IEC61850技术上的35KV七甸变电站数字化改造方案分析与研究

1、基于IEC61850技术上的35KV七甸变电站数字化改造方案分析与研究摘要：为了实现变电站继电保护、测控、录波、备自投、接地选线等二次系统功能的整合，实现过程层总线和站控层的总线数据共享、统一配置全站保护和监控功能。本文在iec61850技术的基础上提出了几种数字化变电站建设方案，并对其进行了分析和研究，旨在对云南七甸35kv变电站进行数字化改造工程项目上提供一种技术参考；为实现智能电网的自动化、互动化和信息化进行积极的探索和有益的尝试 。关键词：iec61850；数字化；变电站；0引言虽然目前变电站自动化技术的发展已经达到了一定水平，但在局部还存在着各种各样的局限性，一次电气设备和二次装置之

2、间的信息交互还是依靠强电控制、模拟信号传送和硬接点输入，开关厂一次电气设备和二次装置之间需要敷设大量的二次电缆，无论电力设计、电建施工还是运行维护，都存在很大的工作量。一次电气设备模拟信号和状态信号的数字化处理还是依靠二次装置来完成，这样就无法做到一次电气设备和二次装置的电气隔离。现有的二次智能装置（无论是测控装置还是保护装置）支持不同的、各种各样的通信协议和传输介质，致使变电站内智能装置的互操作性成为一个严峻的问题，于是各种规约转换技术问世，增加了变电站内的调试和运行维护的工作量1，也为系统的稳定运行埋下隐患。目前电网已经发展到智能电网阶段，技术要求越来越高高，要求实现自动化，信息化，和互动

3、化。传统变电站已经不能满足电网发展的要求，唯有通过现代科学技术手段，即数字化技术的充分应用才能满足发展的需要。电子式互感器、全数字式保护测控装置、计算机高速网络技术日趋成熟，以及iec61850标准的实施颁布，使得数字化变电站的工程实现成为可能，进而使传统变电站中存在的诸多问题得到根本解决2，从而满足智能电网发展的需要。因此 ，对数字化变电站的研究、建设和推广是进一步推进电网技术水平发展的重点。数字化变电站概述数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备基于iec 61850标准，按照过程层、间隔层、站控层三层结构体系分层构建，以通信网络代替二次电缆，并实现智能设备间信息共享和互操作的变电站

4、3。随着iec 61850变电站通信标准体系的颁布实施、电子式互感器技术的推广应用、信息的光纤网络化传输、以及智能断路器技术的发展，数字化变电站已经具备了推广应用的基础。1.1 数字化变电站技术特点数字化变电站采用低功率、紧凑型的新型电流电压互感器代替常规ct和pt，利用高速光纤以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现了基于iec 61850标准的统一信息建模，并采用了智能断路器控制等先进技术。与传统变电站相比具有以下突出特点：(1)数据采集实现了数字化采用电子式互感器，结构紧凑，无铁磁谐振与磁饱和问题，采样数据数字量输出。(2)设备操作实现了智能化采用智能化一次设备，设备信息通过光纤网络交互

5、，实现了对一次设备的智能化控制。(3)信息交互实现了网络化取消了控制电缆，二次设备间通过光纤网络交换采样数据、运行状态和控制命令等信息。(4)设备检修实现了状态化可以在线监测一、二次设备的健康状况，从而判断设备是否需要检修或者检修的最佳时间，大大提高了检修效率，减少了设备停运次数，降低了检修成本，提高了经济效益。(5)运行管理自动化采用自动故障分析系统、设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统，提升了运行管理自动化水平，大大简化了运行维护。（a）传统变电站 (b)数字化变电站图1 传统/数字化变电站结构对比示意图1.2 社会经济效益数字化变电站技术符合国家的产业发展政策。它通过技术创新

6、进一步减少了二次电缆和占地面积，避免了二次设备数据重复采集，减少了安全隐患，大幅度缩短施工周期，显著降低了系统生命周期成本，为智能电网的实现创造了条件，具有重大的社会经济效益。2 数字化变电站实现模式数字化变电站的实施是一个循序渐进的过程，当前典型的的数字化变电站方案有以下三种：方案一：仅站控层遵循 iec 61850标准的不完全数字化变电站，如图2所示。方案二：在继承方案一基础上，采用了智能一次设备（或智能单元），但仍然使用常规ct/pt的不完全数字化变电站，如图3所示。方案三：在继承方案二基础上，遵循iec61850标准，采用数字化ct/pt、智能一次设备的完全型数字化变电站，如图4所示。

