（电气工程专业论文）临河西郊数字化变电站的建设方案研究与实践.pdf

k p 以 一 0 华北电力大学工程硕l 专业学位论文 摘要 随着电力企业的发展，数字化变电站数字技术的可靠性、实时性，经济性正在 逐步提高。 数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在 i e c 6 1 8 5 0 通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作 的现代化变电站。 本文从临河西郊数字化变电站的建设方案以及实践过程中存在的问题，结合电 子式互感器、智能终端技术、网络通信技术和i e c6 1 8 5 0 的实施情况，从设备现场 布置、智能终端技术、过程层和间隔层解决方案等方面阐明了现阶段开展数字化变 电站建设的可行性，并提出了运行实践有关规定。 关键词：西郊，数字化变电站建设，实践 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e re n t e r p r i s e ，r e l i a b l e 、e f f e c t i v ea n du s e f u la d v a n t a g e so f t h ed i g i t a lt e c h n o l o g yi nt h ed i g i t a ls u b s t a t i o na r eg r a d u a l l yd e v e l o p i n g t h ed i 西t a ls u b s t a t i o ni sc o n s t r u c t e dw i t hi n t e l l i g e n ta n dn e t w o r ke q u i p m e n t s ，b a s e do n i e c 618 5 0c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d ，i no r d e rt ob u i l dt h em o d e r n i z e ds u b s t a t i o n ，w h i c hc o u l d m a k et h ei n t e l l i g e n te l e c t r i c a le q u i p m e n t ss h a r et h ei n f o r m a t i o n ia n lw r i t i n gt os o l v et h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h es u b s t a t i o n ，c o n s i d e r i n ge l e c t r o n i c t r a n s f o r m e r s 、i n t e l l i g e n tt e r m i n a l s 、n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ep r a c t i c eo f t h ei e c 618 5 0 ；a n di no r d e rt os c e n ef r o mt h ed e v i c el a y o u t ，i n t e l l i g e n tt e r m i n a lt e c h n o l o g y , p r o c e s sl a y e ra n ds p a c i n gl a y e rs o l u t i o ns u c ha sc l a r i f i e da tt h i ss t a g et oc a r r yo u tt h e f e a s i b i l i t yo fd i g i t a ls u b s t a t i o nc o n s t r u c t i o na n dp r o p o s e do p e r a t i n gp r a c t i c er e q u i r e m e n t sa s w e l l w u x i n m e i ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f a i x i n k e yw o r d s ：x i j i a o ，c o n s t r u c t i o no fd i g i t a ls u b s t a t i o n ，p r a c t i c _ f 譬盥o碧 。 