數字化變電站的設計

目前，傳統的能源自動系統缺乏統一的系統標準。應用的iec60170-5-103只是一個傳輸協議。對能源系統模型和二次功能模型的描述不足，系統應用和通信技術沒有分層處理。該應用受到通信技術的限制，沒有達到一致性測試標準。因此，作為一個統一的信息平臺，103規則并不理想。該類型變電站系統一、二次設備間采用電纜連接,所帶來的投資大、抗干擾能力差、設計施工維修復雜。數字變電站可以解決傳統綜合自動化變電站存在的問題。但現在常規的數字化變電站在過程層網絡采用的是IEC61850-9-1標準或是IEC60044-8協議,從某種意義上講,只是把電纜改成了光纜,并未真正實現過程層網絡的簡化。采用IEC61850-9-2標準,過程層與間隔層走同一網絡,采集網與GOOSE網合一,過程層網絡采用一個網絡,取消全部傳統設計上的控制電纜和采集電纜,實現真正意義上的數字化變電站。一、網絡結構及功能系統結構見圖1:全站二次設備按IEC61850標準配置,按分層分布式來實現整站數字化,實現變電站內智能電氣設備間的信息共享和互操作性。根據IEC61850標準,整站的網絡架構從整體上分為三層:站控層、間隔層和過程層。網絡結構分為兩層:站控層與間隔層網絡、間隔層與過程層網絡。站控層與間隔層網絡為雙以太網,實現站控層設備之間信息交換、站控層與間隔層設備之間信息交換、間隔層設備之間聯閉鎖信息交換。間隔層與過程層網絡實現間隔層與智能終端之間信息交換、間隔層從合并器采集信息、間隔層設備之間涉及跨間隔保護或閉鎖功能的信息交換。過程層網絡采用交換式以太網組網方式,但由于過程層與間隔層之間交換的數據量大,信息種類多,實時性要求高,過程層網絡采用VLAN技術組網。GOOSE機制的遙信采集、遙控操作以及保護跳閘等單獨劃入1個VLAN。二、主要功能特點1.優化網絡結構一般數字化變電站的過程層采樣網與GOOSE網是分開組網的,這樣帶來的問題是網絡結構復雜,信息流得不到有效的優化;本方案實現過程層網絡采用IEC61850-9-2標準傳輸采樣值,采樣網與GOOSE網合一,并且按雙網配置,同時考慮數據量太大的問題,采用VLAN技術進行網絡優化配置,具體見圖2。2.智能開關本方案選用帶智能匯控柜的HGIS開關。該產品除有很高的安全性、可靠性、耐久性外,可直接提供數字輸出,能滿足數字化變電站的建設要求。3.光纖數字接口技術的應用全光纖的電子式互感器是采用光相位調制型技術,利用被測電流改變光纖中傳輸的光的相位,再通過干涉技術把相位變化轉化為強度變化,最終實現對外界被測物理量的檢測。其優點是絕緣性能好、絕緣結構簡單縮小了設備的重量和體積。光纖數字接口,簡化了電力系統的二次設備及二次接線,促進變電站數字化、光纖化和智能化發展。輸出數據額定值(有效值)完成可按IEC61850標準輸出:4.防鎖控制回路智能化在線式五防功能,即通過邏輯節點實現五防閉鎖功能。智能化在線式五防功能的要求:在測控模塊中增加后臺系統可控制的單獨監控五防閉鎖節點(JKWF),串入設備的控制回路,可確保操作滿足五防邏輯判斷和操作票順序閉鎖判斷;測控模塊中要有單獨控制的測控五防閉鎖節點(CKWF),串入設備的控制回路,即使在后臺監控系統故障的情況下,也可確保操作滿足間隔層的五防邏輯判斷。5.保護跳閘系統采用專為高壓數字化變電站設計的數字接口分布式母差保護裝置,裝置硬件可靈活組態,以GOOSE機制實現保護跳閘,支持IEC61850標準。母差保護裝置的采樣值通過網絡獲取自各進線數據,其GOOSE開出通過智能操作箱實施跳閘。保護邏輯按常規微機母差保護要求。6.動作元件的嵌入和使用10kV不完全母差保護不是單獨的保護裝置,它由兩部分組成,即嵌入在主變10kV側后備保護裝置中或l0kV集中保護裝置中的動作元件和嵌入在10kV出線(包括10kV饋線、站用變、接地變、電容器等,下同)保護裝置中的閉鎖元件組成。動作元件是反應流經主變低壓側開關電流增大而動作的,10kV母線上發生任何相間短路,都能夠反應。閉鎖元件是反應10kV出線電流增大而動作瞬時發出閉鎖信號,該信號被瞬時傳送到變低后備保護裝置中10kV母線快速保護的邏輯回路中,以閉鎖10kV不完全母差保護。7.環境保護在10kV兩段母線各裝設一套集中式保護裝置,實現一套保護對應多套10kV饋線(含電容、接地變、站用變)保護。該保護與各10kV的獨立保護并列使用,集中保護由10kV各間隔合并單元提供電流、電壓,通過10kVGOOSE網傳遞跳閘命令。8.11線路監測系統采用專為高壓數字化變電站設計的數字接口保護測控一體化裝置,帶縱聯保護功能,面向間隔配置。裝置硬件應可靈活組態,以GOOSE機制實現保護跳閘及遙控分合閘,支持IEC61850標準。110kV線路保護為數字式微機距離保護(不采用保護屏操作箱)具備三相重合閘功能,其線路電壓取自線路A相EVT。110kV線路測控具有實時的全站邏輯閉鎖功能,支持GOOSE方式實現間隔層防誤閉鎖功能。數字接口保護測控裝置,其GOOSE開出通過智能操作箱實施跳、合閘。保護測控一體化裝置按間隔雙配置。三、基于iec21650-9-2標準的數字化變電站建設方案數字化變電站建設是當前電力建設的一個熱點,但各種建設思路不太相同,建設后的實際效果也不一致,這為數字化變電站的實用性帶來了一定的影響,本文在基于IEC61850-9-2標準的基礎上提出了一個數字化變電站的建設方案,并提出了基于IEC61850-