功能，智能断路器具有数字化的接口，数字化接口可以将位置信息、状态信息、分合闸命令通过以数字信号处理技术的网络方式传输、完成在线检测与在线诊断的方面的要求【¨】。这就要求它必须配置有较高性能的免损配有电子设备、传感器和执行器、独立采集运行数据处理技术、信息传送技术。可检测断路器缺陷和故障，在缺陷变为故障前发出报警信号，凭借这些技术完成对断路器的运行状态检测，确定运行状态趋势，以便采取措施避免事故发生。在目前规划和总体设计方面，智能GIS设备是具备了数字化接口、已将计量、测量、控制及通信等功能融于一体的智能高电压元件。与传统的断路器相比，体现出智能断路器有着许多自身的优点。简化了二次电缆接线回路，当继电保护装置或测控装置发出跳合闸指令通过改用光纤传送，改善了抗干扰能力。并且可把继电保护装置、测控装置中的断路器控制功能有机的融入丌关本体，再与监控系统进行信息传输，省去了常规站的电缆连接的中问环节，提供了技术保障，提高了运行可靠性。 万方数据华北电力大学硕士学位论文图2．3智能化GIS现阶段，通过在一次设备里嵌入智能组件和装设智能传感单元，使一次设备本身具备了测量、控制、电能质量检测、自我诊断等功能，其将成为智能电力元件。通过数值化信息处理，网络化处理实现在智能变电站中的信息共享。断路器／GIS本体和智能组件组成了现在的智能断路器，智能组件按照规划设计和甲方的特殊需求选择不同的组成，一般可以由智能终端、合并元件、选相合闸控制器、调节装置、SF6气体监测等智能电子元件构成。智能断路器的核心部分是选相合闸控制器，其发展水平的高低是决定着智能断路器是否先进的主要依据。配置智能组件的设计方案应考虑设备对象和电压等级等因素，还要考虑智能变电站的整体建设需求，结合当前智能变电站的设计规范，一般按照断路器间隔进行配置，根据安装环境不同，采用能集中就集中的，不能集中就分散布置的策略，可安装在断路器旁单独立智能户外柜或整体安装在就近的二次设备小室。智能化断路器／GIS不但能过满足智能化功能提升电网智能化水平，还能优化断路器的二次接线回路，已经广泛应用于众多的实际案例中。和常规的断路器相比较，主要体现出以下几个优点：常规的220kV变电站中，断路器的分合闸位置信号，通常利用每相开关的辅助HWJ并联或TwJ串联发出断路器总位置信号逻辑，绝大多数采用断路器位置辅助接点或保护操作插件里的TwJ、HWJ接点组合而成，，来实现传统断路器分合闸位置信号，这样不但人工接线费时费力，二次回路还异常复杂繁琐，而且还会经常发生由某相开关的触头转换不到位，TwJ、HWJ接点电位异常，造成断路器总位置报警，辅助接点数量的有限，在实际工作中常常会遇到接点不够用的情况。现在断路器位置信号改用软件逻辑来生成的话，既可以需要人工去接线，又可以不受辅助接点数量的限制了。常规的220kV变电站中，丌关跳跃对电力系统来说是非常严重的故障，所以 万方数据华北电力大学硕士学位论文一般利用开关本体实现防跳功能。防跳是防止“断路器跳跃”的简称。所谓跳跃是指由于合闸回路手合接点动作不正确等原因，致使一直在发合闸命令，所以当断路器遇到故障后断开后，断路器又会马上合闸，保护装置动作断路器会再次断开，因为一直有合闸命令，断路器又会再次合闸。这种现象，我们把它叫做“断路器跳跃”。如果发生断路器跳跃的事故，断路器会严重损坏，严重的还会引起爆炸，所以防跳功能是操作回路里一个必不可少的部分。在断路器防跳跃功能方面，不再用电磁型防跳跃继电器实现防跳跃功能，改由智能相关组件来完成。传统断路器防跳跃功能通过继电器的动作来完成，把TwJ负电端同断路器的合闸回路分开，单独接入断路器的一对HWJ接点，用断路器跳位和防止断路器防跳继电器启动来闭锁合闸回路。很多问题随之而来，人工接线回路复杂、防跳跃继电器现场的动作电压、动作时间实验比较复杂，和其他继电器配合要求严格等缺陷。为了达到智能化断路器的效果，把防跳跃逻辑配置在智能组件，可靠实现防跳跃功能。在常规的220kV变电站中，传统三相不一致保护启动回路采用TWJ和HWJ接点串并联来实现，三相不一致保护原理逻辑如图2．4所示，现在这样复杂的接线回路完全可以使用软件逻辑可以轻松实现，三相不一致保护的时间整定值由后台来控制时问，软件逻辑实现，不在使用电磁型或集成电路的延时继电器。图2-4传统三相不一致保护启动回路不意图目前大量复杂统一整体时，可以把断路器里密度继电器的闭锁接点通过GOOSE信息发送到智能终端，通过智能终端来实现气体压力闭锁功能。电气闭锁是电力系统的卫士，使用GOOSE命令实现电器闭锁，消除跨间隔电气联系闭锁逻辑操作回路。传统设计中跨问隔电气联闭锁回路常采用继电器式的电气二次接线复杂，不用再使用现场设备的辅助接点，在智能变电站中，使用GOOSE命令实现电气联系闭锁逻辑简单，满足“安全可靠、技术先进”的要求，对运行间隔不受影响其它间隔改造的影响。2．1．2电子式互感器(1)电子式互感器概述互感器是变电站内最重要最基本的检测设备，用它采集电网中一次设备的电压电流交流量，提供给保护、计量、录波、测量等设备使用。近些年来，随着电9 万方数据华北电力大学硕士学位论文力系统的中的继电保护、电气设备智能化水平和对绝缘等级要求不断提高，电力系统容量不断增加，超高压输电线路日益增多电磁式互感器的缺点越来越明显。随着数字化智能化技术的在电力系统的全面推开，做为传统电磁式互感器的新发展方向——电子式互感器应运而生。由国内自主推出的不需要向传感头提供电源基于罗氏线圈原理、法拉第效应(Faradayeffect)原理、电容分压、电阻、普克尔效应(Pockelseffect)原理效应的电子式互感器，已经在多个智能化变电站试点建设工程中挂网运行。比较传统的电磁式互感器，电子式互感器有着显著特点c12】。彻底解决了电磁式互感器容量饱和，静态和动态所测量的准确范围比较小的缺陷。电磁式互感器在遇到短路水平较高的出口短路故障或不带负荷冲击变压器时会有大量剩磁致使铁芯迅速饱和，二次输出的波形容易发生畸变，这就使一二次电流线性度降低，给电力系统的测量带来巨大的不准确性，还会影响到继电保护装置的讵确动作。电子式互感器通常是采用不包含铁芯低功率空心线圈，不存在容量磁饱和、铁磁谐振等的问题。对短距离故障响应速度快。电子式互感器不容易受系统震荡、运行暂态响应好，具有宽频带性能：抗电磁干扰性能好等特点的影响。利用它的这些特点，电力系统暂态分量为继电保护装置提供判断因素，对于电力系统安全稳定运行、保证电能质量等起着至关重要的作用。凭借着由绝缘材料为素材、光纤传输高压信息，它的绝缘性能优异。电子式互感器体积小、重量轻、结构简单，不再使用油浸式的绝缘方式，重量和体积比电磁式互感器降低了很多。解决了项目前期的选址难、提高土地资源的利用率、电磁波及噪声对环境的影响的问题。近些年来，数字通信技术的快速发展，具有稳态、频率范围大，抗电磁干扰性能好的电子式互感器可以稳定测量出稳态值20．30倍的短路电流以及宽频带数据，满足更准确的要求。由于电子式互感器在网运行的数量有限，运行时间不长，积累的运行经验不多，还存在着许多的新问题。10 万方数据华北电力火学硕士学位论文Rogowski线圈商翮。V分压EVT光+|低通滤波电能量—一A／D转换一积分电路i|电光变换{／7＼～光一7一=、＼传产≮f＼。输E二二二_]／7＼，，，，广—1＼激光器!。，。熹。。|，光电变换j⋯工l～t——1：、电源合并单元|保护测量I装置图2-5电子式互感器不意图(2)电子式互感器分类按被测参量类型分，电子式互感器有电子式电压互感器(EVT)和电子式电流互感器(ECT)。按照高压侧是否需要供能电子式互感器又可以分为有源型电子式互感器和无源型电子式互感器，具体分类如下图所示： 万方数据华北电力大学硕士学位论文图2—6电子式互感器分类无源式的电子式电流互感器(ECT)主要是采用法拉第(Faraday)磁光感应原理、光学器件的电流互感器，又称为光学电流互感器，无需向互感器提供电源。光纤器件有光纤、光玻璃等部件构成，用光纤光缆传输方式【13】。有源式的电子式电流互感器(ECT)主要采用电磁感应原理，有“罗氏(Rogowski)线圈”互感器和“罗氏线圈+小功率线圈”互感器。可以采用激光取能或小TA取能。常见法拉电子式电流互感器、电磁式电流互感器性能比较表，如下表所示：12 万方数据华北电力人学硕士学位论文表2．