厶 华北电力大学工程硕一【：专业学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论l 1 1 选题背景及意义1 1 2 国内外研究动态1 1 3 课题主要研究内容1 第二章临河西郊数字化变电站的建设方案3 2 1 临河西郊数字化变电站工程建设概况3 2 2 临河西郊l1 0 k v 变电站电气主接线形式3 2 3 系统继电保护4 2 3 1 保护配置4 2 3 2 保护通道4 2 3 3 系统通讯和调度4 2 4 主要电气设备选择4 2 5 监控系统4 2 6 防误操作闭锁5 2 7 系统配置5 2 7 1 主要功能5 2 7 2 远方和就地操作、控制5 2 7 3 遥控、遥信量5 2 7 4 遥视系统6 2 8 直流系统6 第三章临河西郊数字化变电站的实施7 3 1 11 0 k v 及以下系统g i s 电子式互感器7 3 2 设备现场布置7 3 2 1 三相电子式互感器现场安装布置7 3 2 2 一相电子式电流互感器现场安装布置8 3 2 3 一相电子式电压互感器现场安装柱置9 3 3 智能终端技术1 0 3 4 过程层解决方案1 0 3 4 1 过程层网络配置方案1 l 3 4 2 智能单元和户外柜1 2 3 4 3 智能汇控柜一1 3 3 5 间隔层解决方案1 3 3 6 互感器对线路差动影响的解决方案1 4 3 7 后台监控系统硬件设备1 4 每 k 一 赡嘻蓐 华北电力大学t 程硕士专业学位论文 3 8 保护信息子站l5 第四章临河西郊数字化变电站的运行管理1 6 4 1 调度范围的划分一1 6 4 1 1 区调管辖的设备1 6 4 1 2 本站管辖的设备一1 6 4 2 一、二次设备停电检修时，对二次回路的操作规定1 6 4 3 主变压器停、送电的操作规定l6 4 4 母线及线路停、送电的操作规定1 7 4 4 1 母线停、送电的操作规定。1 7 4 4 2 线路停、送电的操作规定1 7 4 5 继电保护及自动装置的操作规定。17 4 6 微机监控系统的操作规定1 8 4 7g i s 设备的运行规定1 9 4 7 1g i s 设备的运行规定1 9 4 7 2 巡视检查1 9 4 8 主变压器保护的运行规定2 0 4 8 1p c s 9 7 8 变压器成套保护装置2 0 4 8 2p c s 一2 2 2 变压器智能单元2 4 4 91 1 0 k v 线路保护的运行规定2 5 4 9 1p c s 9 4 1 高压线路成套保护装置2 5 4 9 2p c s 9 4 3 输电线路成套保护装置2 7 4 9 3p c s 一9 6 11 分段保护装置2 8 4 1 0p c s 2 2 1 电子式互感器合并单元2 9 4 1 0 1 应用范围2 9 4 1 0 2 合并单元配置连接3 0 4 1 11 0 k v 线路、站用变、电容器、备用电源自投装置的保护配置一3 0 4 1 2p c s 9 8 21 智能控制装置3l 4 1 2 1 测控装置的作用3 1 4 1 2 2 测控装置的功能配置3 l 第五章结论3 3 参考文献3 5 致 射3 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况3 9 一 曲 华北电力人学工程硕上专业学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 临河西郊变电站由于市区统一规划，将旧站( 综自站) 进行整体搬迁。 本工程的建设是临河区社会经济发展和电网建设事业本身发展的必然要求，具 体表现为下列两方面的需求：一是临河区城市发展的需要。二是临河城区及近郊新 增电力负荷、配网结构完善的需要。 按照国内变电站发展趋势，经过可研分析，将该站建设为数字化变电站。其具 有占地面积少、安全性高、自动化程度高等特点。 拟新建的临河西郊1 l o k v 变电站是巴彦淖尔电业局第一座数字化变电站。变电 站建设2 台5 0 m v a 变压器，容量比为5 0 0 0 0 5 0 0 0 0 k v a ，1 l o k v 出线2 回，1 0 k v 出线2 0 回。 通过对新技术、新产品的应用，对巴彦淖尔电业局第一座数字化变电站的建设、 提高安全运行管理水平具有较强的指导意义。 1 2 国内外研究动态 数字化变电站是由智能化一次设备( 电子式互感器、智能化开关等) 和网络化 二次设备分层( 过程层、间隔层、站控层) 构建，建立在i e c 6 1 8 5 0 通信规范基础 上，能够实现变电站内智能电气设备问信息共享和互操作的现代化变电站。 随着数字化变电站的发展，i e c 6 1 8 5 0 协议的推广，解决了数字化后设备与设备 间的互操作性、互换性的一个统一平台。数字技术的可靠性、实时性，经济性正在 逐步提高。它改变了传统变电站二次设备的组态模式，使用了光电电流互感器，一 次设备在线检测机自诊断技术，使建设完全意义上的数字化变电站已成为可能。 1 3 课题主要研究内容 本文首先介绍了西郊变电站整体建设方案。