PS6000数字化变电站自动化系统说明书V301D.doc

1 85 国 电 南 自 PS6000 数字化变电站自动化系统 产品简介 3 01D 版 国电南京自动化股份有限公司 GUODIAN NANJING AUTOMATION CO LTD 2 85 PS6000 数字化变电站自动化系统 产品简介 3 01D 版 国电南京自动化股份有限公司 2008 年 12 月 3 85 版本声明 本说明书适用于 PS6000 数字化变电站系统整体介绍说明 本说明书包含数字化技术内容介绍 推荐方案介绍与数字化产品介绍 本说明书适用于 PS6000 数字化变电站系统整体介绍与数字化变电站配置方案介绍 产品说明书版本修改记录表 10 9 8 7 6 5 4 3 2V3 01D 增加网络拓扑介绍 并完善了 V2 02D 版本的一些说明 2008 11 1V2 02D PS6000 数字化变电站系统说明书初稿 2007 05 序号说明书版本号修 改 摘 要软件版本号 修改 日期 技术支持 电话 025 83537220 传真 025 83537201 本说明书可能会被修改 请注意核对实际产品与说明书是否相符 国电南自技术部监制 4 85 目 录 版本声明 1 数字化变电站概述 1 1 1 背景 1 1 2 数字化变电站定义 1 1 3 数字化变电站特点 1 1 4 数字化变电站的优势 2 2 PS 6000 数字化变电站自动化系统简介 4 2 1 系统特点 4 2 2 系统架构 4 2 3 PS6000 典型系统方案 6 2 4 设备简介 11 2 5 系统演示 12 2 6 PS6000 系统典型应用方案 14 2 7 PS6000 主要设备型号列表 21 3 产品说明 22 3 1 PS 6000 自动化系统 监控 22 3 2 PSX 600U 通信服务器 25 3 3 VSCL 61850 配置工具 27 3 4 PSL 600U 系列线路保护装置 27 3 5 PSL 621U 系列高压线路保护测控装置 34 3 6 PSL 630U 断路器保护装置 38 3 7 PSB 681U 母线保护装置 42 3 8 PST 671U 变压器保护装置 46 3 9 PSC 641U 电容器保护测控装置 50 3 10 PSL 641U 线路保护测控装置 54 3 11 PSL 642U 线路保护测控装置 58 3 12 PSP 641U 备用电源自投装置 62 3 13 PST 642U 变压器保护测控装置 66 3 14 PSR 660U 系列综合测控装置 70 3 15 PSIU 600 系列智能终端 74 3 16 PSW 618 智能工业以太网交换机 78 1 85 1 数字化变电站概述 1 1 背景 随着嵌入式系统及通信技术的飞速发展 目前基于 32 位微处理器和以太网通信的变电站自动化系统 已被普遍采用 微机保护和变电站自动化系统的成功运用极大地提高了变电站运行的可靠性 也显著地 减少了原本繁重的操作检修任务 然而 伴随我国经济的快速腾飞 现阶段电力公司仍然面临着人员规模跟不上变电站建设维护要求 的重要矛盾 并且 虽然微机保护极大地简化了继电保护进线 但是继电保护屏柜对外的接线仍然非常 繁杂 到开关场以及屏柜间的连接电缆往往达到数百根之多 根据事故分析统计报告 这些电缆接线方 面的问题占了所有责任事故中的很大部分 当前 嵌入式高速网络通信为变电站的下一步技术变革指明了方向 IEC 制订了变电站网络通信的最 新 IEC 61850 国际标准 在此标准中 不仅运用了最新的网络通信和信息建模技术 而且给出了依靠通 信来传输 TA TV 采样值以及开入开出信息的智能一次设备接口的标准 IEC 将变电站设备依据所处地位 划分为变电站层 间隔层和过程层 3 个层次 并在 IEC 61850 标准中首次将以太网通信引入过程层 整 体描绘出了未来变电站从一次设备 主变 开关 TA TV 等 向上到整个变电站全面数字化的美好蓝图 在采用了网络通信技术以后 数字化变电站将基本取消一二次设备间大量的连接电缆 保护和测控 等间隔层设备依靠网络获取一次电流电压等实时数据 也依靠网络实现间隔间以及和变电站层的信息交 换 光缆取代了电缆 数字代替了模拟 将大幅度简化各类装置结构和外部连接 解决现阶段电缆连接 无法自检等不可靠问题 并能依托更好的信息化和自动化提高效率 预计将在电力系统引发类似于微机 保护替代传统保护的又一次技术变革 1 2 数字化变电站定义 数字化变电站是指信息采集 传输 处理 输出过程完全数字化的变电站 基本特征为设备智能化 通信网络化 运行管理自动化等 1 3 数字化变电站特点 1 3 1 一次设备智能化 采用数字输出的电子式互感器 智能开关 或配智能终端的传统开关 等智能一次设备 一次设备 和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值 状态量 控制命令等信息 1 3 2 二次设备网络化 二次设备间用通信网络交换模拟量 开关量和控制命令等信息 取消控制电缆 1 3 3 统一信息模型和通信协议 所有信息按统一标准建模 并按统一的通信协议标准传输 实现不同设备和不同功能的信息共享 另外 变电站站内信息数字化 标准化 在 IEC 61850 到主站的标准确立以后 调度端将可完全访 问变电站的所有信息 