1常见法拉电子式电流互感器、电磁式电流互感器性能比较表无源式的电子式电压互感器主要利用光学传感材料的稳定性、逆电压效应、微弱信号调制解调、干涉等方式进行调制。有源型电子式电压互感器主要利用电源供电、远端电子模块的可靠性、采集单元的可维护性的技术。将采集来的电信号，分压后电压转化为光信号传至转换器，传送到MU采集器。 万方数据华北电力人学硕士学位论文图2-7电子式互感器(3)电子式互感器运行中出现的问题分析和传统电磁式电压互感器比较，电子式电压互感器虽然有许多技术上的优势，在国家电网公司智能变电站试点阶段，电子式互感器也得到了大规模试点使用。但由于此前相关技术规范缺乏，电子式互感器在投运前未经过全面有效的测试，导致其在实际运行中暴露出故障率较高的问题，主要有下几方面问题：从技术的层面看，电子式互感器相关技术规范缺乏。电子式互感器产品本身性能暴露许多问题，主要集中于电磁兼容、短时电流、温度循环、绝缘击穿等方面，电磁兼容是反映出来其中最为突出的问题。而电磁兼容出现问题的主要原因，在于机箱屏蔽干扰设计不合理，电源端口设计不合理，采取适当有效的措施来抑制浪涌。产品生产的某些环节的能力远远低于现场实际运行工况等，设计时对长期暴露在户外强电磁环境的电子式互感器的电磁兼容考核方法和严酷等级不足：部分电磁兼容试验项目的技术参数与现场实际运行值存在较大差异。电子式互感器现阶段最为突出的问题就是可靠性。在超高压和特高压等级故障率较高的问题，有的来源于产品的原理和设计结构，如实现的方式多样化、设计结构迥异、主要部件可靠性差等；有的来源于标准的滞后和缺陷，如检验项目需要完善、检测能力明显不足等；有的则来源于制造商方面，如其生产制造能力参差不齐、研发投入力度不够等。从运行管理的层面看。电子式互感器实验检测方法不够完备，出厂试验能力欠缺、现场检测人员检测经验缺乏。甚至有一些供电公司没有配备检先进的智能测仪设备，对电子式互感器目前仍按传统检测的方法进行实验，甚至没有能力进行以检查。把很多隐患埋藏在电网中，很难保证电网的可靠、安全、稳定运行。此外，缺乏规范的管理方法，电子式互感器实际运行情况良莠不一，还没有制定出一套完善的检测管理制度，继电保护专业的状态检验在智能站就更难实现。4 万方数据华北电力大学硕士学位论文第3章自动化系统及二次设备设计3．1变电站自动化系统变电站自动化系统是整个电网信息采集、传输、处理的基础。包括测量单元、控制单元、保护单元、计量单元、状态监测单元等。智能变电站自动化系统分为3层：过程层、间隔层、站控层。如图3．1所示监控主帆监控董机镰作员站撮作最站工程椰站高竣鹰用i远动+像佳手站选动+像擅千站十‘饔i澎瓣，豢≤鬻鬻，搿鬻，瓣蓊蒸錾獯囊翟基7螂S溺##荆”MMS|。出I矗j丝I寰radii蛳^“Ⅵ‰幽：测一体低压保护iN控姨置蜘ljt液蔼寰汹主蠹茹裹_-傈{一疆爵空I《置像测叫#停高压问l夏小羹中压同蕊小室低压及公用单元SVGOOSE灞雕．⋯一∞‰图3-1变电站自动化系统网络结构示意图站控层包含自动化系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站或一个以上～次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制fSCA_一DA)、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能[141。站控层功能应高度集成，可在一台计算机或嵌入式装置实现，也可分布在多台计算机或嵌入式装置中。站控层包括了自动化系统、实时控制系统、远动系统、GPS对时系统等子系统，主要功能为变电站运行检修的工作人员提供一、二设备的运行管理和故障诊断。并能有效地进行统一、标准化、规范化的数据存取访问、记录并发送全站信息至主站调度部门。每个子系统要想实现测量、计量、保护、录波等功能则离不开间隔层，在站控层及站控层的网络链接不畅或是中断的情形F，其他系统依然 万方数据华北电力大学硕士学位论文能够很好滴独立完成各自的任务。由连接变电站一次设备的智能终端、合并单元等组成的是过程层，负责处理传输对一次设备运行测量和控制功能。智能变电站中的数字化设备则是采用光纤传输的方式取得电压、电流采样值：由电子式互感器与数字化保护装置、智能化一次设备等的数据交换，由合并单元(Mu)来实现，合并单元同步采集多个互感器的电压、电流信息并转换成数字信号。经装置处理后，同步发送给二次保护设备、测控设备。3．2二次设备智能变电站以二次系统配置智能化和功能集约化为最主要的特点。使二次设备屏柜数量可减少500／旷70％，网络化的变电站监控平台，从而减少了二次控制电缆和光缆的使用量，同时可以有效地减少运行维护的时间，对提高变电站整体智能化水平起到了不可或缺的作用【251。3．2．1保护测控一体化经过十多年的发展，保护测控功能一体化硬件架构，双核或多核软件处理模式已变成现实。采用完全独立的输出输入传输。除了装置电源插件，一其它装备，例如测控、保护、录波插件可以完全进行独立工作，并且有效地完成各自性能的发挥及影响，并且做到互无干扰。基于以上情况分析，双测控装置系统配置可用于220kV以上变电站，双套测控既可以配置采取双机双主模式、也可以配置采用双机一主一备模式，但是双机一主一备模式自动切换功能对硬件设备提出了有较高的要求。集中保护、测控、计量多种功能与一体的测保装置35kV电压等级及以下系统多采用一体测保装置，国内大型二次设备生产厂家，目前都有在生产。保护、测控集成在一起测保装置可以通过增加电量计量插件，来达到增加电量计量功能的目的。智能控制柜实施方案智能控制柜能将合并单元、测量、计量、控制、保护、录波、智能终端集中于一体，它可以将二次模块与智能组件进行互相配合，并处理采集到的信息，并且将已处理的信息通过IEC61850规约上送到过程层，体现出了高度的智能化，智能控制柜的优势如图3．2所示：16 万方数据牛北lU力人学硕I二学位论文八▲■／———————一——‘—————————、(由于lI|原槲的涨价，醴年来，电缆的成本越昶高)厂I———————-、／——————、厂————、(人性化的中文蕞晶人机界面)I丰富的开机6翻能)(就燎作船)＼、～————一一⋯⋯——／＼、，—————————————————————，／＼、、———一————．——，／A}统方耕，一次设备和二次设硼电缓磁骺，调试贻＼刊骟矗才能瓶，二次羧和骗调试胸比较长／俪面丽丽丽㈣＼悠短，使得强器的容戥择更为裼／＼——一．一一———————————／7俩丽磊丽诗，＼朗剖础了可靠躲件，?’’--、．．一————．——／图3-2智能控制柜的优势3．3高级应用传统变电站大量分散人为难管理的问题，在变电站智能一体化综合管理系统得意解决，站内一体化综合管理系统是变电站高级应用功能的技术支撑，直接面对用户需求，面向整个变电站的运行、调试、检修、管理、异常处理、动作报告 万方数据华北电力大学硕士学位论文分析等多方面，变电站和调度端进行信息的双向交流，为各级电网有效、安全、稳定、健康运行提供了一定的保障。如图3．3所示：o变电管理综合智能一体化系统软件结构图图3-3变电站一体化信息平台变电管理综合智能一体化系统功能层次结构图如图3．4所示：图34变电管理综合智能一体化系统功能层次结构图 万方数据华北I【l力人学硕1：学位论文3．3．1顺序控制功能顺控功能主要优化状态检修体制，目的是降低变电站操作的人为因素干扰，把专家级的运行经验实用化，从而将业务能力强、专业素质水平高的值班工作人员集中配置在操作队或调度控制中心，进而从技术层面上应对潜在的人力资源短缺和专业技术人员工作强度过大的问题【15】。顺控是指在保持变电站原有标准化操作的相应程序等前提下，依照调度主站端下达调度命令由变电站自动化系统自动发出指令，或当地后台发出的多项任务操作指令。五防闭锁逻辑必须在每执行一步操作前自动进行检查控制，以符合操作票规定的顺序来完成操作任务，一次性的完成多个步骤的操作。3．3．2智能告警系统就目前变电站自动化工程的改造实际情况来看，亟待加强的还有一项很重要的工作，那就是智能告警的应用一直处在探索阶段，没有真『F的应用到工作现场的实际应用中来：虽然采集的信息量及内容十分丰富，但通过自动化装置变电站系统内所有设备的信号都己采集上来了，可是却没能进行更深层次的的分析、解析与处理。