对西郊数字化变电站建设的工程概 况进行了简介，阐明了西郊变电站迁移新建的必要性；确定了该站一次设备的接线 方式、对主设备进行选型、同时概括介绍了继电保护配置、系统配置等内容。 在西郊数字化变电站方案研究阶段，对智能化的一次设备一一电子式互感器的 结构，电子式互感器的现场安装布置图以及运行试验中的注意事项进行了研究。 l 华北电力大学t 程硕上专业学位论文 数字化变电站与传统变电站相比，主要对过程层和间隔层进行升级。本文研究 了对过程层的解决方案；同时研究解决了间隔层数字化以及互感器对线路差动影响 等问题。 最后，本文对临河西郊数字化变电站运行实践过程中如何进行一次设备倒闸操 作、运行监视、继电保护及自动装置操作、主要设备的保护配置等问题进行了深入 的研究，制定了防止误操作、运行人员如何分析判断异常情况、提高运行管理效率 等运行管理规定内容。 2 。， 藿 艇， 华北电力大学工程硕：上专业学位论文 第二章临河西郊数字化变电站的建设方案 2 1 临河西郊数字化变电站工程建设概况 原临河西郊1 l o k v 变电站位于临河区西南端，是距离临河新区中心最近的电源 点，其供电覆盖区域主要为临河新区。原临河西郊1l o k v 变主变容量为 3 1 5 0 0 + 1 6 0 0 0 k v h ，电压等级为l l o l o k v ；工程设计l o k v 出线间隔1 7 回，已使用 1 7 回。l l o k v 进线电源有两路：一路为1 l o k v 临西线，另一路为l l o k v 陕i 临i 回线， 负荷均来自临河东郊2 2 0 k v 变( 接入巴彦淖尔市2 2 0 k v 供电网架西区) 。近几年来， 虽然经过主变增容量、扩间隔、综自改造等工程，但是仍然满足不了用户的要求。 高峰负荷期，主变一直长时间过负荷运行。同时向新区供电的几条l o k v 线路供电 半径都大于5 公里，部分线路用电高峰时单线最大供电负荷超过5 0 0 0 k w ，处于严重 的不安全、不经济运行状况。 另外结合城市发展规划进一步分析：旧的西郊1 l o k v 变正好位于临河新区巴彦 淖尔市政府大楼中央广场中心景观区内，做为一座传统常规的户外式老站与新型的 现代都市风貌极不协调，现有西郊变电站站址不能满足城市功能要求。旧的西郊变 1 l o k v 电源进线一陕临i 回线和临西线部分区段不规则穿越城市规划区，与实际存在 的现有城市路网以及尚在规划中的城市路网交叉跨越，严重影响城市未来建设。 怎样才能从根本上解决上述问题? 我们的结论是：只有对旧的临河西郊1 1 0 k v 变进行合理的异地改建才能解决上述所反映的问题，才能兼顾新型城市整体功能市 容市貌的要求和新增部分电力负荷接入的需求。 2 2 临河西郊1 1o k v 变电站电气主接线形式 1 l o k v 出线间隔本期2 回，架空出线，其中一回至临河东郊2 2 0 k v 变，另一回 至陕坝1 1 0 k v 变。i l o k v 采用室内三相共箱s f 6 全封闭组合电器。 接线方式：1l o k v 内桥接线，i o k v 采用单母线分段的接线方式，本期两侧分段 间隔全部完善。 二次采用微机保护和综合自动化装置，l o k v 电容器和消弧线圈成套装置置于室 外，其它设备全部置于室内。土建工程按远景规模一次建成。 3 华北电力大学t 程硕l ：专业学位论文 2 3 系统继电保护 2 3 1 保护配置 分相电流差动保护、三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、四段式零 序电流方向保护装置，三相一次重合闸、电压切换箱、三相操作箱及打印机。装置 带有故障录波功能。 2 3 2 保护通道 西郊一陕坝1 l o k v 系统保护通道采用光缆，差动保护采用专用纤芯。 2 3 3 系统通讯和调度 临河西郊1 l o k v 变电站隶属巴彦淖尔电业局，按照调度管理规程规定，由巴彦 淖尔区调实施调度管理。系统通信主通道为光缆，本工程完善光纤电路，即沿l o k v 地埋通道同沟敷设临河新西郊1 l o k v 变至旧西郊1 l o k v 变a d s s 光缆一根，光纤为 1 6 芯单模光纤。 2 4 主要电气设备选择 变压器采用自冷型有载调压、低噪音、低损耗变压器，电压等级1 1 0 1 0 5 k v ， 容量为5 0 0 0 0 k v a ，型号为s z 9 - 5 0 0 0 0 11 0 8 1 2 5 1 0 5 1 k v ，接线组别y n d l l ， 1 1 0 k v 设备采用三相共箱s f 6 全封闭组合设备( g i s ) ，额定电压1 l o k v ，最高工 作电压1 2 6 k v ，额定电流1 2 5 0 a ，最大开断电流4 0 k a ，外绝缘泄露比距3 1 c m k v 。 l o k v 设备选用中置式成套开关柜，型号为：k y n 2 8 a 1 2 型，进线侧选用 v s 卜1 2 3 1 5 0 4 0 k a 型真空断路器，出线侧选用v s 卜1 2 1 2 5 0 4 0 k a 型真空断路器。 