除了传统的实时数据外 调度端还可以直接导入变电站模型乃至主接线图 并能 获得在线监测 设备台帐等运行管理信息 1 3 4 运行管理自动化 整合监控 远动 五防 在线监测等功能 新增自动故障分析系统和程序化控制系统等高级应用功 能 提升自动化水平 减少运行维护的难度和工作量 2 85 1 4 数字化变电站的优势 1 4 1 信息共享降低投资 数字化变电站的所有信息采用统一的信息模型 按统一的通信标准接入变电站通信网络 变电站的 保护 测控 计量 监控 远动 VQC 在线监测等系统均从同一个通信网络接收电流 电压和状态等信 息以及发出控制命令 不需为不同功能建设各自的信息采集 传输和执行系统 减少了软硬件的重复配 置及为此而增加的投资 传统变电站由于各种功能采用的通信标准和信息模型不尽相同 二次设备和一次设备间用电缆传输 模拟信号和电平信号 各种功能需建设各自的信息采集 传输和执行系统 增加了变电站的复杂性和成 本 1 4 2 减少设备更新扩建等成本 变电站的设备间信息交换均按照统一的 IEC 61850 标准通过通信网络完成 变电站在扩充功能和扩 展规模时 只需在通信网络上接入新增符合国际标准的设备 无需改造或更换原有设备 保护用户投资 降低变电站全生命周期成本 数字化变电站的各种功能的采集 计算和执行分布在不同设备实现 变电站在新增功能时 如果原 来的采集和执行设备能满足已能新增功能的需求 可在原有的设备上运行新增功能的软件 不需要硬件 投资 1 4 3 简化二次接线 数字化变电站的一次设备和二次设备间 二次设备之间均采用计算机通信技术 一条信道可传输多 个通道的信息 同时采用网络通信技术 通信线的数量约等于设备数量 因此数字化变电站的二次接线 将大幅度简化 1 4 4 提升采样精度 数字化变电站采用输出数字信号的电子式互感器 电流电压信号只在源头进行唯一的高精度模数转 换 数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差 提升了保 护系统 测量系统和计量系统的系统精度 例如采用 0 2 级的 TA 和 TV 传统变电站由于电缆和电表带来的附加误差 计量系统总误差在 0 7 的水平 而数字变电站计量系统的误差仅由 TA 和 TV 产生 可达到 0 4 的水平 1 4 5 提高信号传输的可靠性 数字化变电站的信号传输均用计算机通信技术实现 通信系统在传输有效信息的同时传输信息校验 码和通道自检信息 一方面杜绝误传信号 另一方面在通信系统故障时可及时告警 数字信号可以用光纤传输 取消了传统 TA TV 的大功率输入回路 从根本上解决抗干扰问题 传统变电站一次设备和二次设备间直接通过电缆传输没有校验信息的信号 当信号出错或电缆断线 短路时都难以发现 而且传输模拟信号难以使用光纤技术 易受干扰 1 4 6 避免传统互感器固有问题 数字化变电站采用电子式互感器 没有传统互感器固有的 TA 断线导致高压危险 TA 饱和影响差动饱 和 CVT 暂态过程影响距离保护 铁磁谐振 绝缘油爆炸 六氟化硫泄漏等问题 同时 由于新技术的采用 电子式互感器将大量节约铁芯 铜线等金属材料 在高电压等级和传统 互感器相比具有明显的经济性 1 4 7 避免电缆连接导致的易发问题 数字化变电站二次设备和一次设备之间使用绝缘的光纤连接 电磁干扰和传输过电压没有影响到二 次设备的途径 而且也没有二次回路两点接地的可能性 由于取消了 TV TA 的 100V 5A 回路 屏柜间除 3 85 了通信线外只需要装置电源连线 彻底避免交直流系统误碰的可能 传统变电站的二次设备与一次设备之间仍然采用电缆进行连接 电缆感应电磁干扰和一次设备传输 过电压可能引起的二次设备运行异常 在二次电缆比较长的情况下由电容耦合的干扰可能造成继电保护 误动作 尽管电力行业的有关规定中要求继电保护二次回路一点接地 但由于二次回路接地点的状态无 法实时检测 二次回路两点接地的情况近期仍时有发生并对继电保护产生不良影响 甚至造成设备误动 作 1 4 8 解决设备间的互操作问题 数字化变电站的所有智能设备均按统一 IEC 61850 标准建立信息模型和通信接口 设备间可实现无 缝连接 IEC 61850 的信息采用完善的自解释机制 在不同设备厂家在由于设备功能差别而进行了各自信 息扩展时也能保证互操作性 传统变电站的不同生产厂家二次设备之间的互操作性问题至今仍然没有得到很好地解决 主要原因 是二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准 为实现不同厂家设备的互连 必须设置大量的规约转 换器 增加了系统复杂度和设计 调试和维护的难度 降低了通信系统的性能 1 4 9 进一步提高自动化水平 数字化变电站的采用智能一次设备 所有功能均可遥控实现 通信系统传输的信息更完整 通信的 可靠性和实时性都大幅度提高 变电站因此可实现更多 更复杂的自动化功能 提高自动化水平 一次 设备 二次设备和通信网络都可具备完善的自检功能 可根据设备的健康状况实现状态检修 在数字化 变电站的基础上 还可以开发出完全实用化的故障自动分析及程序化操作软件 传统变电站由于通信系统传输信息的完整性 实时性和可靠性有限 许多自动化技术只能停留在试 验室里 难以工程应用 4 85 2 PS 6000 数字化变电站自动化系统简介 