智能数字化变电站设计方案

智能数字化变电站设计方案数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。一、目前35kV变电站的状况1、35kV普通变电站的规划方案35kV变电站的应用范围主要是农村电网和工矿厂区,原因是随着城网110kV线路环网的改造完成，以及城市电网负荷密度的加大，35kV变电站的辐射范围和供电能力不适合城市电网的发展。由于农网和工矿厂区的负荷主要表现为分散性大或者负荷小，因此从长远发展和经济容量方面综合考虑，一般35kV变电所配置均在3150kVA～8000kVA，最大容量以不超过10000kVA到12000kVA。35kV变电站系统通常为从可靠性及运行灵活性考虑，采用两台主变互为备用。35kV主回路通常采用单母线带分段的一次方案；10kV出线路数通常为10路以下，10kV主回路一般为单母带分段结构，也有少数双母带分段结构。如下图所示，因此35kV变电站的建站规模小，容量小，结构简单，进而投资也比较少。2、目前国内35kV数字化变电站的主要模式数字化变电站自动化系统的特点主要是：变电站系统结构在物理上实现一次设备的智能化和二次设备的网络化；在逻辑结构上可分为三个层次，即“过程层”、“间隔层”、“站控层”。35kV变电站在数字化升级中，为了能够实现智能化和经济效益的升级，引进了多种设计思路，主要有以下二种。方案一，根据IEC61850的要求，变电站自动化系统在站控层和间隔层真正实现网络化，通过统一通讯标准，实现不同厂家智能装置之间的互通和互操作；而过程层采用常规设备，采用常规的点对点联结方式，通过导线连接常规互感器和断路器等一次设备；网络架构采用单总线或冗余总线型式。间隔层的测控保护装置采用MMS协议与监控后台、远动工作站通信；间隔层装置通过GOOSE实现信息交互。由于35kV变电站目前没有智能一次设备，本方案在站控层和间隔层实现网络共享，改进优化了变电站的通讯构架，因此有利于对现有的常规变电站系统进行升级改进。该方案在目前35kV变电站中应用最广，主要应用在旧站改造。相对于常规的变电站综合自动化系统，本方案实现了不同厂家的站控层和间隔层设备互联，但由于信息只在间隔层和站控层中共享，一次设备信息没有实现智能化，本质上就是实现了变电站二次设备的数字化。方案二，在目前现有的一次设备情况下，选用数字式互感器和常规断路器，通过在一次设备本体附加模拟量输入合并单元和智能控制单元，完成过程层设备的数字化和智能化；间隔层、过程层间完全通过数字化连接，取消了大量点对点硬接线连接；本方案较方案一实现了全站的光纤化、数字化。本方案的优点是：升级方便，在协议不改变的前提下，更换数字化的智能设备即可实现功能的升级，过程层更改少，更不必更改间隔层和站控层；变电站数字化水平较高。但缺点是由于没有真正的智能化一次设备，仅仅实现数字化，另外，由于没有像110KV以上系统中设置对整层设备的汇总处理装置，本质上说就是方案一数字化的前提下又升级到信息化，但是许多功能如小电流选线、防越级跳闸等智能功能就没了实现的硬件基础，智能化仍然没有实现。由于本方案相当于增加了一个过程层的设备，增加了投资，但功能却没有明显的提高，因此本方案的依然难以推广。3、新型集中式数字化智能综合保护为核心的数字化变电站设计方案本方案是在方案二信息化的基础上，通过对信息的集中处理，实现了原先独立的保护控制单元无法实现的分布和集成式应用，从而实现了智能化。随着计算机硬件和软件技术的快速发展，独立装置具有的处理能力已经完全有能力对整个变电站的信息进行系统的处理，尤其是针对35kV以下的变电站相对简单的系统，集成式数字化智能综合保护装置完全有能力实现整个间隔层的功能。