l o k v 无功补偿按主变容量1 2 进行补偿，采用框架式成套并联电容器装置，型 号为：t b b s1 0 7 2 0 0 ( 3 6 0 0 + 3 6 0 0 ) k v a r 。 2 5 监控系统 本站按无人值守站设计，全站采用微机监控的综合自动化系统，即将变电站的 二次设备( 包括控制、保护、信号、测量、自动装置、远动终端等) 应用自动控制 技术，微机及网络通信技术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机的软硬 件设备代替人工对变电站执行监控、保护、测量、运行操作管理，信息远传及其协 调的一种自动化系统。 4 华北电力大学t 程硕士专业学位论文 2 6 防误操作闭锁 l o k v 配电装置采用柜内带五防功能的机械闭锁，1 l o k v 屋外配电装置采用微机 防误闭锁操作装置，不单独设模拟屏。要求监控系统软件配置五防闭锁功能。 2 7 系统配置 采用分层分布式结构，上层为系统管理层，由监控汇集单元、当地监控接口等 组成。实现遥测、遥信、遥控、遥调、遥视“五遥 功能，运行管理等功能。下 层为交流数采、监控、保护及保护管理系统，每一单元独立自成一体。设有主变压 器保护单元、1l o k v 、l o k v 线路和电容器保护单元、ll o k v 母线保护、ll o k v 故障录 波器、交流所用电系统、直流系统等其它自动装置。各单元或系统间采用双绞线双 通道传输方式互联，站内通信采用双网结构。 2 7 1 主要功能 数据实时采集：监控终端实时采集模拟量、状态量、脉冲量。 模拟量主要采集：线路、主变压器、电容器组的电流和功率；变压器的上层 油温；直流系统及所用电系统的电压、电流等参数。 变压器本体油位压力释放等位置；各种保护异常或动作状态。 脉冲量采集：由电度表输出脉冲信号，采集后累计或按峰、平、谷时段累计。 一般通过数字通信传递。 2 7 2 远方和就地操作、控制 监控系统的控制端可实现远方控制、操作，同时又在变电站电气二次设备室内设有 后台监控系统，可在控制室进行必要的操作及监视。此外为考虑变电所事故状态的应急 处理，在继电保护柜操作系统出口保留就地控制手段。就地控制作为远方控制的备用手 段，远方控制和就地操作应设置闭锁，即应加装远方、就地切换丌关。 2 7 3 遥控、遥信量 所有1l o k v 及l o k v 断路器的分、合闸操作；所有11o k v 电动隔离开关的分、 合闸操作。所有出线的全电量采集及所有保护动作信号，断路器、隔离丌关的位置 信号，其它自动装置动作信号，烟雾报警动作信号，事故总信号等。 华北电力大学工程硕一卜专业学位论文 2 7 4 遥视系统 本站本期按受控站设计，设置遥视系统1 套，对站内电力设备机械状况和变电 站的环境及安全情况进行远程视频监控。厂家权限全开放的情况下，在任何一级集，f 控站或查询工作站都可以任意选择整个系统中的任何一台摄像机的图像，并对其进 行全方位控制。 2 8 直流系统 变电站自动化系统要求配置安全可靠的直流操作电源，采用单蓄电池组。蓄电 池容量按4 h 事故放电时间考虑取2 0 0 a h 。经计算，选择1 5 0 a h 蓄电池，4 0 a 高频开 关充电模块。蓄电池选用免维护阀控式密闭铅酸蓄电池，1 5 0 a h 、2 v 、1 0 4 只。充电 装置采用高频开关电源模块，以n + i 冗余模式配置。直流系统接线为单母线分段接 线，直流电压2 2 0 v 。直流柜选用智能型控制直流电源柜，运用微机技术对蓄电池、 充电等装置实现智能化实时管理，并设有与通信控制机接口，实现直流系统的“四 遥”功能。 6 华北电力大学丁程硕，l ：专业学位论文 第三章临河西郊数字化变电站的实施 3 11 1o k v 及以下系统gis 电子式互感器 1 l o k v 及以下系统g i s 电子式互感器是三相共箱，即每个罐体可测量三相的电 流电压。 临河西郊使用的1 l o k vg i s 电子式互感器主要由三部分组成： ( 1 ) 一次结构主体，包括互感器罐体、变径法兰、绝缘盆子、一次导体等， 互感器罐体接地，内装三相电流电压传感器等部件。其中变径法兰的主要作用是使 电子式互感器能够适用于不同厂家的g i s ，一次导体固定于绝缘盆子上。 ( 2 ) 一次传感器，l l o k v 及以下系统g i s 电子式电流电压互感器为三相共箱 结构，每相配置一个低功率c t 、一个空芯线圈、一个同轴电容分压器。低功率c t 用于传感测量用电流信号，空：签线圈用于传感保护用电流信号，电容分压器用于传 感电压信号。 ( 3 ) 远端模块，远端模块也称一次转换器。g i s 电子式互感器有两个完全相 同远端模块，两个远端模块互为备用，保证电子式互感器具有较高的可靠性。