变电站一次设备智能化 二次设备信息化已成为当今电力系统的技术潮流 为此国电南京自动化股 份有限公司全新设计了 PS6000 数字化变电站自动化系统 该系统采用先进的 IEC 61850 IEC 61970 等 国际标准 二次设备组成了单纯的数字信息处理系统且和一次的能量环节解耦 符合技术演进趋势并在 长时期内保护用户投资 满足可持续发展要求 PS6000 总结了数千套 PS 6000 产品的成功应用经验 始终以电力系统的安全稳定性及继电保护的可 靠性为宗旨 基于先进的计算机软硬件 自动控制 传感器和光纤网络通信技术 充分融合了电子式互 感器 也称为光电式互感器 继电保护 测控 当地监控和远动等主要功能 能够最大限度地满足电力 系统安全 稳定和高效运行的要求 PS6000 提供了数字化变电站完整解决方案 在应用于非智能一次设备的常规变电站时 整体性能也 能获得很大提升 2 1 系统特点 1 1 全面的数字化变电站解决方案全面的数字化变电站解决方案 PS6000 包含电子式互感器 智能终端 专用交换机 高低压继电保护 测控 远动 监控等设备和 各种工具软件包 提供各电压等级数字化变电站解决方案 满足系统集成要求 2 2 采用采用 IECIEC 6185061850 标准 模型 信息 功能一体化配置标准 模型 信息 功能一体化配置 系统采用具有优良的互操作性和开放性 IEC 61850 国际标准 依托建模优势 在信息流的基础上优 化各种功能 如 VQC 一体化五防 程序化控制等 基于统一的 SCL 工具网络化配置 达到模型与功能 的完美组合 3 3 光纤取代电缆 简化接线 提高安全可靠性光纤取代电缆 简化接线 提高安全可靠性 间隔层设备通过光纤与一次设备传输采样值和开关量 间隔间使用以太网 GOOSE 水平通信实现间隔 联闭锁 母差失灵保护 过负荷联切等功能 少量光纤取代大量信号和控制电缆 降低施工成本并大大 改善电磁兼容环境 4 4 跨平台系统设计 最优软硬件配置跨平台系统设计 最优软硬件配置 一套代码适用于 Windows Linux Unix 系统 并可实现混合平台应用 根据用户需求灵活选择软硬 件资源配置 充分优化系统的可靠性 易用性 经济性等各项指标 5 5 并行实时库克隆技术 实现站控层功能整合并行实时库克隆技术 实现站控层功能整合 采用面向应用的并行实时库克隆以及图模库一体化 1 N 冗余等技术 将监控 远动及保护信息管理 系统有机整合 避免信息重复输入 简化工程实施和维护 6 6 不依赖采样同步源 确保继电保护可靠性不依赖采样同步源 确保继电保护可靠性 合并器完成电压和电流同步 输出 IEC 61850 9 1 方便间隔内互联 而跨间隔保护采用 IEC 60044 8 FT3 协议再插值同步 全站继电保护不依赖于集中同步源 不存在同步源丢失导致大范围保护失效的风 险 7 7 间隔独立 双重化保护独立 利于运行维护和检修间隔独立 双重化保护独立 利于运行维护和检修 按照面向间隔的原则合理划分网络和一二次设备 双重化或主备分开的保护独立组屏 屏柜界限清 晰 屏间信号具备软硬件隔离点 方便设备的运行维护和检修 2 2 系统架构 PS6000 的设备按站控层 间隔层和过程层划分 具体如下 5 85 1 站控层 监控系统 含监控 一体化五防 VQC 和保护信息管理等功能 远动通信服务器 2 间隔层 保护装置 测控装置 安全稳定装置 备自投等自动装置 3 过程层 电子式互感器 智能终端 用于开关和变压器智能化 此外还包括 IEC 61850 系统配置器 变电站专用以太网交换机 规约转换器 接入其它厂家非 IEC 61850 装置 等配套的软件和设备 PS6000 的通信系统按 IEC 61850 标准构建 逻辑通信接口如图 2 2 1 B 6 33 7 9 8 6 图 2 2 1 变电站自动化系统功能层和逻辑接口 图 2 2 1 中各逻辑接口定义如下 间隔层和变电站层之间保护数据交换 间隔层与远方保护 不在 IEC 61850 标准范围内 之间保护数据交换 间隔层内数据交换 过程层和间隔层之间 PT 和 CT 瞬时数据交换 尤其是采样 过程层和间隔层之间控制数据交换 间隔和变电站层之间控制数据交换 变电站层与远方工程师办公地数据交换 间隔之间直接数据交换 尤其是像联锁这样快速功能 变电站层内数据交换 变电站 装置 和远方控制中心之间控制数据交换 按此逻辑接口构建实际网络如图 2 2 2 6 85 变电站层设备 间隔层设备 间隔1 间隔层设备 间隔2 间隔层设备 间隔N 互感器 间隔1 开关 间隔1 互感器 间隔2 开关 间隔2 互感器 间隔N 开关 间隔N 100M交换 以太网 100M交换 以太网 100M交换 以太网 母差等跨间隔的 间隔层设备 100M交换 以太网 100M 10M交换 以太网 变电站层设备 间隔层设备 过程层设备 站控间隔层网络 过程层网络 蓝色线 双绞线以太网 黑色线 光纤以太网 各种连线颜色示例 绿色线 光纤 FT3协议 图 2 2 2 PS 6000 组网方式 PS6000 通信网络物理上分为两层 其一为站控间隔层网络 其二为过程层网络 图 2 2 1 中接口 和 工作在站控间隔层网络 接口 和 工作在过程层网络 接口 和 的涉及保护功能的部分 工作在过程层网络 接口 和 的其它部分工作在站控间隔层网络 