由此来看，目前主要问题是，监控系统采集上来在线设备运行监视的模拟量信息、开关量信息由后，就逐一的、按个的、按规定顺序陆续显示出来，但没有作进一步的筛选、判断和处理【3¨¨。尤其在系统发生故障的时候，信息量非常巨大，频繁地出现各种信号动作。这就使得调度端值班监控工作人员的任务量比较繁重，由此产生的后果便是容易造成遗漏重要告警信号，致使延误处理，进而造成事故。一旦有多个变电站同时发生事故，可能会瞬问出现很多各种保护动作的事件记录，变电站内值班工作人员会因为巨大的信息量而影响判断，变得无所适从，进而影响对事故的正确判断和处理。所以，变电站运行信息、动作信息、告警信息需要在线智能处理系统对其进行筛选和处理，按类别处理信号，从而在众多的信息中筛选出重要的故障报警信息。既可以明显的缩短变电站内处理故障的时间，又可以降低把变电站运行人员认为处理大量信息的难度，因工作经验不同所带来的问题进行解决并弥补由此产生损失。在线智能处理系统有很强大的功能。它既可以针对告警信息进行推理判断，找出发生原因，进而可以很好滴提供处理问题的方案，而且也就其所在的间隔进行锁定，进行综合全面的推理和详实可靠的分析。在线智能处理系统不仅可以推理判断实时发生的单个告警信息、并且找到问题的原因所在及提供更有效、更便捷的处理方案，而且对于一些在相对较短时间段内连续发生的事件，并且多个事件之问有一定的有存在关联性的一组事件信息进行专业的告警信息的分层，综合归纳，并可以告知问题的原因以及处理问题做出准确的判断。19 万方数据华北电力大学坝士学位论文在电网发生事故时值班运行人员陷入浩瀚的告警、事故信息的情况下，也能提供高效的综合判断能力，进而更快、更好地解决问题。鉴于变电站告警信号在线处理系统在遇到事故异常时，能够更好、更准确、更快速地进行处理，并且能够有效地减少变电站值班工作人员的工作量和劳动强度。在保障电网安全稳定运行方面，变电站告警信号在线处理系统的实施运用，发挥着不可替代的作用o。在充分考虑到监控运行值班的需求的情况后，变电站告警直传和在线分析处理系统需要满足以下几点要求：1)要具备专家系统的专业知识2)要熟悉变电站回路和调度运行规程3)熟悉变电一、二次设备的运行要求4)明确各项变电运行的规程、规范此外，以上几点还要做到融会贯通。故障发生时，经常会出现远动工作站上送信息拥堵的问题，智能告警系统可以从根本上解决这一问题，并且在唐山区调推行“调控一体化”运行模式以来，智能告警系统解决了在网的所有变电站集中集控的关键技术难题，在面对全站各项设备对象进行信息建模的背景下，它可以针对站内异常信息、告警信息、变位信息、事故信息及电网内暂态情况进行探索，一不仅可以对告警信息进行模糊识别、筛选，还可以过滤所接受到的全部信号以及自动弹出式提示窗口，也可以研究出告警信号与一、二次设备之间的关联逻辑关系，运用已建模完善的推理和专业的技术，确立异常及事故情况下的信息筛选上送标准。对于告警信息，智能告警系统能建立相应的故障信息逻辑和推理模型，并且能分层分类告知故障信息。并且也能进行在线实时分析变电站的设备运行状态，自动报告设备异常并给出故障处理建议。由此可见，智能告警系统需要依托一体化信息平台，创建专家知识数据库，并且同时存储专家提供的告警与故障分析知识。还要就变电站故障信息的逻辑和推理模型进行创建，进而可以报送出某个告警信息或某种事故类型的相关具体原因、记录、描述、分析、处理方法建议，甚至要包含硬接点信息的详细准确的图解。专家知识库采用统一标准建模，它与智能告警与故障综合分析的高级应用程序之间是相互独立的工作的，如果想要提升系统的处理能力和准确判断问题的能力，可以通过改变、完善知识库中的知识内容来进行。当系统发生故障时，应在3到10秒的时间窗时间过后即能够准确无误地判断出故障信息，及时提供给运行人员使其能加以准确分析及辅助判断，以便即时处理事故故障。 万方数据华北IU力人学硕一Ij学位论文3．3．3设备状态可视化设备状态可视化，需要采集主要一次设备(变压器、断路器等)状态信息，从而可视化展示状态在线分析，并采用统一建模方式将分析的结果接入到一体化信息平台等上一级系统，进而达到优强化电网运行和为设备运行和管理提供基础数据支撑的目的。进行可视化展示一系列的相关图像信息，通过视频监控系统主动上送到一体化信息平台。记录断路器、隔离刀闸、接地刀闸的操作前的状态及操作后的状态，记录为图像信息，供监控运行人员调看设备图片信息。辅助判断设备的运行情况提供明确佐证。3．3．4状态估计状态估计系统运用在智能变电站中，厂站端分布式状态估计主要利用实时量测系统向主站中心状态估计平台发送变电站的数据，提高数据的精度和冗余度。通过厂站端变电站的模型静态数据模型，模型包含了站内主要设备开关刀闸节点的连接，估计或预报出厂站内的下一时段运行状态。变电站状态估计模块，根据量实时量测系统提供数据的精度和按最佳估计准则对生数据进行计算，对不良数据进行检测与判别。将估计的正确数据通过调度接入网或调度数据网上送至调控中心的状态估计实时系统，提高数据系统的可靠性。智能变电站设备状态检修与颊测分耩平台’“6⋯一“异常摄警i!获态震示{状态统计冀n『j姣态发鼹趋势展承|。。⋯～一。一一“～。‘⋯“一一一“。⋯。～一一“。“。～‘。‘。。。’一————⋯“～^一vf^^⋯““^一^⋯^～^●～^^“。。y~’‘“”⋯+w“’“》监测管理{⋯‘⋯⋯～!一””。～。，风陵评估|}篆警麓理{|检修繁略p。⋯～⋯一’⋯⋯”～．故骧诊麟{r”譬。?等⋯善2卅⋯岫绫谜势毫蓐麓剿奠g冀嚣繁臻罄爨璧舞舞稿疆照il避i蟛麓麟羽霍一7：搿■。繇董j二雀壤篷群嚣颦濑目；ii鬻图3．5智能变电站设备状态检修与预测分析平台 万方数据华北电力大学硕士学位论文第4章基于IEC61850模型的变电站自动化系统结构4．1IEC61850的基本概念IEC61850是国际电工委员会制定关于变电站自动化的最为完善的通信标准，基于通信网络平台，规范化一系列设备的通信标准，实现统一全站通讯的目的，我们要认识到IEC6l850并不是一个规约。IEC61850的服务标准MMS服务、GOOSE服务、SMV服务分别是IEC61850系列标准提供服务实现主要的三个部分。IEC61850的MMS服务用于服务器的系统结构，负责每个装置和后台之间的数据交互；IEC61850的GOOSE服务用于装置之间报文传输服务的通讯；IEC61850的SMV服务用于间隔层通道采样值的传输。GOOSE和SMV采用光纤连接过程层和间隔层的设备，GOOSE传送的是遥信信息，SMV传送的是遥测信息，MMS网用网线连接，即可以传送遥信信息又可以传送遥测信息，基于TCP／IP连接间隔层和站控层【涠。三个服务之间的关系：在站控层、过程层、间隔层通过三个网络连接，即MMS网，SMV网和GOOSE网。这三个网络分别组建，各网络之间的数据联系通过间隔层的设备交互。在GOOSE报文和传输采样值中涉及多路广播报文的服务。双边应用关联传送服务请求和响应(传输无确认和确认的一些服务)服务，多路广播应用关联(仅在一个方向)传送无确认服务。详细划分IEC61850通信标准的服务，主要包括：信号上送、测量上送、控制、定值读写服务、报告(事件状态上送)、GOOSE收发机制、GOOSE报警、GOOSE检修、日志历史记录上送、快速事件传送、采样值传送、遥调、、录波、保护故障报告、时间同步、文件传输、取代，以及模型的读取服务。IEC61850的标准分类IEC61850．8．1映射到MMS和ISO／IEC8802．3(MMS)。IEC61850—9—1通过单向多路点对点串行通信链路采样值(9一1)。IEC61850—9—21e通过ISo／IEC8802．3传输采样值(9-21e)。IEC61850．9．2通过ISo／IEC8802．3传输采样值(9-2)。4．2IEC61850的特点与优势第一个完整的电力自动化领域唯一的无障碍的通信新标准体系IEC61850。各种各样种传统通讯规约下的规约转换的复杂性难题相比较。从技术角度相比较，IEC61850规约有如下明显优势：把分层、分布体系和面向对象建模技术相 万方数据华北电力大学硕士学位论文结合；把ACSI模型技术和SCSM映射技术相结合；把A、B双网的MMS信息传输技术运用到继电保护装置和自动化装置与服务器的通讯相结合：把不同厂家设备之间具备互操作性相结合：把不同厂家设备之间具备互相发布订阅的功能相结合。