基于iec61850标准的苏州东变电站智能化技术方案研究

基于iec61850标准的苏州东变电站智能化技术方案研究

0智能变电站的应用为了促进经济和社会可持续发展，国家能源公司积极推动了智能能源网络的建设。作为智能变电站试点新建项目之一,500kV苏州东(玉山)变电站(简称苏州东站)对变电站智能化技术应用进行了有益的探索。苏州东站按照无人值班设计,采用IEC61850通信标准,实现程序化控制。500kV第1串断路器作为智能化实验间隔,加装了全光纤电子式电流互感器,增加了网络化的二次设备(保护、测控、故障录波、合并单元、智能单元等),按IEC61850-9-2LE标准分层构建,验证全光纤电子式电流互感器的运用和运行,研究数字化采样光纤差动保护装置与常规采样保护装置间采样数据同步的问题,研究成果具有推广意义。1智能技术方案与传统变电站相比,苏州东站基于IEC61850标准的技术方案有明显区别,智能化实验间隔更是实现了过程层通信。1.1自动化装置集成在基于IEC61850通信体系的变电站中,装置功能、装置间的通信、装置与监控后台或远动装置的通信,均严格依赖于智能电子设备(IED)模型的工程化配置。苏州东站本期投运的近200台测控和保护装置来自国内10多个自动化厂家(部分为进口西门子6MD66测控装置),需要统一的配置工具对这些装置进行集成。苏州东站各二次设备厂家提供的IED功能描述(ICD)文件由专用组态软件统一集成,组态完成的变电站配置文件(SCD)提供给监控后台、远动装置、500kV保护子站和220kV保护子站解析,将配置过的IED描述(CID)文件提供给各二次厂家下载到各自设备。测控和保护装置模型严格遵循IEC61850工程应用模型配置规范。1.2站内及站内监控苏州东站计算机监控系统(智能化实验间隔部分除外)按功能可分为变电站层和间隔层。变电站层布置2台主计算机、2台远动装置、1台公用信息管理机和6台制造报文规范(MMS)网交换机。主计算机对变电站一次设备和二次设备进行监视、记录及控制;站内监控系统通过2台远动装置与华东网调、江苏省调、苏州地调通信,并实现程序化控制功能;公用信息管理机作为站内智能设备接入的智能转换终端,与站内直流系统、不间断电源(UPS)等辅助系统通信后接入MMS网。间隔层设备将采集和处理后的信息经MMS网传输到变电站层,间隔层网络采用IEC61850通信标准。测控装置组成双光纤环网后接入各小室MMS网,具有测量、防误、同期检测等功能。500kV和220kV保护子站通过防火墙接入对应小室MMS网交换机,保护装置动作信息通过MMS网传输至保护子站及监控后台。1.3数字监控系统在苏州东站500kV第1串断路器5011和5012的常规互感器旁分别安装三相全光纤电子式电流互感器。智能间隔系统按功能可分为变电站层、间隔层和过程层,如图1所示。间隔层数字化测控装置分别从断路器5011和5012的合并单元中采集电流、电压信号,同时计算线路有功和无功功率。石山5278线两侧各增设一套线路保护,石牌变侧为传统光纤差动保护,苏州东站侧为数字化接口光纤差动保护,直接采集合并单元的数字量。数字化测控装置、保护装置的交流采样部分取消,测控装置、保护装置采用独立网口分别接入MMS网和过程层网络。过程层采用全光纤电子式电流互感器、常规电压互感器以及智能化一次设备(常规开关设备配置智能单元实现智能化)。全光纤电子式电流互感器采样数据通过光缆分别上送到断路器5011和5012的合并单元,合并单元接入过程层网络。按照IEC61850-9-2LE标准的要求,智能间隔需配置时钟同步系统,以满足数据采集同步的要求。时钟同步系统向过程层网络输出IEEE1588对时信号,智能单元、合并单元、测控、保护及故障录波装置均采用IEEE1588接口对时。过程层网络上有通用面向对象变电站事件(GOOSE)、IEEE1588对时、采样值(SAV)报文,GOOSE网、IEEE1588对时网、SAV网三网合一,集成在双冗余网络中。2智能传感技术苏州东站在采用IEC61850通信标准的基础上,实现了一系列智能化技术,如全光纤电子式电流互感器、IEEE1588网络精确时钟同步协议的应用和程序化控制等。2.1电子式传感技术NAE-G系列全光纤电子式电流互感器采用了最新的主流技术,在磁光法拉第效应的基础上综合利用了光纤传感技术和闭环控制技术,克服了Rogowski线圈和磁光玻璃等电子式互感器的缺点,提高了产品的稳定性、可靠性、安全性,可广泛应用于智能变电站中,满足保护、测控、计量及故障录波装置数据采集的需要。苏州东站500kV第1串断路器加装2组全光纤电子式电流互感器,为了不影响变电站原有的土建基础设计,将其安装在常规互感器与断路器之间,通过绝缘子支撑固定在土建支架上,一次连接线穿过全光纤电子式电流互感器的敏感环。2.2设备间通信接口IEC61850标准采用面向对象的建模技术,对一次设备、二次设备统一建模,为变电站定义了统一、标准的信息模型及信息交换模型,以实现变电站信息共享及设备间的互操作。苏州东站采用了不同的IEC61850标准服务实现设备间互操作。