远端 模块接收并处理三相l p c t 、空芯线圈及电容分压器的输出信号，远端模块输出的 数字信号由光缆传送至合并单元。 3 2 设备现场布置 3 2 1 三相电子式互感器现场安装布置 图1 为一组( 三相) 电子式互感器现场安装布置示意图。光缆接续盒将a 、b 、 c 三相电子式互感器远端模块的输出信号光缆汇总为一根光缆，合并单元置于控制 室。电子式互感器的输出信号由合并单元送给数字化计量及保护装置使用。合并单 元按相应规约接收a 、b 、c 三相电子式电流电压互感器远端模块的输出信号，对三 相电流和电压信号进行同步，并按i e c 6 0 0 4 4 8 或t e c 6 1 8 5 0 9 1 2 的标准协议输出 给计量及保护测控装置。该类互感器应用于西郊1l o k v 变电站1l o k v 线路、母线分 段及主变保护、测控、计量回路。 7 华北电力大学工程硕一t ：专业学位论文 图1 三相电子式互感器现场布置示意图 3 2 2 一相电子式电流互感器现场安装布置 图2 为一相电子式电流互感器现场安装布置示意图，现场安装布置由互感器模 块、传输模块、远端就地采集单元装置p c s 一2 2 0 i 等部分构成，图中： 为电子式电流互感器p c s - 9 2 5 0 - l a c ； 为互感器输出信号用航空端子； 为屏蔽双绞线，将互感器用航空端子的输出信号连接到航空端子； 为波纹管，套在屏蔽双绞线上，起第二层屏蔽和保护作用； 为采集单元装置用航空端子； 为采集单元装置； 为光纤，将数字信号传送给保护装置用。 图2 单相电子式电流互感器现场布置示意图 电子式电流互感器通过航空端子的1 s 1 、1 s 2 引脚输出测量用电流信号，通过 8 华北电力大学工程硕上专业学位论文 航空端子的2 s 1 、2 s 2 引脚输出保护用电流信号，用屏蔽双绞线把两路信号分别送 n - 次信号采集模块。在屏蔽双绞线的外层再用金属波纹管屏蔽一层，这样可起到 双层屏蔽的作用。 接线时应注意：p 1 与1 s 1 、2 s l 为同名端，p 2 与1 s 2 、2 s 2 为同名端；航空端 子和航空端子引脚间连线时的对应关系；屏蔽双绞线屏蔽层和波纹管的金属层 都应可靠接地。 该类互感器应用于西郊1 l o k v 变电站l o k v 出线保护、测控、计量回路。 3 2 3 一相电子式电压互感器现场安装布置 图3 为一相电子式电压互感器现场安装布置示意图，现场安装布置由传感模块、 传输模块、合并单元p c s 一2 2 1 m ( 与母线e v t 配套使用) 或远端就地采集单元装置p c s 一2 2 0 i ( 与线路e v t 配套使用) 等部分构成，图中： 为电子式电压互感器p c s - 9 2 5 0 一l a v ； 为互感器输出信号用航空端子； 为屏蔽双绞线，将互感器用航空端子的输出信号连接到航空端子； 为波纹管，套在屏蔽双绞线上，起第二层屏蔽和保护作用； 为采集单元装置用航空端子； 为采集单元装置； 为光纤，将数字信号传送给保护装置用。 图3 电了式电压互感器现场布置示意图 电子式电压互感器通过航空端子的a 、r l ( 或a 、b ) 引脚输出二次电压信号，用 屏蔽双绞线把二次电压信号送到采集模块。在屏蔽双绞线的外层再用金属波纹管屏 蔽一层，这样可起到双层屏蔽的作用。 接线时应注意：同名端的连接：航空端子和航空端子引脚间连线时的对应 关系；屏蔽双绞线屏蔽层和波纹管的金属层应可靠接地。 9 华北电力人学t 程硕l ：专业学位论文 注意事项： 1 ) 二次短路、超负荷、过电压运行，会使互感器损坏，使用时应正确连接一次 引线和二次输出线。 2 ) p c s - 9 2 5 0 - l a v 一1 0 s l 为接地型电压互感器，其一次绕组的耐压试验，应采用 ( 1 5 0 h z ) “中频 感应耐压试验方法，不得直接施加“工频进行开关柜整体耐压 试验，否则将导致试验时激磁电流过大，从而损伤甚至损坏产品。 该类互感器应用于西郊l l o k v 变电站l o k v 母线电压的保护、测控、计量回路。 3 3 智能终端技术 i e c6 1 8 5 0 是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准，它不仅 规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式t a 、t v 、智能式开关等 一次设备的模型和通信接口。它将变电站通信体系分为3 层：变电站层、间隔层、 过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规 范( m m s ) 、传输控制协议网际协议( t c p i p ) 以太网或光纤网。在间隔层和过程 层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备( i e d ， 测控单元和继电保护) 均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。 