IEC61850与传统通讯规约通信协议相比较，IEC61850的优势体现在以下几个方面：1)IEC61850标准里，互操作性被定义为：“应用同一厂商的设备或不同厂商的智能装置配置文件(IED)之间的发布、订阅信息交换，和正确使用信息协同操作的解决方案。”通信协议的支持是发布信息、订阅信息的关键，交换信息需要通信协议的支持；信息的相互交换关键在于信息的正确理解，需要统一的通信规约约定为前提。2)IEC61850标准里，功能自由分布协同操作依赖于过程数据的共享和对通信设备实体的规划。在IEC61850标准里，虽然没有给出自由分布规范的十分明确功能定义。把它放在通信标准的来来比较的话，“与自动化设备的相关联的设备，在智能终端装备和GOOSE控制层中的分布不是单一固定，它依赖于可行性的实施、智能应用的充分发挥、资金的投入限制、技术能力的限制、应用策略的实施几个关键点上”，因此，“这种标准必须能够满足各种功能分布情况”。IEC61850标准里，着重描述了有关于功能自由分布规范，变电站自动化分布式不仅仅把自动化装置的分布配置，还体现出智能自动化子站系统功能的可分布性。依赖自动化分布配置的智能自动化子站系统功能之间的相互合作与相互协同，构成了变电站自动化技术的发展导向，因此展示出IEC61850标准针对自动化逻辑方面，对功能自由分布的支持适应性的重要性。3)IEC61850标准里，业务的可扩展性是针对变电站自动化设备的所具有的全部功能，体现出对所有标准信息源扩充的重要性。4)IEC61850标准里，稳定的运行能力，为了能够与原有的、当前的和将来的通信规约互相适应。抽象定义的方法是IEC61850规范里针对通信服务采用一套抽象通信服务接口方法，就是我们平时说的ACSl(AbstractCommunicationServiceInterface)，而将具体的通信协议与实践经验抽象模型结合到一起，应用以SCSM定义通信对象及参数进行统一标准化，满足了现代通信技术的迅速发展的需要。这就是IEC61850区别传统类通信协议的主要特点之一。4．2基于IEC61850模型的变电站自动化系统结构变电站层控层的逻辑组成总线结构要根据变电站的规划的规模以与投产运行相结合设置，拿单总线或通过路由器分段来说。图4—1是一种IEC61850模型智能的变电站自动化系统(SAS)的拓扑图结构。其中①为传送和接收CT和VT 万方数据华北电力大学硕士学位论文的测量采样值；②为保护装置和智能控制操作箱I／O数据的订阅和发布；⑨为发布分合闸命令；④为站内公共部分的设置；⑤为后台监控和信息管理；⑥为调度端主站与自动化子站系统之间信息传递；还包括，SOE报文、GPS同步对时；等等。辅助功能还支持其它功能的信息交换，电能量设备、开关、主变类在线监测设备，还支持间隔项目信息报告的管理【17】。在智能(IED)电子设备中完成变电站内的工作任务：在图中给出了变电站涵盖的IED设备。可以将多种功能由一个lED设备来完成，也可以单一功能在单一lED中完成。④图4-1变电站自动化拓扑例子24 万方数据华北电力大学硕士学位论文第5章合并单元的通信方式5．1合并单元的定义因为电子式电压互感器(EVT)和电子式电流互感器(ECT)的输出大多是小功率的模拟量，为了防止各种干扰信号产生的影响，应当就地转化为数字信号，再经过光缆传送。根据IEC61850通信协议规定的数字化变电站站控层、间隔层、过程层3层结构，最终完成过程层的重要设备——电子式互感器的数字化接口，当前采用的是依照IEC60044—7／8和IEC61850．9标准的两种方案，这两种标准都规定了电子式互感器数字化输出接口的关键组成部分——合并单元(MergingUnit，简称MU)。合并单元是为了适应电子式互感器的数字量输出而设计的模块。一般是7路电流信号和5路电压信号经过相应的规范处理，再依照Manchester编码格式将这12路电压、电流信号重新组帧传送给二次保护及控制装置。目前，主要利用光纤实现合并单元与二次设备问的连接[18-19】。合并单元与ECT、EvT的数字输出接口间的通信通常具有以下特征：1)并行处理任务多；2)可靠性高、实时性强；3)通信数据量大；4)通信速度很快。5．2合并单元的主要功能概述合并单元最重要的功能就是同步地采集汇总三相电流与电压信号按照约定的传输格式传送给二次保护及控制设备。合并单元的3个主要功能为：数据同步、多路数据采集与处理、串口发送。合并单元的功能模型如图5—1所示。(1)数据同步模块。此模块首先要接收并识别出GPS等外部同步脉冲时钟信号，而后MU给各路A／D传送同步转换信号。同步转换信号的频率需要适应二次保护设备与二次测量设备的采样率规定。比如，距离保护通常要求电流／电压的采样频率为24点／每周波，换句话说就是每秒采集1200点，因此，同步转换信号的频率为1200Hz，它的帧格式以及发送速度可以自由选择。(2)多路数据采集与处理模块。这个模块的主要功能是与ECT和EVT进行接口。在MU给多路A／D模块传送同步信号后，同一时问接收12路通道的电压电流数据并进行有效性检验。除此之外，MU还要对这些通道数据进行重新排列后才可输出到串口发送模块。 万方数据华北电力大学硕士学位论文一串口发送。模块一图5-1合并单元(MU)的功能定义模型(3)串口发送模块。此模块主要作用是把各路电压电流采样值数据重新组帧并传输给保护与测量装置。这个功能正是IEC60044—7／8和IEC61850—9—1两个标准中MU功能实现的最关键区别(如表5．1所示)。IEC60044．7／8是根据FT3格式进行Manchester编码传输，传送速度是2．5Mbps。因为传输速度相对较缓慢，这就把采样率限制到了仅为5K／s，这样对于需要高采样率的装置或模块将不再适用。而IEC61850-9．1则是根据基于IEEE8802．2和ISO／IEC8802．3，并基于Ethemet进行传输，速率可以达到100Mbps以上，与IEC60044．7／8相比较，它的应用价值可能将会更高。表5-1合并单元的比较5．3合并单元的通信方式IEC61850标准应用面向对象(OB)搭建模型的核心技术手段且具备面向未来的相对开放的体系架构，其中，搭建模型的技术和数据应用的模型是IEC6185026 万方数据华北电力大学硕士学位论文标准的最重要部分。在标准IEC61850—7之中，对各类信息通讯模型和各个服务模型进行了规范与规定，此外，IEC61850—7．2标准面向服务和对像规范了满足各种通讯需求的“抽象服务模型”即ACSI模型，ACSI模型规范了不隶属于互联网络与应用层约定的公共使用的通讯服务，比如模拟电压、电流测量数值的采样传送服务、迅速可信赖的状态数据传送服务(跳闸位置信号、闭锁位置信号)等。IEC61850．8．1标准和IEC61850—9标准中规范了与实际互联网络和通讯规定关系紧密的SCSM，SCSM可以把以上的抽象模型和服务反映到下层真实的对象和通讯规定中。因为ACSI模型把应用层的作用和通讯规定相互分离开，这样，此标准就可以更方便地采用最先进高效的通讯手段而无需改变最顶层的ACSI模型规范。在IEC61850—9标准中，IEC61850—9—1把采样值(Sv)数据以单向的串行点对点方式反映给最下层真实的对象与各种通信标准中，而IEC61850—9．2标准则是把采样值数据反映给ISo／IEC8802—3标准之中。因此，其通常又叫做“面向过程层总线的特殊通信服务映射”。与IEC60044．7／8标准和IEC61850．9．1标准中所规定的单一方向点对点传输相比较，IEC61850．9．2标准中规定的面向过程总线的传输方式则己然是互联网化的定义。新标准主要用于更好地实现数字化变电站中过程层与间隔层的串行通讯，不过，在当前发展阶段想要完全符合IEC61850—9—2标准的要求还面临诸多难题，其中最关键的问题就是对网络性能(包括带宽、可靠性、速度等)的要求[26-28]。依照IEC61850标准对数字化变电站系统架构的分层定义和逻辑接口的规定，过程层与间隔层之间的信息流不但包含周期性通讯、数据量庞大而且对数据同步精度有较高要求的各路电压、电压流采样值(Sv)，还包含像保护跳闸信号这样的变电站快速报文中非常重要的指令信号(GOOSE)。此外，实时性和重要性相对较低的状态评估信息也属于其通讯内容。