例如:间隔层设备创建不少于8个报告实例实现与监控后台、远动装置及保护子站的连接;通过数据集模型、报告控制块模型、定值组控制块模型实现系统数据的信息交互;通过SBOw控制模型实现控制操作;通过GOOSE实现间隔层联闭锁等。工程化配置时进行了具体规定,例如:统一各保护装置、测控装置数据集名称和中文描述;保护装置的硬压板放在保护遥信数据集中;软压板放在保护压板数据集中。基于IEC61850标准统一建模和通信能使变电站运行人员得到更多的共享信息,使得系统运行维护变得方便。苏州东站取消了保护管理机、网关协议转换等装置,减少了监控系统现场调试的工作量。2.35线路光纤差动保护装置采样数据同步智能变电站推进过程中,会不可避免地存在高压线路一侧是智能变电站、另一侧是常规变电站的情况。线路光纤差动保护装置采集不同变电站的电流、电压,而采样数据的同步是差动电流计算的关键。将智能变电站侧保护装置固定为参考端(采样间隔固定),常规站侧保护装置作为同步端随时调整采样间隔,采用乒乓算法实现两侧线路差动保护装置之间的同步,以实现两侧采样数据的同步。2.4ieee148时钟同步系统智能变电站中数据的实时性要求网络时钟的同步必须非常精确。苏州东站智能间隔采用的时钟同步方案是:交换机对于IEEE1588时钟同步系统来说是透明的,记录IEEE1588协议报文进出交换机的时间进行时钟校准,如图2所示。过程层选用支持IEEE1588透明时钟的交换机,从时钟(IED)与主时钟同步后精度可达1μs。不设置单独的对时网,IEEE1588对时网与GOOSE网、SAV网共网,节约了变电站建设的成本。2.5采用已开展性软件的防误锁功能GOOSE替代了传统IED间硬接线的通信方式,为逻辑节点间通信提供了快速高效的方案。GOOSE报文不仅可传输状态信息、模拟量信息,还可传输时间同步信息,在实现网络化连接的同时极大地节省了二次电缆的敷设,降低了变电站建设和维护的成本。GOOSE的一个典型应用是实现防误闭锁功能。苏州东站变电站层、间隔层均具有防误闭锁功能,间隔层测控装置通过GOOSE报文判别其他间隔的刀闸位置状态,从而实现全站防误闭锁。通过专用组态软件,可以完成全站防误逻辑的组态。GOOSE报文还可以实现跳闸信号实时传送。智能单元采集开关位置信息传送到数字化测控、保护装置,数字化测控、保护装置的跳闸命令传送到智能单元,均通过GOOSE报文实现,不同类型的GOOSE报文(保护跳闸命令传送、开关位置信号、一次设备状态信号等)优先级不同。2.6前控制流程控制远动装置上送保护事件、压板状态等到监控中心,监控中心通过远动装置投退保护软压板、切换定值组等。进行程序化控制时,监控系统根据遥测、遥信的变化判断每一步操作是否完成,只有确认该操作完成才进行下一步操作,否则立即停止程序化控制,并给出告警提示。程序化控制的流程如下:①在监控后台生成全部典型操作票,并导入远动装置中;②在监控后台(或监控中心)进行程序化控制时,如“5022开关由运行改为热备用”,远动装置根据“5022运行”信息和“5022热备用”遥控查找到相应操作票,将本操作票传送到监控后台(或监控中心)进行核对,核对正确后监控后台(或监控中心)向远动装置下发控制命令;③当有事故发生,或者操作票中某控制对象防误闭锁时,远动装置会立即中断程序化控制并提示中断原因。2.7自适应的控制器逻辑监控后台检查相关测量值和设备的状态,根据自动电压无功控制(AVQC)可以自动发出投入或切除电容器、电抗器的指令,以实现对电网电压和功率因数的自动调节。AVQC的逻辑功能包括闭锁逻辑(开关量、模拟量)、控制策略、提示信息输出功能、整定及统计功能等。自动调节和控制功能启动或停止,均可以产生操作报告并可打印输出。3全光纤电子式电流传感实测值i1苏州东站计算机监控系统自2010年4月23日成功投运以来,已安全运行4个多月。图3是某日00:00到05:00石山5278线传统电流互感器实测值I1和全光纤电子式电流互感器实测值I2折线图(每5min通过测控装置记录1次)。由于石山5278线常规测控装置和数字化测控装置之间采样未同步,而且数字化测控装置遥测上送门槛值为0.2%,因此,图3只能近似表示传统电流互感器与全光纤电子式电流互感器实测值的差别。从实测值来看,全光纤电子式电流互感器的运行数据令人满意,传统电流互感器的实测电流I1与全光纤电子式电流互感器的实测电流I2之间比较结果如表1所示。4智能化实验间隔监控系统的利用。在夯实为进一步深化苏州东站智能化技术的应用,可增加信息一体化平台,并在此基础上集成智能告警系统、一次设备诊断软件、图模库一体化软件,进而研究IEC61850和IEC61970共享建模技术。智能告警系统从监控系统获取数据,结合故障信息库与故障处理专家系统,对动作信息与故障进行初步判断,并将分析结果上传到智能告警主站。一次设备故障诊断软件综合监测系统各项数据,对可能发生故障的设备进行分析、诊断,并给出故障预警、报警信息。可对智能化实验间隔进行如下改造:500kV第1串断路器出线增加一组全光学电压互感器;全光纤电