7、2.1 仅站控层遵循iec 61850标准的不完全数字化变电站如图2所示，在本方案中，一次设备仍然采用传统的互感器和开关，仅二次保护装置和监控系统遵循iec 61850标准。本方案由于不涉及到过程层的实现，因此实施技术难度相对较小，它既可以应用在新站设计，也可以应用于老站改造。图2仅站控层采用iec61850标准的不完全数字化变电站。2.2 遵循iec 61850标准，采用传统互感器和智能一次开关的不完全数字化变电站如图3所示，在方案一基础上，一次设备仍采用传统互感器，但断路器采用智能断路器，或常规断路器通过智能单元转换为符合iec 61850标准的智能设备。在本方案中，过程层网络仅通过goo

8、se报文实现了开关信息的采集和控制。它在iec 61850的实现上比图2所示的方案又前进了一步。图2仅站控层遵循 iec 61850标准的不完全数字化变电站图3遵循iec61850标准，采用常规互感器的不完全数字化变电站2.3 遵循iec 61850标准，采用电子式互感器和智能一次设备的全数字化变电站如图4所示，在方案二基础上，一次设备采用电子式互感器和智能开关（或常规断路器+智能单元）并基于iec 61850标准，这样整个变电站自动化系统（一次设备、二次保护装置和监控系统）均遵循iec61850标准。本方案实现了iec 61850标准所倡导的三层设备、二层网络（网络技术发展到一定程度后可以考

9、虑过程层网络和站级网络的合并）结构，能够彻底地实现设备间信息共享和互操作。它是今后数字化变电站的发展方向。如无特别说明，下文所讨论的数字化变电站均指的是本方案，即全数字化变电站方案。图4 全数字化变电站3.工程实例分析通过对云南七甸35kv变电站进行数字化改造工程项目的深入研究以及上一章节对数字化变电站三种构架的分析，在充分了解了35kv七甸变电站的情况后，主要从一次设备和二次设备的改造两方面提出如下方案。3.1一次设备改造方案在本次35kv七甸数字化改造项目中，一次设备主要如互感器方面采用的是无铁心的电子式互感器，可以节约大量的有色金属和黑金属，主变方面采用就地数字化方式，其方案对比如图5所

10、示图5 一次设备改造方案对比图通过分析提供的以上三种改造方案后，可知方案一比较适合，其施工工程量小，设备先进，智能化程度高，运行安全、可靠性高，一次性总投资费用高。后续运行缺陷率低，维护费用低，还可大幅降低因故障、缺陷导致的停电损失。3.2二次设备改造方案针对二次设备的改造提出如下两种方案：(1)采用了站域一体化集中式保护测控装置，集成度高，技术上具有有前瞻性，但这种方式实现保护的可靠性和速动性有待验证。为了保证全站保护功能的可靠性及速动性，另外配置了按间隔配置的分布式保护。(2) 采用35kv及以下电压等级的保护测控一体化装置集成方式，既考虑了保护的速动性/可靠性，又将二次设备的集成度放到了

11、适宜的水平，在不损失保护性能的前提下减少了二次设备的数量，降低了建设成本。通过对比得出方案一既具有前瞻性的技术验证研究，又兼顾了全站保护的可靠性。综合考虑技术前瞻性和可靠性，推荐方案一为本站的改造方案。4 结论通过提供的一次与二次设备改造方案，35kv七甸变电站运用本次方案进行改造后，二次设备呈现出，小型化、网络化、信息化的特点，光纤网络替代了常规的控制电缆回路，相对常规站取消了二次设备室下的电缆夹层，由于控制电缆的减少，二次电缆沟界面由常规站的2条减少到一条，减少了大量电缆的敷设，二次光纤一次完成，简化了设备的安装和调试过程；运行维护简单，较常规站而言缩短工程周期30多天，促进该变电站提前投产送电。参考文献1 刘