怎样保障以上优先等级各不相同、信息量庞大、周期性和突发性地数据流在同一公共网络中可信赖地不间断传送，尚需要通过大量的试验进行进一步地实践论证。因为IEC61850—9—1标准和IEC61850．9—2标准全是来源于IEC61850这个通讯标准体系，标准的撰写人已经细致地考虑了这两个标准之间的相互兼容性。比如，这两个标准都是依托以太网通信互联。其中，IEC61850—9．1标准是点对点传送，信息传送者只是一个MU，而信息接收者是一个或是多个智能电子设备(IED)，并且它的传送方向也是单方向的【241。因此，IEC61850标准本来不需要计及以太网信息传送中的冲突、检测问题，更不具有信息传送的主次之分，可是它却提出了虚拟局域网(WLAN)和信息传送优先等级等新的概念，并且以上概念使得基于IEC61850—9—1标准的装置未来可以非常灵活地过渡转换到IEC61850．9．2标准所规定的基于过程总线的互联网络之中【2引。27 万方数据华北电力大学硕士学位论文IEC61850—9．1标准中规定的通信接口是单向的串行点对点传送，它的实现方式与IEC60044—7／8标准有很多类似的地方。事实上，IEC61850．9．1标准规定的MU的功能就是参考了IEC60044．7／8标准，MU传输给二次保护、测控装置的信息包的主要内容还是各路电压、电流的采样值(sV)数据，在此基础上，还增加了许多显示断路器状态的二进制输入数据与实际的标签数据。MU与二次保护、测控设备之间的串行单行点对点通信示意图如图5．2所示。图5-2MU与二次保护、测控设备之间的串行单向点对点通信示意图5．4合并单元输出信号的同步问题合并单元(MU)输出信号的时钟同步是要求变电站保护、测量等二次设备所需的采样值是在同一时刻获得的，如果采样序列的时问不同步就会造成电压、电流相位偏移和产生幅值误差【3¨。各个MU通过给各路A／D转换装置提供同步脉冲信号，从而完成对各路电压、电流的同时采样与模／数转换。很多情况下。变电站的一个二次保护装置需要获取数个MU提供的各路电流、电压数据，因此，变电站中的各个MU之间都需要实现同步工作。为此，需要设立一个站级同步源，给变电站所有的MU传送同步时钟信号来完成电压、电流采样数据的同步。而对于保护双重化方案，同一变电站中的两套互为备用的保护设备需要两个完全独立的同步时钟源提供同步信号，不过，此时两种保护设备还是由同一组电子式互感器提供电压、电流数据，因此，还需要在这两种同步时钟之间进行同步【35】。目前，实现时钟同步的方法主要有插值计算法和同步脉冲法两种。捅值计算 万方数据华北电力大学硕士学位论文法的原理为，参照从ECT、EVT获取的固定间隔时间点上的采样值(SV)数据，通过DSP插值运算得到所需特定时问点上的电压、电流采样值。同步脉冲法的原理为通过一致的同步脉冲信号，在ECT、EVT发出的采样值(SV)数据中加入时标，提供给二次设备。同步脉冲信号一般由主时钟获取，比如GPS信号专用接收设备。为了给GPS接收设备提供正常工作所需的电源，一般采用开放的整流输出设备与总站蓄电池连接的方法实现。当距离较长和对同步精度要求较高时，可以应用光信号输入。当不考虑电磁干扰的因素时，也可采用低电平输入这种成本低廉、效率相对较高的方式。如图5．3所示，同步信号1(IEC61850标准中规定的MU时钟脉冲同步信号)的频率相对较低，它的主要作用是实现不同MU之间的时钟同步，因此，其无法满足二次保护测量设备的采样频率要求，不符合直接用于同步采样和模／数转换的同步信号的要求。同步信号2是对各路模／数同步转换进行同步的时钟控制信号，此同步信号的获取方式一般为对同步信号1进行插值运算处理，在某些特殊情况下，亦可依照特殊需求另行规定同步信号2的获取方式与数据帧格式。发送到MU的时钟同步脉冲信号允许通过电气连接输入，也可以使用光纤进行连接。但对于光学连接的时钟同步信号，要求遵守下面两点规范的要求。触发时间：．规定由低电位到高电位的上升沿触发，图5-4即为同步脉冲的触发特性示意图。时钟频率：规定每秒钟发送一个同步脉冲，即时钟频率为1HZ。此外，不管接收到的同步脉冲是否正常，MU都要求对时钟同步脉冲做真实性检查。同步时钟可采用光学输入、低电压输入、电池等级以上的电压输入等。当同步时钟采用光学输入时，触发水平为光强幅值的50％。同步信号2一图5．3合并单元示意图 万方数据华北电力大学硕士学位论文图5-4同步脉冲触发特性示意图。在合并单元同步模块实际改进的过程中，为了提高其可靠性，可以把插值计算法和同步脉冲法两种方法综合起来使用，互为备用。当GPS接收机失效进而无法利用同步脉冲的时候，由二次系统专用计算处理模块进行插值运算得到所需的时间点上的电压、电流采样值。而在传统装置还不具备GPS同步对时功能的地点，也需要进行相应的插值运算，来满足电力系统保护和测量的需求[301。 万方数据华北电力大学硕上学位论文第6章柳树鄯220KV智能变电站的设备调试6．1柳树都220kV智能变电站概况6．1．1柳树都220kV智能变电站规模柳树都220kV智能变电站的规模：柳树鄯220kV智能化变电站位于丰南县城东南3．5公里处，距国网冀北电力公司唐山供电公司62公里，占地面积18000平方米。本站为无人值守变电站。本站2012开始土建，2013年7月投运，全站一次系统电气主接线为220kv双母线接线方式、最终规模为：变压器3x180MVA、220kV出线2回。本期规模为：变压器2x180MVA、220kV出线线路2回。110kV主接线为双母线接线，最终出线16回，本期出线8回。10kV接线第一、二台主变压器10千伏侧采用单母线分段接线，第三台主变压器采用单母线接线。6．1．2常规变电站目前存在的问题(1)常规变电站存在的问题；(2)直流系统的问题；(3)传统的电磁式互感器所带来的问题；(4)二次回路复杂的问题；(5)长控制电缆引起的绝缘降低问题：唐山柳树鄯220kV智能变电站作为国网冀北电力公司智能化220kV变电站的试点之一，为解决以上问题，成功投运一座220kV智能变电站，本文将提出相应的现场调试方案。6．2柳树都220kV智能变电站的网络结构6．2．1柳树鄯智能变电站结构设计智能变电站的网络组成结构：第一层网络：站控层GOOSE网、MMS网网络；第二层网络：问隔层GOOSE网、MMS网网络；第三层网络：过程层GOOSE网、MMS网网络； 万方数据华北电力大学硕．1二学位论文第四层：一次设备层。柳树都变电站综合自动化系统网络结构图，见图5．1蓬翟震鬻霆塑疆黼(m*tr*mn)嚣。‘蘑。隔瓣瓣缀黼黼嬲黼联麟缀麟黼嬲麟麟缀戮黼黼鳓麟骥飘删戮黼缀麟戮㈤嚣0■胥0kl闾g隔腰空块桃秸++搿申申懋粪潮豳蕊麓6i甚n一赫摊m釉、)i。—酊‘^于拭甄l-兜接Ljnl毂十蚌=篮罄群光瓣uA毫f戒麓巷精捌噼精畦嘲蝌^赣畴辫拽黜艇n由i螭精图5．1柳树都变电站综合自动化系统网络结构图6．2．2柳树鄯智能变电站二次设备(1)MU合并单元柳树鄯智能变电站站的一次设备(ECT／EPT)已经．可以直接输出光信号，通过光纤跳线输出到MU合并单元后，再将数据通过光纤网络上送到需要这些数据的各个测控、保护装置。合并单元需要同步信号输入。，数据结构如下图：(2)智能终端图5-2合并单元数据结构篙鬻嚣鬻嚣掣l盘睁．■L 万方数据华北咀力人学坝一L学位论文智能终端的功能相当于目前常规测控装置和常规操作箱的集合；完成对一个间隔断路器、刀闸的控制和采集工作，两个以上独立的GOOSE接口配备到间隔层设备，电缆接口仍然配备到一次设备上。也就是说，智能操作箱通过GOOSE报文的网络方式，把电缆接入一次设备，然后上送给间隔层的保护、测控等装置。具体结构如下：图5-3智能终端背板图(3)交换机交换机是过程层的一部分，保护和测控通过这里分别于MU与操作箱的组网部分进行通讯。负责传输组网部分的SMV与GOOSE通讯。SV、GOOSE层交换机需要划分VLAN，以分流庞大的数据量。图示中SV、GOOSE通讯被集中到一个交换机进行通讯，也可以划分单独的SV网交换机与GOOSE网交换机进行通讯【321。(4)间隔层装置间隔层装置即保护与测控装置。下图为我们的保护装置。最明显的就是数字化站看不到交流采样插件了。图5_4保护装置背板图问隔层设备即连接过程层(GOOSE、Sv)也连接站控层(MMS)。