电子式互感器用点对点光纤向间隔 层设备传输采样值 PS6000 的站控间隔层网络可采用双绞线以太网或光纤以太网 过程层网络采用光纤以太网 推荐采 用简单可靠的星型拓扑结构 站控间隔层网络和传统的自动化系统一样 可通过双网热备用或双网双工 方式冗余提高通信可靠性 而过程层网络则视为继电保护的一部分 需根据保护配置原则进行冗余 在 双网时应采用双网双工无延时切换以满足保护跳闸要求 2 3 PS6000 典型系统方案 2 3 1 220kV 变电站典型系统 在 220KV 变电站典型系统中 是针对 220KV 及其以上电压等级的数字化变电站的典型应用方案 其 中包含了推荐使用的电子式互感器通讯协议 面向间隔的 GOOSE 组网方案以及合并器 智能终端设备的 典型配置情况 220KV 变电站典型系统的系统结构 1 1 电子式互感器 电子式互感器 采用点对点光纤向间隔层设备传输采样值 间隔层设备的采样值来自单个合并器时 采用 IEC61850 9 1 协议 采样值来自多个合并器时 采用传输延时固定 IEC60044 8 的 FT3 协议 母线 PT 合并器用 IEC 60044 8 标准的光纤串行接口 FT3 输出数据给各间隔的合并器 各间隔合 并器根据隔离开关位置进行电压切换和 PT 并列选择电压与本间隔采样数据组合后输出 220kV 的保护双重化 其母线 PT 采集单元和合并器均双重化 2 2 GOOSEGOOSE 组网 组网 间隔层设备间实时性要求较高的信息 如失灵启动 断路器位置等通过过程层网络传输 间隔层设 备间实时性要求不高的信息 如间隔联闭锁信息等通过站控间隔层网络传输 过程层通讯采用按间隔组网方式 过程层通信网按间隔分成若干子网 用母差交换机连接 某个间 隔子网故障时 不影响其它间隔的功能 母差交换机故障时 不影响各间隔内功能 7 85 3 3 智能终端 开关与变压器 智能终端 开关与变压器 通过光纤以太网与间隔层设备传输各种信息 采样值除外 4 4 变压器间隔变压器间隔 变压器保护采用双主双后配置 变压器的中性点 CT 采集器可接入高压侧或低压侧合并器 变压器低压侧智能终端安装于开关柜 并实现电流电压的采集和开关量输入输出 配合主变保护双重化配置 主变各侧合并器均采用双重化配置 智能终端在高压侧采用双重化配置 在中压侧采用单智能终端双网冗余方案 低压侧智能中断因为负责合并器功能 也采用了双重化设计 5 5 低压间隔低压间隔 10kV 或 35kV 的间隔层设备安装在开关柜上 仍采用电缆传输模拟信号的方式实现与互感器和开 关的信息交换 220KV 变电站典型系统的系统结构如图 2 3 1 所示 8 85 打印机 主机兼人机工作站一 打印机 主机兼人机工作站二 打印机 工程师工作站 电力数据网 通信服务柜 省电力数据网 远动 通信服务器1 调度 远动 通信服务器2 GPS装置 线路保护 测控装置 交换机 智能终端 操作箱 110kV线路 分段和 母联间隔 断路器 隔离开关 主变保护测控1 高压侧 断路器隔离开关 至220kV母差交换机1 至220kV母差交换机2 主变保护测控2 至110kV母差交换机 合并单元 CT 线路PT 采集单元 至110kV I母PT合并单元 至110kV II母PT合并单元 电能 表 合并单元2 至220kV I母PT合并单元2 高压侧CT 采集单元2 至220kV II母PT合并单元2 中压侧 断路器隔离开关 交换机1交换机2 至110kV母差交换机 至110kV母差交换机 合并单元1 至110kV II母PT合并单元1 中压侧CT 采集单元1 合并单元2 110kV I母PT合并单元2 中压侧CT 采集单元2 110kV II母PT合并单元2 至110kV I母PT合并单元1 低压侧 断路器隔离开关 低压侧 CT PT 低压侧 CT PT 断路器隔离开关 交换机1交换机2 至220kV母差交换机1 至220kV母差交换机2 合并单元1 至220kV II母PT合并单元1 合并单元2 至220kV I母PT合并单元2 至220kV I母PT合并单元1 至220kV II母PT合并单元2 线路保护 测控1 线路保护 测控2 220kV线路 分段和 母联间隔 主变间隔 CT 线路PT 采集单元1 CT 线路PT 采集单元2 母线失灵 保护1 母差交换机1母差交换机2 至220kV 各间隔交换机1 至220kV 各间隔交换机2 220kV母线和失灵保护 母差交换机 至110kV 各间隔交换机 110kV母线和失灵保护 至220kV母差1 至220kV母差2 至220kV母差2 至110kV母差 电能 表 至220kV各间隔合并单元1 母线失灵 保护2 至220kV各间隔合并单元2 母线失灵 保护 至110kV各间隔合并单元 红色线 控制和信号电缆 蓝色线 双绞线以太网 品红色线 光纤以太网 各种连线颜色示例 绿色线 光纤 FT3协议 至110kV母差 智能 终端 1 智能 终端 2 变压器温度 档位 风扇 非电量 变压器 智能终 端 高压侧CT 采集单元1 合并单元1 至220kV I母PT合并单元1 至220kV II母PT合并单元1 至220kV母差1 智能 终端 1 智能 终端 2 智能 终端 智能 终端 智能 终端 图 2 3 1 220kV 变电站系统图 9 85 2 3 2 110kV 变电站典型系统 本 110KV 