3 4 过程层解决方案 数字化变电站和常规站的区别在于：采样方式的不同；g o o s e 的应用；后台 通讯的不同。 与传统变电站相比，数字化变电站主要需对过程层和间隔层设备进行升级，将 一次系统的模拟量和丌关量就地数字化，用光纤代替现有的电缆连接，实现过程层 设备与间隔层设备之间的通信。 对于不同的一次设备结构形式，需关注的问题有所差异，对于g i s ，特别是室 内g i s ，由于其运行环境条件较好，可将保护和控制装置就地安装，故只需解决互 感器和通信标准的问题。图4 给出了g i s 数字化变电站与传统变电站在网络结构 上的区别。 过程层数字化包括：电流电压模拟量的数字化和传输、一次设备状态量的就地 采集和g o o s e 网络传输、保护跳合闸和监控系统遥控命令的网络传输和执行( 含 保护问的配合信号) 。通过过程层信号的数字化、网络化传输将大大减少传统的信 号电缆，降低了电缆的成本、管道面积，解决了信号电缆传输过程中受电磁干扰的 问题，简化了设计，减少了现场施工、调试的工作量。用网络代替电缆，可以通过 网络报文实现信号传输回路的自检，实现传输回路的状态检修，避免了传统电缆回 1 0 华北电力大学工程硕：e 专业学位论文 路接触不可靠时无法自检的缺点，将大大降低变电站的维护工作量和维护成本。但 由于模拟采样数据、保护命令、保护间配合信号的传输对于实时性、可靠性要求非 常高，因此是数字化变电站实施过程中的难点和关键点。 过程层设备包括：电子式互感器实现电流电压模拟量的数字化；合并单元 将电子式互感器的数字信号汇总后分发给保护和测控装置；智能单元采集 一次设备的状态通过g o o s e 网络传输至保护和测控装置，同时接收保护和测控装 置的命令对一次设备进行操作。智能汇控柜实现保护和测控装置的就地安装， 优化一次设备的控制回路。 图4 为g i s 数字化变电站与传统变电站网络结构的对比。 工俸站，工律螭2藏痨端 i 乜缆 母：缀 疆滋 传统变龟雏结构弱日l s 数孝纯变电锗结搀圈 图4g i s 数字化变电站与传统变电站网络结构对比 3 4 1 过程层网络配置方案 ( 1 ) 电流电压采集 电流电压采集采用i e c 6 1 8 5 0 9 1 规定的单向多点光纤以太网，每个合并器可 向多个二次设备发送采样信息。 二次设备往往需要接受若干个合并器输出的数据，应根据需要设计一定数目的 光纤以太网接口。 ( 2 ) 断路器、刀闸等一次设备控制和信息采集 本工程中一次设备除互感器外均选用传统设备，为满足数字化变电站的需要应 配置智能终端，使其具备过程层总线接口。 保护装置应具有与智能终端通信的接口，用光纤和下层智能终端连接。信号传 输应能满足g o o s e 服务的要求，以保证故障跳闸的快速性。 1 1 华北电力火学t 程硕：卜争业学位论文 主变保护装置均应具备多个接口，一个接入g o o s e 网络交换机，一个接收合并 器的二次设备信息；同时主变的每个智能终端均应提供1 个接口，分别与g o o s e 网 络交换机通过光纤连接。 3 4 2 智能单元和户外柜 p c s 一2 2 2 智能单元是连接一次开关设备和二次保护、测控装置的智能化设备， 其作用是采集一次开关设备的状态通过g o o s e 网络传输至保护和测控装置，同时 通过g o o s e 网络接收保护和测控装置的命令对一次开关设备进行操作。智能单元 的功能包括： ( 1 ) 断路器操作功能 接收保护分相跳闸、三跳和重合闸g o o s e 命令、对断路器实施跳合闸、支持 手分、手合硬接点输入 ， 具有分相或三相的跳合闸回路 具有跳合闸电流保持功能 具有跳合闸回路监视功能 具有跳合闸压力监视与闭锁功能 具有断路器防跳功能 ( 2 ) 丌入、开出功能 接收测控遥控分合及联锁g o o s e 命令，完成对断路器和刀闸的分合操作 就地采集断路器、隔刀和地刀位置以及断路器本体的开关量信号 具有保护、测控所需的各种闭锁和状态信号的合成功能 通过g o o s e 网络将各种开关量信息送给保护和测控装置 智能单元的特点： 采用高性能c p u 和d s p 、内部高速总线、智能i o ，硬件和软件均采用模块 化设计，灵活可配置，插件、软件模块通用，易于扩展和维护。 采用全密封、高阻抗、小功耗的进口继电器，减少装置的功耗和发热。 出口继电器经启动d s p 闭锁，有效保证装置动作的可靠性。 配有两个独立的光纤g o o s e 接口，支持实时g o o s e 通讯。 户外安装：智能单元可以单独下放到户外，安装在一次设备旁边，通过光纤 g o o s e 网络与保护小室内的保护和测控装置进行通讯。 1 2 华北电力大学_ t 程硕士专业学位论文 3 4 3 智能汇控柜 智能汇控柜是针对室内g i s 开关，将保护和测控装置的就地安装，并对一次 设备的控制回路进行优化，取消原有的g i s 开关的就地控制柜。