图中的哈丁端子接入装置电源、丌入、丌出插件，测控装置一般采用集成商厂家。非集成商厂家的主要工作是调试保护与操作箱，按照图示。其中GOOSE 万方数据华北电力人学硕士学位论文板与智能终端进行通讯，SV板与MU装置通讯。操作箱通过GOOSE网络想测控装置上送遥信信息。6．3调试流程6．3．1智能变电站标准化调试流程全站组网_组态配置-÷系统调试一现场调试-÷投产试验(1)组态配置中SCD文件配置最好由用户来完成，也可以先指定系统集成商，待其完成后经用户认可。设备下装与配置工作宜由相应厂家完成，也可在厂家的指导下由用户完成；(2)系统测试宜在集成商厂家集中进行，但必须由用户或用户指定的第三方监督完成。系统测试也可在用户组织指定的场所进行，如电试院或变电站现场。与一次本体联系紧密的智能设备，如电子式互感器，其单体调试和相关的分系统调试也可在现场完成；其它智能设备可将智能接口装置，如智能终端、常规互感器合并单元等宜集中做系统测试。部分分系统调试，如防误操作功能检验也可在现场调试步骤进行：(3)变电站工程初步设计阶段明确是否需要系统动模试验为可选步骤，可根据以下条件有选择地进行：1)工程采用的系统结构为第一次应用；2)工程虽采用已做过系统动模的典型系统结构，但局部更改明显；3)工程采用的设备厂家与以往工程有明显的差异；4)同一厂家设备曾做过3次以上系统动模试验的不宜再做。系统动模试验单位资质应由用户认可，用户可全程参与系统动模试验。系统动模试验应出具完整的试验报告，对试验结果进行客观、准确、详实的评价。(4)现场调试主要包括回路、通信链路检验及传动试验。(5)投产试验包括一次设备启动试验、核相与带负荷试验。6．3．2全站组网(1)MMS网络搭建MMS网络搭建，和常规站一样，只是网络协议是61850，全站各个保护装置、测控装置、监控后台、远动装最、故障录波装置、继电保护信息子站、GPS对时装置都通过MMS网接入交换机，实现信息交换功能。(2)GOOSE网络搭建 万方数据华北电力大学硕上学位论文设计院提供的相关图纸中，有一张是过程层的交换机分配图，已经定义好了具体哪个光口接哪个装置，严格按照图来组GOOSE网。柳树鄯变电站规定了1)保护装置GOOSE插件第一个光口接入交换机：获取开关／刀闸位置，以及和母差交换信息。2)测控装置GOOSE插件第一个光口、第二个光口接入交换机：获取开关刀闸位置及硬接点信号、遥控开关刀闸等、操作箱和MU的一些告警等信号。3)合并单元MU接入交换机：获取开关／刀闸位置，以便MU电压切换；发布自身告警等信息。4)智能终端MASTER板第一个光口、第二个光口接入交换机：上送开关量以及测控遥控，发布自身告警等信息。5)网络分析仪接入交换机：记录各个上了GOOSE网装置的GOOSE报文及间隔层装置的MMS报文。6)故障录波器接入交换机：获取自己需要的各个装置GOOSE信息。6．3．3全站组态配型(1)问隔层装置组态配型1)统计全站各个电压等级的保护、测控装置线路名称、厂家、装置型号。2)分配全站各个电压等级保护、测控装置的VLANID、APPID、MAC地址、IP地址、IEDNAME。3)分配全站各个电压等级测控装置GOOSE地址。(2)过程层装置组态配型1)统计全站各个电压等级MU、智能终端装置的线路名称、厂家、装置型号。分配全站各个电压等级Mu、智能终端装置的VLANID、APPID、MAC地址、IEDNAME。分配全站各个电压等级的智能终端装置主GOOSE地址和从GOOsE地址。分配全站各个电压等级的MU采样MAC地址、APPID及到GOOSE网上的MAC地址、APPID。2)过程层交换机统计全站各个电压等级的交换机，并对各个交换机划分VLAN，分配各个交换机的口地址。(3)站控层设备组态配型统计好全站主站设备，给监控分配IP地址、报告实例化号。给子站分配IP地址、报告实例化号。给故障录波器分配IP地址、IEDNAMME。给远动分配好IP地址及报告实例号。(4)交换机划分VLAN 万方数据华北电力大学硕二I二学位论文1)如果交换机只有GOOSE报文的话，可以每个电压等级划分1个VLAN或者全站划分为1个VLAN，因为GOOSE报文不大，不会造成交换机的信息阻塞或网络风暴。2)如果GOOSE交换机有SV报文的话，VLAN划分就比较复杂了，需要把每个间隔的MU划分成1个VLAN，MU与测控、保护等的VLAN也要划分设置好。(5)保护、测控、操作箱及MU等设备模型文件获取(以北京四方公司设备为例)1)由保护设备厂家提供保护、操作箱及MU等设备模型文件。2)四方的测控模型文件：需要自己根据实际需要建立模型。使用配置工具，找到“装置配置”，按照测控装置的实际配置，配置开入板，开出板，直流／温度板，这三个是测控实际的硬件。交流板本次工程用4U3I就可以，母线使用8U。∽一，‘羹j囊纂鬻露嚣⋯I』j纂，iD西日|；一妇霸豳厨穹k6f)I]sE梗J遭道配置=砰；、槭二览≥沲—t!毫崩。}意，}盟席枥：If他配置f埔环显两每F=归锄斗受：，至l墼(jocPlJ圭蹙，^通婴f重亟垂)(直连』暹星堑)装置配置：开入授诺鼢鹰蠡{删除记录。H-__-HH_。__H__-___岫JJ____．-___H·_H--H_-一装置舀已置：Goo=e投图5．6GOOSE模型配置图36蚕鐾一巍一萁 万方数据华北电力人学顾lj学位论文装置配置开入板变蕊板宜流，温度援GOOSE板逼道配置开，入、板交流扳蕞流／温度拔苴蚀配置循环显示闭皂煎模拟量f百丁昂F网箕他配置：GOCFI$投^曼!墅捏是￡褒燕I_-_【一-E，o譬l蔓【一；1l●__蝌·I舛al·i幢譬●●I—童崔∞；，疆-j斟—重M·-菖t葡i—a—一I{1日践‘j苫狮_-—一一蚓．。一_1¨。剿_攀⋯誓≯ji薹鼍薹剽iji一誊r一溺。⋯董爱鹭。豫二i嚣“铷“。‘‘瓣誊图5．7开入配置图(6)保护、测控装置、低压装置的参数设置在出厂设置中把CSC2000规约屏蔽，选择61850规约选项。将以太网1CSC2000规约屏蔽、以太网2CSC2000规约屏蔽、选择太网1采用61850规约选项、选择太网2采用61850规约选项。出厂设置的IP地址改为装置的IP地址。6．4系统测试调试6．4．1保护装置的调试(1)模拟量的输入传统的继电保护测试仪只能输出模拟量，不能直接输出数字量，在智能化变电站中，来自合并单元的光数字信号代替保护装置电压、电流模拟量的输入，其中的一种方法就是将传统保护测试仪传输的模拟量通过模数转换器将模拟量转换为数字量，然后在输入给所需要的合并单元，但这种方法缺点是测试仪连接繁琐，移动起来也不方便，另一种方法就是使用光数字保护测试仪，用其直接从保护装置的光纤以太网口输入测试。鉴于这样的数字信号几乎没有什么误差，因此完全可以省略以前的零漂、采样精度检的步骤，但其中也存在着一定的问题：现有智能数字化保护测试仪输出的数字信号只能支持IEC61850—9．1、9．2标准，而以这两个标准传输的数据传输时延不能同步、无法准确采用再采样技术、不同间隔间数据到达时间不确定，显然不同间隔间数据的时间同步性很难满足保护装置的要求。因此以IEC61850—9．1、9．2标准传输的数据只有没有跨间隔数据要求的保护装置和测控、仪表这一类二次设备才能用【43-44]。对于那些有跨间隔数据要求的保护装置，例如变压器差动保护及母线保护，现采用的是IEC60044．8传输协议中规定的高速串行FT3传输协议标准来传输数据。这一类保护装置的测试目前可以通过引入时间同步源解决这一问题。(2)保护装置的输出 万方数据华北电力大学坝士学位论文24V或者220V的直流电信号已不再是传统的开入、开出量，代之以优先级别有差的GOOSE报文或MMS报文，但是GOOSE虚端子连接是否J下确目前还没有适当的测试方法，所以只能依靠保护装置实际传动、保护整组传动来验证保护装置输出信号的正确性与实时性来进行对GOOSE报文的检验，而且必须依据GOOSE联系表，确保检验每个功能，每个信号及每个点。推荐借助网络分析仪进行检验【33—341。6．4．2时间同步调试使用SOE信号发生器对过程层接口装置定时模拟触发输入信号，检查装置输出事件时标应与信号实际触发时间差应小于lms。如变压器差动保护和母线差动保护，为了验证不同间隔间数据的同步性，现阶段可通过同源的一次升压、升流流来实现【38-40l。6．4．