变电站典型系统是针对 110kV 桥开关接线的系统结构图 单母线或双母线的 110kV 变电站 可参照 220kV 变电站方案 其中包含了推荐使用的电子式互感器通讯协议 面向间隔的 GOOSE 组网方案 以及合并器 智能终端设备的典型配置情况 1110kV 电压等级的互感器的合并器 开关的智能终端和变压器的智能终端通过同一个光纤以太网 传输与间隔层设备传输采样值和开关量 210kV 或 35kV 的间隔层设备安装在开关柜上 仍采用电缆传输模拟信号的方式实现与互感器 和开关的信息交换 电流互感器可采用模拟输出的电子式互感器或电磁互感器 计量用电流互 感器和电压互感器采用电磁互感器 3变压器保护采用主后分开配置 后备保护集成测控功能 4变压器低压侧智能终端安装于开关柜 实现电流电压的采集和开关量输入输出 供变压器保护 测控用 5110VPT 合并器用 60044 8 标准的光纤串行接口 FT3 输出数据给变压器后备保护对应的合并 器 由其根据隔离开关位置选择电压与桥开关 CT 的采样数据组合后输出 并用插值算法实现同 步 6由于各组需同步采样的电流电压数据均来自同一合并器 不需要设采样同步信号源 10 85 监控计算机 直流屏等 规约转换器 至远方主站 远动通信 服务器 100M 10M交换以太网 进线1断路器 隔离开关 交换机2 合并单元 主变 差动保护 主变后备 保护测控 进线1CT采集单元 桥开关CT采集单元 主变1低压侧CT采集单元 交换机1 合并单元 进线1CT采集单元 桥开关CT采集单元 主变1零序和间隙CT采集单元 合并 单元 进线1PT采集单元 低压智 能终端 主变1低压开关和断路器 主变1低压CT PT 主变智 能终端 主变1非电量保护 档位 主变1温度 风扇 桥开关断路器 隔离开关 电能 表 进线2断路器 隔离开关 交换机2 合并单元 主变 差动保护 主变后备 保护测控 进线2CT采集单元 桥开关CT采集单元 主变2低压侧CT采集单元 交换机1 合并单元 进线2CT采集单元 桥开关CT采集单元 主变2零序和间隙CT采集单元 合并 单元 进线2PT采集单元 低压智 能终端 主变2低压开关和断路器 主变2低压CT PT 主变智 能终端 主变2非电量保护 档位 主变2温度 风扇 电能 表 备自投 红色线 控制和信号电缆蓝色线 双绞线以太网品红色线 光纤以太网 各种连线颜色示例 绿色线 光纤 FT3协议 智能 终端 智能 终端1 智能 终端2 智能 终端 图 2 3 2 110kV 变电站系统图 11 85 2 4 设备简介 2 4 1 站控层设备 PS6000 监控软件和 PSX610 远动通信服务器全面支持 IEC 61850 通信标准 可直接接入符合 IEC 61850 通信标准的各种智能电子设备 IED PS6000 监控软件和 PSX600U 远动通信服务器采用一体化数据库配置方式 生成监控数据库的同时即 可完成对远动通信服务器的数据库 功能及逻辑的配置 提高了系统维护效率 PS6000 监控系统软件采用跨平台技术 可满足不同用户和不同等级厂站的要求 系统可以平滑的运 行于不同硬件平台 服务器 工作站 PC 机 及各种操作系统 Unix Linux Windows 之上 并支持 Oracle Sybase MySQL SQL Server 等主流商用数据库 为用户提供各种最优的软硬件解决方案 同时 保持系统的功能 界面 操作和维护的一致性 PSX643 规约转换器实现 IEC 61850 和其它现有主流变电站通信规约之间的规约转换 使系统可接入 非 IEC 61850 标准的 IED 2 4 2 间隔层设备 2 4 2 1 软硬件平台 间隔层设备的软硬件对数字化变电站的实施非常重要 PS 6000 数字化变电站自动化系统中的 U 系列保护测控装置 采用了 Freescale 公司最新 PowerPC 高性能低功耗通信处理器为主 CPU 并在其上构 建了完全配置化的逻辑图执行引擎和 IEC 61850 数字化变电站软件平台 PS 6000 的保护 测控等各产品 无需修改传统应用积累的核心算法和逻辑 仅通过工具软件少量修改软硬件配置即可实现 GOOSE 开入开 出和采样值输入 确保软件可靠性 数字化变电站取消了间隔层装置上的所有交流及开入开出插件 装置只需要少量的几块 CPU 插件完 成数字化信息处理 因此完全可实现装置硬件统一及各电压等级的保护测控一体化 间隔层装置的 MMI 插件负责人机界面及对站控间隔层网络的通信接口 对下管理若干块数字化 CPU 插件 运行不同的软件 以实现各种保护 测控以及分散录波等功能 2 4 2 2 站控 间隔层通信接口 间隔层设备的站控 间隔层通信接口为 2 3 个 100M 以太网 可选装光纤接口或电口 满足 IEC 61850 对通信带宽的要求 间隔层设备通过该接口与站控层设备交换运行及配置信息 间隔层设备间的间隔联闭锁信息交换也通过该接口用 GOOSE 报文实现 2 4 2 3 过程层通信接口 间隔层设备配置 2 4 个相互独立的 100M 光纤以太网接口用于过程层通信 各通信口分别用于输入 采样值或传输 GOOSE 报文 且主 CPU 双网也可设置为同时支持两种功能 母差 变压器保护等设备另外 配置多个 IEC 60044 8 的 FT3 协议的光纤口 用于跨间隔采样值的同步传输 过程层总线上 