智能汇控柜内安 装了p c s 一9 8 2 0 a 智能控制装置、r c s p c s 系列保护装置、还保留了传统的操作按钮。 p c s - 9 8 2 0 a 智能控制装置综合考虑数字化变电站对高压开关设备智能控制的 要求，以计算机技术实现数据采集与分析、远方与就地控制、事件记录、在线检测、 电机控制、联锁等功能。完全按照分布式系统的设计要求，就地安装在间隔单元， 通过以太网与安装在控制室的中心设备相连接，实现全变电站的数字化智能控制。 装置具备针对g i s 断路器的测量、记录、监视、控制功能，取代了传统的专用测 量仪表、告警光字牌等。 3 5 间隔层解决方案 智能化二次设备：适用于数字化变电站的保护和测控装置。与传统装置相比， 主要区别在于这些智能化二次设备配置了能够接收电流电压数字信号的光纤接口、 和( 或) 能够通过g o o s e ( g e n e r i co b j e c to r i e n t e ds u b s t a t i o ne v e n t s 面向通 用对象的变电站事件) 网络交换开关信号的光纤以太网接口，其他功能变化不大。 图5 是il o k vg o o s e ，图6 是l o k vg o o s e 网络图。 图51 1 0 k v g o o s e 1 3 华北电力大学t 程硕1 ：专业学位论文 图61 0 k v g o o s e 3 6 互感器对线路差动影晌的解决方案 由于临河西郊侧采用电子式互感器，陕坝和东郊侧对应出线采用常规互感器。 两种互感器的两个采样回路的路由延时是不一致的。 常规互感器：电流电压经c t 、p t 转换为二次模拟值，再经保护交流插件、a d 采样回路进入保护装置； 电子式互感器：电流电压经电子式互感器、远端模块、合并单元进入保护装置。 当线路一侧是常规互感器，另一侧是电子式互感器。如果不进行任何处理，相当于 两侧采样时刻不一致，必然产生角差，j 下常运行时有差动电流。 解决方案t 通过调整采样时刻，对两侧的采样路由延时差别进行补偿，保证计 算差动电流的两侧电流是同一时刻值。为此增加两个定值：“本侧e c v t 路由延时”、 “对侧e c v t 路由延时”定值。 对于电子式互感器，该定值为电流从电子式互感器经合并单元传送到保护装置 经数字低通滤波的延时。对于常规互感器，该延时为电流从互感器经电缆通过交流 插件、低通插件的延时。 当两侧都使用常规互感器、或两侧都使用同一型号的电子式互感器时，该定值可以 整定为“0 。当- - n 为常规电磁型互感器，另- - n 为电子式互感器；或两侧电子式互 感器型号不一致时，必须根据实际延时整定。 3 7 后台监控系统硬件设备 后台监控系统硬件设备主要包括主机及各类工作站。 主机是站控层数据收集、处理、存储及转发的中心，管理和显示在线运行信息， 实现运行人员对变电站的运行情况进行监视和控制。 1 4 华北电力大学t 程硕十专业学位论文 采用双机冗余配置，双机互为热备用，当一台主机出现故障时，另一台主机可 执行全部功能，实现无缝切换。工作站是站控层的主要人机界面，根据现场要求可 以灵活配置为各类工作站，如操作员工作站、工程师工作站、保护工作站等。操作 员工作站用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数 的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等。通过操作员站，运行值班人员 能够实现全站设备的运行监视和操作控制。工程师工作站供管理人员进行系统维护 用，可完成数据库定义、系统参数配置、报表制作、以及网络维护和系统诊断等工 作。保护工作站在电网正常运行或故障时，采集、处理保护相关信息，并充分利用 这些信息，为继电保护设备的运行和管理服务，为分析、处理电网故障提供技术支 持。 3 8 保护信息子站 r c s - 9 7 9 8 a b 作为保护信息子站负责变电站微机型继电保护装置、录波器和以 及其它自动化装置的接入，以及对其信息进行管理、分析、存储、查询、一二次设 备信息的建模、当地操作功能的实现、以及信息的多路传输。其主要功能： 分布式规约转换功能，可以通过不同的板卡接入各种保护装置、录波器等智能 化设备； 保护信息的分析和管理功能，不同定值区的定值管理、不同c p u 的定值的管 理、定值的比对、定值从保护召唤还是从子站召唤的选择、波形的分析、保护动作 信息的关联、录波器波形的过路召唤和子站召唤功能的支持、事件信息和操作信息 的存储检索； 系统的建模功能，一次设备的建模型、一次和二次设备关系建模型、二次设备 的信息建模； 安全性：不会受到非法入侵或病毒感染由于采用实时多任务系统v x w o r k s ，防 止非法入侵，病毒传输一般在同类系统问传输，v x w o r k s 系统与n t 之类系统不是 一类系统，因此杜绝病毒的传输渠道；不同的板卡连接不同规约，从物理上对数据 进行隔离，互不影响；完备的双机机制保证数据的安全可靠； 可靠性：r c s - 9 7 9 8 可提供可靠的双机功能；r c s - 9 7 9 8 采用实时多任务系统 v x w o r k s ，比n t 系统减少了很多不必要的模块功能，系统更加精简，也更稳定可 靠；强大的规约转换及装置接入能力。 