3合并单元调试(1)SV传输数据检验在全部本体试验合格后进行，将互感器本体和合并单元连接并按SCD文件相关IED配置合并单元，检验合并单元输出SV数据通道正确性，检查相关通信参数符合SCD文件配置。如用直采方式，SV数据输出还应检验是否满足Q／GDW441等间隔输出及带延时参数的要求。(2)准确度检验在SV传输数据检验完成后，应分别检验互感器网络采样模式和点对点直接采样模式的准确度。各通道应满足标准规定的准确级要求。(3)合并单元电压并列及切换试验合并单元必须具备电压并列功能，应模拟并列条件检验合并单元电压并列功能；合并单元必须具备电压切换功能，应模拟切换条件检验合并单元电压切换功能。6．4．4智能单元调试开关量检验1)检验智能终端输出GOOSE数据通道与装置开关量输入关联的正确性，检查相关通信参数符合SCD文件配置；2)检验智能终端输入GOOSE数据通道与装置开关量输出关联的正确性；3)测试GOOSE输入与开关量输出动作时问，应满足7ms要求。 万方数据华北电力大学硕上学位论文6．4．5网络性能测试(1)物理元器件性能测试智能化变电站采用大量光纤传输信息。光收发器件功率测试、光通道衰耗和误码率测试。同时借助网络分析仪测试网络数据交换机性能测试、网络服务器性能。(2)网络负载能力测试，即测试网络性能总是在流量突增时表现的如何。(3)网络数据包解析数据包、抓取数据包的正确性与时效性测试，保证的关键环节的准确性。(4)网络安全性测试，检查系统是否存在漏洞还可以结合硬件环境进行安全性测试，比如纵向加密装置、数据库服务器位置等，检查网络抵御恶意程序采取攻击的能力。6．4．6整组传动试验(1)跨问隔一次升压、升流试验及互感器校验整个一次设备电量采集环节的正确性都需加以检验，包括从电子式互感器到保护装置、测控装置到监控后台。同源跨间隔一次升压、升流互感器来校验变压器保护及母线保护，以此来验证不同间隔数据的同步可靠性o。(2)保护装置信号传递测试1)逐个检查智能一次设备各种状态GOOSE信号、操作闭锁信号，相互闭锁保护装置的信号输入保护装置的准确性和时效性。2)检验通过MMS网和GOOSE网保护装置发出到监控后台、有相互启动或关联的保护装置、断路器智能组件变电站整组启动时保护装置动作行为的测试。3)测试项目与步骤与常规变电站大体上是一致，即采用一次电流、电压来进行向量检查工作。达到最后一次测试保护装置通过MU采集的电压量、电流量极性的正确的目的，并让保护装置无问题、可靠地投入运行。6．4．7测控装置调试(1)信号GOOSE传动1)按SCD文件配置，依次模拟被检装置的事件GOOSE输入，检查装置输出相关遥信报告正确性；2)改变测试仪的检修状态，检查装置输出相关遥信报告的品质位；3)改变测控装置的检修状态，检查装置输出遥信报告的品质位。(2)模拟量检验39 万方数据华北电力大学硕上学位论文1)按SCD文件配置，模拟被检装置的所有SV传输输入，检查装置显示画面和相关遥测报告正确性；2)对于有多路(Mu)SV输入的装置，模拟被检装置的两路及以上SV输入，检查装置的采样同步性能；3)检验模拟量功率计算准确度；4)改变测试仪输出值，检验测控装置的模拟量死区值；5)改变测试仪的检修状态，检查装置输出遥测报告的品质位：6)改变测控装置的检修状态，检查装置输出遥测报告的品质位。(3)控制输出检验1)按SCD文件配置，检查测控装置控制输出对象正确性；2)检测测控装置输出的分、合闸脉宽；3)检查一次设备本体、测控单元控制权限；4)改变装置检修状态，检查输出控制GOOSE报文的检修位。(4)同期功能检验1)检验断路器无压合闸功能及无压定值；2)检验断路器同期合闸功能及同期定值；3)检验断路器强制合闸功能。(5)防误操作功能检验模拟其它间隔断路器、隔离开关位置，检验装置防误操作功能，结果应符合设计要求。(6)GOOSE事件SOE时标准确度检验当测控装置接收GOOSE事件采用本机时间打时标时，使用网络报文记录分析仪测试测控装置GOOSE事件SOE精度，测试结果应不大于10ms。报文记录时间准确度，要求不超过250us。报文记录时间分辨率，要求GOOSE和SV报文不超过lus，MMS报文不超过lms；抽检报文记录完整性o。(7)对时系统准确度检验1)检验主时钟输出的时钟准确度；2)检验被对时设备对时输入端口的时钟准确度；3)主备钟切换试验。6-4-8分系统调试(1)后台人机界面检验可结合间隔层单体调试检查监控系统人机界面：简报(SOE)信息(含保护事件)；接线画面(含主画面、分画面、潮流图、通信链路状态等)；测量曲线；光字功能：报警音响；保护故障简报；画面响应时间。40 万方数据华北电力大学硕一L学位论文(2)后台事件记录及查询功能检验抽样检查后台事件记录完整性，检查查询功能正确性。(3)后台定值召唤、修改功能检验定值召唤功能(定值名称、定值大小、步长、最大值、最小值、量纲及排序)；定值区切换功能；定值修改功能。(4)后台遥控功能检验按每台测控装置逐一检验：1)各断路器、隔离开关控制功能及图元描述正确性；2)各变压器档位控制功能及图元描述正确性；3)其它对象控制功能及图元描述正确性。(5)保护遥控功能检验按每台保护装置逐一检验各软压板控制功能及图元描述正确性。防误操作功能检验1)根据闭锁逻辑表分别在站级层和间隔层对每个遥控对象在各种状态下的防误闭锁功能进行验证(包括正逻辑、反逻辑、中间态及装置故障态)；2)根据闭锁逻辑表对每个间隔的手动控制设备在各种状态下的防误闭锁功能进行验证(包括正、反逻辑、中间态及装置故障态)，检查机械编码锁的地址设置正确性；3)根据闭锁逻辑表对站级层接地线人工罨位防误闭锁功能进行验证(包括正、反逻辑、中间态及装置故障态)；4)闭锁逻辑操作预演功能测试。6．4．9二次回路检验极性检查在现场安装完毕后，应采用通入直流电流或电压的方式检查互感器极性。6．4．10通信链路检验(1)光纤链路1)检查确认光缆的型号、敷设与设计图纸相符、光纤弯曲曲率半径均大于光纤外直径的20倍、光纤耦合器安装稳固。2)在被测光纤链路一端使用标准光发生器(-q对侧光功率计配套)输入额定功率稳定光束，在接收端使用光功率计接收光束并测得输出功率，确认光功率衰耗满足要求。(2)通信中断告警检查1)检查所有站控层设备与智能电子装置通信中断告警功能；41 万方数据华北电力大学硕士学位论文2)检查所有智能电子装置之问的GOOSE通信告警功能；3)检查所有问隔层装置与合并单元之问的采样值传输通信告警功能。6．4．11传动试验(1)一次设备传动1)从后台逐一控制变电站所有可控一次设备，同时检查后台人机界面和相关保护装置信息的正确性；2)按设计要求与状态监测模拟各一次设备信号与测量量，检查相关信号及设备状态可视化正确性。(2)顺序控制功能传动1)按典型顺序控制功能逐一检验全部顺序控制功能：2)在各种主接线和运行方式下，检验自动生成典型操作流程的功能；3)抽检顺序控制急停功能。(3)远动四遥功能检验1)配合各级调度，检查远动遥信遥测功能2)如支持调度中心远方遥控，还需逐一验证相关一次设备远方遥控和顺序控制正确性。(4)继电保护传动保护整组传动试验按要求执行。配合传动试验检查后台及保护故障信息系统信号及故障信息综合分析功能正确性。6．4。12一次通流加压试验(1)应对电子式电流互感器进行一次通流试验。故障录波器、PMU等相关设备显示值的正确性；(2)应对电子式电压互感器进行一次通压试验。故障录波器、PMU等相关设备显示值的正确性；检查测控、计量、保护、(3)应对电子式电流互感器通入一定的直流分量，验证极性的正确性。6．5待解决的问题目前，智能变电站的设计院设计环节与验收单位缺乏必要的沟通，应召开设计联系会，将甲方的要求提前加以考虑，应将省网公司的最新要求，实施到智能变电站的调试建设工作去。智能变电站的遥信信息量巨大，在对遥信信息进行传动时耗费大量的时问精力，希望能有标准化的设计方案，对不同』一家的设备进行统一的要求。智能站中使用的大量的光纤(尾纤)代替了一直使用的电缆接线，42 万方数据1#北电力大学坝上学位论文随之带来了二次回路检查的问题，如：光纤没用设计回路编号，造成如何检查回路是否正确的问题，在调试过程中难免需要拔插光纤，如何区分出要拔的光纤头，如何保证调试后光纤恢复正确，如何保证反复拔插而不影响光纤的衰耗，不损坏光纤等。