GOOSE 报文用于间隔层设备与智能终端之间的信息传输 也用于间隔层设备间如失灵 启动等涉及保护功能的信息传输 GOOSE 用双网时 GOOSE 报文同时在两个网口发送 GOOSE 用双网时 接收的 GOOSE 报文 如果从另 一网口已收到相同 GOOSE 报文序列号的报文 则过滤掉该报文 2 4 2 4 采样值同步 PS6000 过程层的采样值传输方式 不需要各合并器间采样同步 可取消同步信号源 PS6000 的母差保护 变压器保护等跨间隔设备采样值来自多个合并器 用传输延时固定 IEC 12 85 60044 8 的 FT3 协议 通过插值再采样算法同步来自各个合并器的采样值 因此不需要各合并器间采样同 步 线路保护所需的数据来自本间隔 采用 IEC 61850 9 1 点对点光纤以太网传输 由于合并器完成了 电压和电流采样值的同步 保证距离和方向元件无额外的同步要求 但光纤纵差保护需要与对侧同步采 样 保护装置需获取采样的实际时间 不经过交换机的点对点以太网通信传输延时平均值稳定 偶尔有 约 200us 的跳变 经平滑处理后保护装置的同步误差小于 20us 完全满足纵差保护的要求 如果线路一侧为数字化变电站 另一侧为常规站 光纤纵差保护在数字化侧补偿电子式互感器的和 常规互感器的延时差 2 4 3 过程层设备 2 4 3 1 电子式互感器 110kV 及以上电压等级的互感器采用数字输出的电子式互感器 35kV 及 10kV 电压等级的互感器采用小信号模拟输出的电子式互感器 2 4 3 2 智能终端 现阶段尚无高电压等级的智能化断路器 隔离开关和变压器 因此需在这些非智能设备的端子箱内 安装智能终端以实现智能化 智能终端用电缆连接非智能设备的输入 输出 用光纤与控制室内的间隔 层设备交换信息 同一间隔的断路器和隔离刀闸共用一个智能终端 变压器智能终端采集变压器的非电量 中性点刀闸位置 温度和档位等信息 控制变压器的档位 风扇和中性点刀闸 220kV 间隔智能终端和主变各侧开关配置双重化的智能终端 以满足保护双重化要求 智能终端逻辑上是一次设备的一部分 在系统中仍被视为过程层设备 2 5 系统演示 为了演示和研究数字化变电站的关键技术 国电南自在实验室搭建了 PS6000 演示系统 演示系统 包含了典型数字化变电站的三层设备 包括一个 220kV 线路间隔 一个变压器间隔和一个 220kV 母差间 隔 可测试 PS 6000 系统的关键性能指标 为清晰起见 装置及网络未进行双重化 整个系统如图 2 5 1 所示 在不使用升流器加大电流的情况下 微机保护测试仪输出的电流电压量由合并器直接采集 类似传 统保护试验 用微机保护测试仪输出故障电流电压 模拟各类光纤故障 通过监视智能开关的跳合闸及 后台显示情况 可考核整个系统的同步精度 动作正确性 整组动作时间以及异常情况下的告警和闭锁 情况 典型测试内容如下 1 测试光纤纵差保护 变压器保护和母差保护在额定穿越电流下的差流 动作门槛精度和典型故 障时整组动作时间 2 给变压器保护加故障电流 保护动作后故障电流不收回 测试失灵保护动作情况 3 给所有保护加区外故障电流 断开合并器到保护的光纤 保护应无误动情况 4 断开任何一条光纤 保护应告警 13 85 监控计算机 远动 通信服务器1 主变保护 高压侧 合并单元 交换机 中压侧 合并单元 智能 终端 操作回路 交换机 PT合并器 线路间隔 合并器 PSL603U 线路保护 母差交换机 电能 表 母差保护 含失灵 红色线 控制和信号电缆 蓝色线 双绞线以太网 黑色线 光纤以太网 各种连线颜色示例 继电保护测试仪 PSL603U 线路保护 智能 终端 操作回路 智能 终端 操作回路 智能 终端 合并 单元 操作回路 继电保护测试仪 对侧电流 开关量 本侧电流 电压 高电流 开关量 中电流 开关量 开关量 低电流 绿色线 光纤 FT3协议 图 2 5 1 测试系统图 使用升流器产生大电流可验证完整的电子式互感器系统 此时的测试系统如图 2 5 2 所示 主要用 它来考核光纤纵差保护在故障和穿越电流下的动作行为 14 85 监控计算机 远动 通信服务器1 主变保护 高压侧 合并单元 交换机 中压侧 合并单元 智能 终端 操作回路 交换机2 PT合并器 线路间隔 合并器 PSL603U 线路保护 母差交换机 电能 表 母差保护 含失灵 继电保护测试仪 PSL603U 线路保护 智能 终端 操作回路 智能 终端 操作回路 智能 终端 合并 单元 操作回路 继电保护测试仪 对侧电流 开关量 本侧电流 电压 高电流 开关量 中电流 开关量 开关量 低电流 采集头 升流器变压器电源 图 2 5 2 含采集器的测试系统 2 6 PS6000 系统典型应用方案 2 6 1 220kV 双母线接线方案 类似于传统变电站 220kV 线路 变压器及母线均采用主后一体双重化配置方案 针对数字化技术特 点 PS 6000 所设计的方案中遵循如下原则 1互感器满足保护双重化要求 220kV 电子式电流互感器采用完全独立的双保护线圈和双采集器 配合主控室双合并器实现继电保护采样环节双重化 2点对点采样值传输 合并器使用单向多点以太网或串行 FT3 协议发送采样数据至保护 测控 计量等设备 各装置独立处理 3间隔合并器含 PT 切换功能 母线电压采样设置专用 PT 合并器 以 