“以功能服务为承载、以构建信息模型为手段、以规范数据通信为途径，这些内涵使得IEC61850标准不再是简单的通信协议，更多的是系统的自动化功能建模方法，它为变电站信息一体化建设提供了标准。”本方案采取双冗余的配置方式，数据采集系统、控制单元、光纤以太网以及集成式数字化智能综合保护装置均采用双系统模式，互相校验，互为热备用。本方案的结构精简但功能强大，主要是：过程层选用合并单元（MU）和智能控制单元（IU）集成为一体的就地智能化装置，由于35kV变电站均为开关柜结构，断路器和互感器等一次设备距离较近，为便于接线选用一体式就地智能化装置可以减少接线数量，同时节省投资。间隔层采用集中式数字化智能综合保护装置，处理所有过程层光纤上传的信息，设置一主一备两台保护，两台通讯网络交换机，充分保证集中式数字化智能综合保护装置的可靠性，集中式综合保护装置需要实现以前多台智能电子装置实现的功能，包括接入更多的交流量，完成更多的计算，因此需要有更快的运算能力、高可靠的硬件结构和丰富的网络资源，并基于此可以实现许多单台间隔层智能单元无法实现的功能，完成了变电站的面向对象的建模，实现了智能化。站控层连接比较简单，从单台集中式数字化智能综合保护装置上通讯，另外来接其他智能设备，与方案一、二相同。集中式数字化智能综合保护具有以下特点：1、集中式数字化智能综合保护采用多CPU构架，性能大幅度提升，并且接线连接简单，系统集成度高，因此变电站自动化整体可靠性将明显提高。2、“不同间隔间信息的集成，能够利用相邻元件间冗余广域信息提高保护性能，保证整个系统的安全稳定运行。”如可以实现小电流接地选线、低周低压减载、站域优化控制、站域系统保护等3、“灵活快捷的内部数据交换与共享增加了装置的智能性、自适应性，大幅度减少了网络流量。”4、集成保护方案也是一种间隔内的信息集成和硬件集成，突破了间隔的限制，简化硬件结构，降低建设投资成本，减少了现场运行维护工作量和难度。5、替代了一个间隔层的设备，成本得到大幅度下降，有利于35kV数字化变电站在工矿和农网中推广。过程层设备采用合并单元、智能终端、一二次设备状态监测一体化的智能装置实现，直接安装在高压柜面板上。过程层网络的采样值采用DL/T860.92（IEC61850-9-2）通讯标准，状态量采集与控制采用DL/T860.81的GOOSE服务，采样值和GOOSE报文合并组网，通讯介质采用光缆，接口方式采用1310nm的ST方式。过程层网络双网冗余配置增加系统的可靠性。过程层设备配置原则。每个断路器配置一台智能设备，每台变压器配置一台本体智能设备完成变压器温度、档位采集与控制、变压器本体保护等功能，本体采用继电器重动方式，与各侧开关连接采用电缆方式。间隔层保护测控功能在1台站域保护控制主机内完成，为提高可靠性，采用双机冗余配置，在完成间隔保护测控的同时完成基于跨间隔的站域功能实现，如小电流接地选线、低周低压减载、站域优化控制、站域系统保护等。站域保护控制主机与过程层设备接口采用“直采直跳”方式，与站控层设备采用DL/T860.81的MMS服务实现数据交互。全站对时采用GPS或北斗作为时钟源，配置1台对时服务器，对时误差不超过1ms，采用IRIG-B信号实现站内间隔层、过程层设备的对时与同步控制，采用SNTP实现与站控层设备对时，装置支持采用DL/T860.81的MMS服务实现与站控层设备信息交互。配置1台通讯管理装置实现与调度的数据交换和本地数据的采集，完成通信管理机和远动服务器的功能，支持4路以太网、10路RS232/485的物理接口，规约支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、部颁CDT等主流调度规约，同时具有Modbus（主）、IEC60870-5-103等本地设备接口实现站内直流屏等非DL/T860