43 万方数据华北电力大学硕士学位论文第7章结论与展望如今的发展趋势是智能电网快速蓬勃发展的时期，常规变电站已经日益展露出与坚强智能电网的脱节，而智能电网的重要一环即智能化变电站必定取代常规变电站，但常规变电站存在设备技术落后等问题。当今社会发展迅速，用电需求迅猛增加，常规变电站的问题变的越发突出，因此常规变电站的改造迫在眉睫。为了提高变电站经济效益和社会效益，必须要做好智能化改造工作，并且遵从智能化改造的要求和原则，制定有效可行的方案，掌握智能化改造技术，采取有条不紊的措施，逐步进行智能化改造工作。论文重点主要体现在以下几个方面：(1)介绍了变电站智能化技术在国内外研究发展情况。针对柳树鄯智能变电站的特点，做了智能变电站的一次设备和二次设备的设计(2)采用对比方式，分析了常规变电站和智能化变电站体系结构和两者之问的优缺点以及常规变电站改造原则典型方案。基于IEC61850标准制定了智能变电站的体系结构，采用合并单元及其同步对时方法、保障智能变电站的进行通信。(3)制定了柳树都变电站的投运前调试工作、原则和方案，信息一体化平台及辅助系统，进一步提高电力设备运行的安全性和稳定性，为打造坚强智能电网，为服务电网经济发展做出贡献，并且为后续智能变电站全面推广建设工作积累了宝贵的经验。关于未来的变电站智能化调试技术，变电站智能化改造坚强的基础是优化设备配置，变电站智能化改造的方向是设备信息数字化、结构紧凑化和功能集约化，智能化变电站调试的关键是综合信息分析互动以及协同配合能力。作为衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键，结合智能电网的需求，对变电站进行智能化改造，对变电站自动化技术进行充实，以实现变电站智能化功能作为最终目标。只有确定了未来的智能化改造方向才能确定未来的智能化变电站发展方向，才能实现降低变电站运维成本、优化资源配置、提升运行指标的目标。并通过全网进行数据分层分级的采集，并且进行广域实时信息统一断面采集，实现变电站智能适时输电及对自协调区域进行控制以及保护功能，能够更好地支撑各级电网的有效、安全、稳定的运行和相应的各类高级应用；通过电力调控中心与设备信息和运维策略的全面互动，全面实现基于状态监测的设备全寿命周期的综合优化的有效管理；通过全站各项设备的智能化改造和信息数字化、标准化和实时化进一步拓展变电站自动化系统的各项功能与效力，并最终实现高水平的智能化变电站。 万方数据华北电力大学硕士学位论文参考文献[1】高翔．数字化变电站应用技术[M】．北京：中国电力出版社，2008，1(1)：l一5[2】任雁铭，秦立军，杨奇逊．IEC61850通信协议体系介绍和分析[J]．电力系统自动化，2000，24(8)：62—64[3]朱爽．基于嵌入式双处理器架构的微机保护装置平台研究[D】．华中科技大学，2009[4】殷志良，刘万顺，杨奇逊．基于IEC61850标准的过程总线通信研究与实现[J】．中国电机工程学报，2005，25(s)：54．59[5】任雁铭，操丰梅，秦立军．IEC61850通信协议体系介绍和分析[J]．电力系统自动化，2000，24(s)：45—46．[6】吴在军，胡敏强．基于IEC61850标准的变电站自动化系统研究[J】．电网技术，2003，27(10)：61—65[7】张沛超，高翔．数字化变电站系统结构【J]．电网技术，2006，30(24)：73—77[8】朱大新．数字化变电站综合自动化系统的发展[J】．电工技术杂志，2001，4(2)：20—22[9】ApostolovA，VandiverB．EndtoEndtesting—Whatshouldyouknow?[J】．ProtectiveRelayEngineers，2014，67，Page(s)：125—131[10]HillD．J，BrannonD．D，RuhlandP．R，Werner,J．M．ImprovingsafetywithIEC61850overlongdistance[J]．ElectricalSafetyWorkshop(ESW)，2014，12，Page(s)：l一9[11]任雁铭，+操丰梅．IEC61850新动向和新应用[J]．电力系统自动化，2013，2：1．6[12]ManbachiM，NasriM，ShahabiB，etal．Real．TimeAdaptiveVVO／CVRTopologyUsingMulti-AgentSystemandIEC61850．BasedCommunicationProtocol[J]．SustainableEnergy,2014，5，Page(s)：587—597[13]Huu-DungNgo，Hyo-SikYang，Dong-WookHam，etal．AnimprovedHi曲·availabilitySeamlessRedundancy(HSR)fordependableSubstationAutomationSystem[J】．AdvancedCommunicationTechnology(ICACT)，2014，16，Page(s)：921—927[14]LingW，LiuD，LuYetalIEC61850ModelExpansionTowardDistributedFaultLocalization，Isolation，andSupplyRestoration[J]．PowerDelivery,2014，99，Page(s)：1[15】Chang，Jack，Vincent，Blair,Reynen，etal．ProtectionandcontrolsystemupgradebasedonIEC一61850andPRP【J]．ProtectiveRelayEngineers，2014，67，Page(s)：496一S1745 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万方数据华北电力大学硕士学位论文攻读硕士学位期间发表的论文【1】黄伟，王宇翔．数字化变电站关键技术及发展趋势[J】．华中电力，2013，(7)：275—278【2】黄伟，王宇翔．电力系统的无功功率和电压控制[J】．数字化用户，2013，19(17)：60-6048 万方数据华北电力大学硕士学位论文致谢本次毕业设计论文是在历时将近十个月的时间里，凭借黄伟老师潜心教导和无微不至的关怀才得以完成的。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，从题目的选定到论文提纲的确定及中后期论文的修改，我首先要感谢我的导师黄伟老师。老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，使我获得了的宝贵财富，对老师的感激之情是无法用言语表达的。老师的指导高屋建领，许多建设性的点拨，给予我了很大的帮助。书到用时方恨少，通过这篇论文的写作，我深深感觉到自己的水平还非常的欠缺。老师的讲解丰富多采，才使得我的论文结构一步一步的完善。每一处小小的修改都离不开老师的细心指导。而老师开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够使我感受到了前所未有的精神愉悦。在研究思想方法上得到了许多启发，并在论文写作中使我学会了如何开拓创新、采用新思路、新方法，来解决问题。论文的最终完成，也是一波三折。在不断完善和修改的过程中，也让我更加懂得“一分耕耘才有一分收获”的道理。再次对您表示感谢，师恩伟大，无以回报。感谢曾经帮助我完成研究生学业的老师和同学，在他们的大力支持和热情帮助下顺利完成的学业。最后，再次感谢评议、审阅本论文及参加论文答辩的专家和老师们，谢谢大家149 万方数据华北电力大学硕士学位论文作者简介1981年7月6日出于河北省唐山市路北区。2000年9月考入华北电力大学电气工程及其自动化专业，2004年7月本科毕业。获奖情况：2011年获唐山供电公司2011年度“生产技术能手”称号；2012年获唐山供电公司2012年度“先进共产党员”称号；工作经历：2004年07月到2009年7月在唐山供电公司调度中心继电保护班工作、检修专责、技术员等职；2010年4到2012年8月到唐山供电公司调控中心继电保护班班长等职；2012年9至今，在唐山供电公司变电检修室继电保护及自动化专责工。'