IEC60044 8 FT3 形式输出母 线电压及 PT 刀闸位置信号至间隔合并器 间隔合并器接收 GOOSE 开关量完成电压切换 4GOOSE 组网 采用面向间隔的星形过程层网络方案 按间隔配置交换机并组于保护屏上 220kV 通过双网及双智能终端实现彻底的保护双重化 便于检修和维护 图 2 6 1 给出了 220KV 进线间隔网络示意图 完全独立的合并器以 IEC61850 9 1 的形式输出采样值 至线路保护装置 测控装置 电度表等设备 保护装置和测控装置以 IEC 61850 的 GOOSE 报文的形式通 15 85 过相互独立的网络交换机与智能终端交互 交互信息包括断路器跳合闸控制命令 刀闸位置 断路器状 态等 智能终端双重化配置 对应断路器的双跳圈 间隔层的保护装置 测控装置以双网的形式与后台 及远动交互 从过程层到主控层均实现了冗余 图 2 6 1 220KV 间隔网络示意图 16 85 图 2 6 2 给出 220KV 主变间隔网络拓扑图 各电压等级的过程层网络在主变间隔处有交汇点 主变 交换机通过 VLAN 划分确保各电压等级子网彼此独立 主变各侧操作箱连相应的 VLAN 端口 但变压器保 护测控装置所连接的端口跨多个 VLAN 满足操作各侧开关的要求 另外 各电压等级 VLAN 还和相应电压 的母差公共交换机连接 一方面可以让母差失灵保护跳同电压主变开关 另一方面主变后备保护可以跳 高中低压的母联 220kV 配置双智能终端配合双跳圈实现完全的双重化 主变中低压侧智能终端具有背靠背的双网口连 接两套保护 110KV侧智能终端 35KV侧智能终端 220KV侧智能终端1 主变交换机1 主变保护1测控装置 220KV侧智能终端2 主变交换机2 主变保护2 至母差交换机1至母差交换机2 至110kV GOOSE网 至110kV GOOSE网 至35kV GOOSE网 图 2 6 2 220KV 主变间隔网络示意图 根据这些原则和组网方案 图 2 6 3 给出了设备和保护功能配置 17 85 ECT ECT ECT ECT ECT ECT BCA MU2 母差保护2 计量设备 MU1 母差保护1 EVT EVT 线路保护测控装置2 纵联距离 距离保护 综合重合闸 测控 线路保护测控装置1 纵联差动 距离保护 综合重合闸 测控 220kV双母接线 母差保护1 母差保护2 Y Y 母差保护2 母差保护1 计量设备 故障录波 断路器 智能 终端2 断路器 智能 终端1 GOOSE1 GOOSE2 GOOSE1 GOOSE2 MU3 MU5 MU6 变压器差动1 变压器差动2 变压器差动保护装置2 差动保护 变压器差动保护装置1 差动保护 MU6 MU5 GOOSE1 GOOSE2 中压侧 合并器 1 变压器 智能 终端 GOOSE1 中压侧 合并器 2 断路器 智能 终端4 断路器 智能 终端3 GOOSE1 GOOSE2 断路器保护装置1 充电保护 过流保护 失灵启动 测控 变压器保护测控装置2 复压闭锁过流 零序过流 测控 失灵启动 变压器保护测控装置1 复压闭锁过流 零序过流 测控 失灵启动 GOOSE1 GOOSE2 GOOSE2 GOOSE1 母线差动保护装置1 差动保护 失灵保护 母线差动保护装置2 差动保护 失灵保护 MU1 MU4 计量设备 GOOSE1 GOOSE1 断路器保护装置2 充电保护 过流保护 失灵启动 测控 GOOSE2 GOOSE1 MU7 MU8 故障录波 故障录波 MU3 MU5 MU2 MU4 MU6 GOOSE1 GOOSE2 低压侧 合并器 1 低压侧 合并器 2 断路器保护装置1 三相不一致 充电保护 过流保护 失灵启动 GOOSE1 断路器保护装置2 三相不一致 充电保护 过流保护 失灵启动 GOOSE2 GOOSE2 断路器 智能 终端5 断路器 智能 终端6 GOOSE2 GOOSE1 图 2 6 3 220kV 双母线接线方案 2 6 2 110kV 桥开关接线方案 传统的桥开关接线一般按照主后分开的原则配置变压器保护 PS 6000 数字化变电站自动化系统配 置原则如下 1 主变保护从模拟量采集 保护装置到过程层网络设备均有冗余 同样不存在主保护和后备保护 的集中故障点 18 85 2 过程层采用星形网络 按间隔配置交换机 3 桥两侧各配置一台独立的合并器 差动保护装置接收相应桥合并器 进线合并器 低压侧合并 器采样数据完成差动保护功能 4 各进线电压配置独立的 PT 合并器采样 PT 刀闸位置信号与采样值一起 IEC61850 9 1 形式传输 给间隔合并器 对应于桥接线的设备配置如图 2 6 4 所示 ECT ECT ECT ECT 110kV内桥接线 MU1 ECT MU4 MU3 线路保护测控装置 距离保护 三相一次重合闸 测控 GOOSE2 故障录波 计量设备 线路保护测控装置 距离保护 三相一次重合闸 测控 故障录波 计量设备 备用电源自投装置 充电保护 过流保护 测控 备投逻辑 故障录波 GOOSE2 GOOSE1 GOOSE2 GOOSE1 GOOSE1 断路器 智能 终端1 断路器 智能 终端2 断路器 智能 终端3 GOOSE2 GOOSE1 GOOSE2 GOOSE1 GOOSE2 GOOSE1 YY EVT MU2 EVT MU6 变压器保护测控装置 差动保护 后备保护 