华北电力大学工程硕：i 二专业学位论文 第四章临河西郊数字化变电站的运行管理 4 1 调度范围的划分 4 1 1 区调管辖的设备 1 号、2 号主变，主变两侧断路器、隔离开关及相应保护；l l o k vi 、i i 段母线、 各进出线断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器及相应保护及自动装置( 包 括故障录波器) ，通信装置、远动及自动化装置；l o k vi 、i i 段母线、各进出线断 路器、隔离开关、消弧变、电容器、电压互感器、电流互感器及相应保护及自动装 置：1 号、2 号主变有载调压及自动装置、通信装置、远动及自动化装置、计量装 置。 4 1 2 本站管辖的设备 l o k v 站用变9 6 1 及站用电系统、交流不问断电源系统、站内防误闭锁装置、空 调、供水系统，全站火灾报警系统。 4 2 一、二次设备停电检修时，对二次回路的操作规定 1 ) 当某一回路一、二次设备同时有工作时，应将该回路的操作电源、储能电源及 本回路直接作用于断路器跳、合闸的压板全部断开。 2 ) 当某一回路仅断路器工作，而保护回路没有工作时，应断开该回路的操作和储 能电源或交流电源，并且断丌保护跳该回路断路器的压板。 3 ) 当某一回路停电仅保护回路有工作而断路器没有工作时，则仅断开该回路保护 作用于本回路的跳闸压板，操作及储能电源均不断开。 4 ) 当主变压器停电检修，保护回路、断路器回路同时有工作时，须断开主变压器 跳各侧断路器的压板及断路器操作电源，如果仅断路器回路有工作时，只需断丌断 路器操作电源。 4 3 主变压器停、送电的操作规定 1 ) 变压器停送电时，应先合上中性点接地刀闸，再合上主变高压侧隔离丌关，然 后才能合上l l o k v 侧断路器，待检查变压器声音正常后，再合上l o k v 侧断路器， 1 6 华北电力大学丁程硕一 ：专业学位论文 停电时与此相反。操作完毕后中性点接地刀闸位置按调度指令执行。禁止用主变高 压侧隔离开关直接给主变送电。 2 ) 主变压器并、解列操作不得用隔离开关进行。 3 ) 主变有载调压装置的调整原则：系统电压不能满足要求时，汇报值班调度员， 待值班调度员下令后，进行调整。 4 ) 新投或大修的变压器，合环前要进行相位校核。 4 4 母线及线路停、送电的操作规定 4 4 1 母线停、送电的操作规定 1 ) 电子式互感器合并单元都具有电压并列功能，当需要电压并列时，通过母联( 分 段) 开关位置判别和就地切换把手位置，可实现电压并列。 2 ) 在合母线侧接地刀闸之前，必须检查该母线上的所有隔离开关均在断丌位置。 4 4 2 线路停、送电的操作规定 1 )1 l o k v 、l o k v 各线路停送电操作应严格按“安规规定( 即停电时：断路器、 负荷侧隔离开关、电源侧隔离开关，送电与此相反) 的顺序进行，严禁带负荷拉、 合隔离开关。 2 ) 在合上线路侧接地刀闸操作时，必须先确认线路三相带电显示装置灯灭。 3 ) 新建、扩建、改建或大修后的线路合环前应校对相位，合坏后应核对保护极性。 4 5 继电保护及自动装置的操作规定 1 ) 设备不允许无保护运行。设备送电前，继电保护及自动装置齐全，整定值应按 继电保护定值单整定正确，且传动良好，压板在规定位置。倒闸操作中或设备停电 后，如无特殊要求，一般不必操作保护或将保护压板停用；但操作后涉及其它保护 误动的，则应先将可能误动的保护停用。 2 ) 继电保护及自动装置投入时，应先投交流电源，后投直流电源，检查装置工作 正常后，测量跳闸出口压板两端对地电压j 下常时再投入跳闸出口压板；投入直流电 源时，应先投负极，后投正极，停时相反，以防止寄生回路造成误动作。操作压板 时，应防止压板触碰外壳，造成保护保护装置误动。 3 ) 电气设备送电前( 合上隔离开关前) ，应将所有保护投入运行( 受一次设备运行 方式影响的除外) ，电气设备停电后( 合上接地刀闸后) ，才能将有关保护停用。 4 ) 线路两端的差动保护应同时投入或退出，不能只投、退一侧差动保护，以免造 1 7 华北电力人学t 程硕：i = 专业学位论文 成保护误动作。差动保护故障时，应立即汇报调度申请退出相应差动保护压板。 5 ) 正常停用微机保护时，运行人员一般不停整套保护装置的交、直流电源，以免 保护装置在上电过程中出现异常。 6 ) 微机保护硬压板的投退由运行人员根据调度命令进行，微机保护软压板操作应 由专业人员办理工作票后进行。 7 ) 更改继电保