测控 MU1 低压侧合并器 GOOSE2 GOOSE1 变压器 器智能 终端1 GOOSE2 GOOSE1 变压器 器智能 终端2 GOOSE2 GOOSE1 变压器差动 变压器差动 变压器差动 变压器差动 MU5 MU5 变压器保护测控装置 差动保护 后备保护 测控 MU3 低压侧合并器 GOOSE2 GOOSE1 MU4 图 2 6 4 110kV 桥开关接线方案 19 85 2 6 3 35KV 单母线分段接线方案 不同于高压场合采用以光信号数字输出的电子式互感器 低压部分一般采用输出为模拟小信号的电 子式互感器 单间隔保护测控装置一般就地安装 就地完成采样及保护测控功能 跨间隔保护测控装置 如主变保护 备自投等可集中组屏 通过前置智能终端完成采样和操作箱等功能 1 保护测控装置实现 PT 并列功能 单母线分段各配置一台 PT 智能终端 就地采集分段电压 PT 刀 闸位置 分段开关位置 以 IEC60044 8 FT3 形式输出至各间隔保护测控装置 由保护测控装置通过软件 完成 PT 并列功能 2 保护测控装置集成合并器功能 具有就地采样模拟小信号功能 并能完成与以 IEC60044 8 FT3 形 式传来的 PT 电压采样数据的插值同步 具有计量功能 能以 IEC61850 9 1 形式传输计量数据给计量设 备 具有与站控层通讯的能力 3 保护测控装置含操作箱功能 具有传统操作控制回路 并能接入过程层 GOOSE 网 4 跨间隔保护测控装置采用前置智能终端实现 智能终端含合并器与操作箱功能 以 IEC60044 8 FT3 形式传输采样给保护测控装置 并以 GOOSE 报文的形式与保护测控装置交互 对应于单母线分段的设备配置如图 2 6 5 所示 20 85 Y Y ECT ECT ECT EVT EVT ECTECT 线路保护 测控装置 PT智能终 端1 PT智能终 端2 线路保护 测控装置 分段保护 测控装置 主变低压侧 智能终端1 主变低压侧 智能终端2 备投装置 主变低后备 保护装置1 主变低后备 保护装置2 备投交换机 主变交换机 1 主变交换机 2 GOOSE1 GOOSE1GOOSE2 GOOSE1 GOOSE2 GOOSE3 GOOSE3 分段位置分段位置 GOOSE2 至计量 至计量 至计量 至计量 至计量 图 2 6 5 35kV 单母线分段接线方案 21 85 2 7 PS6000 主要设备型号列表 PS6000 变电站自动化系统包含的主要设备见表 2 6 1 表表 2 6 1 PS6000 主要设备列表 主要设备列表 类别型号名称备注 监控系统PS 6000 自动化系统集成 VQC 软五防等功能 远动通讯 PSX 600U 远动通信服务器纯嵌入式装置型 规约转换 PSX 643 规约转换器接入非 IEC61850 设备 PSL 601U 线路保护装置220kV 1000kV 方向高频 PSL 602U 线路保护装置220kV 1000kV 距离高频 PSL 603U 线路保护装置220kV 1000kV 光纤差动 PSL 630U 系列断路器保护装置 PSL 621U 线路保护装置 110kV PSL 626U 线路保护装置 66kV PST 671U 变压器保护装置110kV 1000kV PSB 681U 母线保护装置110kV 750kV PSL 640U 系列线路保护测控装置10kV 35kV PSC 640U 系列电容保护测控装置10kV 35kV 继电保护 PST 640U 系列变压器保护测控装置10kV 35kV 测控 PSR 662U 测控装置19 2 英寸 6U 机箱 PSP 642U 备自投装置 SSC 510U 安全稳定紧急控制装置 安全自动装 置 SSE 520U 频率电压紧急控制装置 PSET 6000CV 系列数字式光电混合互感器10kV 1000kV PSET 6000CT 系列数字式光电电流互感器10kV 1000kV 电子式互感 器 PSET 6000VT 系列数字式光电电压互感器10kV 1000kV PSMU 600 系列光电式互感器合并单元 合并器和采 集单元 PSSU 600 系列独立安装的采集单元 智能终端PSIU 600 系列智能终端分相 三相 主变 VSCL 61850 IEC 61850 配置器 其它 PSW 618 系列工业以太网交换机8 24 口 光电可选 22 85 3 产品说明 3 1 PS 6000 自动化系统 监控 3 1 1 系统概述 数字化变电站已成为新一代电力监控系统的发展方向 PS 6000 自动化系统就是国电南自在总结了 数千套电力监控系统成功应用的基础之上 面向数字化变电站当前及未来发展趋势 全新设计的新一代 电网监控自动化系统 系统的设计遵循 IEC61850 IEC61970 国际标准 统一支持数字化变电站的各种应用 集 SCADA 图模 库一体化 程序化控制 拓扑分析 一体化五防 操作票管理 保护信息管理及仿真培训等高级应用于 一体 为各电压等级的数字化变电站提供完整 成熟的解决方案 PS 6000 自动化系统充采用 平台 应用 的分层体系架构 具备强大的跨平台特性 可兼容于各种 硬件平台 服务器 工作站 微机 又可运行于不同操作系统 Windows Linux Unix 全面满足数 字化变电站对运行环境的不同需求 3 1 2 典