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延寿数字化变电站的实施
jiang_0514 发表于 2009/8/4 12:41:58 1182 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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作者： 来源：赛尔电力自动化 总第80期
电力系统的发展日新月异，变电站自动化(SA)已经走过了十几年的历程。近年来，随着电力系统对电力设备数字化、网络化的要求不断提高，随着计算机技术、通讯技术的不断发展，基于智能化一次设备、网络化二次设备的一二次设备的融合已成为变电站未来发展的大趋势,涵盖站控层、间隔层和过程层领域的全新变电站自动化标准--IEC61850的出现，都促使“数字化变电站”逐渐走进了人们的视野。
数字化变电站三个主要的特征就是“智能化的一次设备，网络化的二次设备，IEC61850标准的构建”。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，使各种智能电子设备(IED)能够共享统一的信息交互平台。
数字化变电站中采用的电子式互感器根本性地解决了传统互感器由于铁芯的存在而带来的绝缘结构复杂、暂态范围小等问题，从源头保证了保护的可靠性。信息传递全部采用光纤网络后，极大简化了二次回路，显著降低了安装、调试、维护工作量、减少运行维护人员的“三误”事故，光纤的应用也彻底解决了电缆的干扰及老化问题，系统可靠性得到充分保障。
除此之外，数字化变电站中IEC61850所支持的互操作性，把用户从不同制造商设备互联困难的困扰中解脱出来，通用的配置方式提高了用户对设备的选择和驾驭能力，从而减少了变电站投资且提高了可靠性。标准化的信息模型实现了变电站信息共享，设备提供了更丰富的状态监测信息，使得电力设备、特别是一次设备的维护更简便。
延寿数字化变电站，正是严格遵循了数字化变电站建设的基本原则，实现了智能化一次设备、网络化二次设备及全站IEC61850通讯的全数字化变电站。
延寿数字化变电站是东北地区第一个220KV全数字化变电站，全站采用了南瑞继保的全套数字化解决方案和所有数字化一二次设备。采用了符合IEC61850标准的“三层两网”模式，在设计中兼顾了可靠性、经济性和先进性。站控层网络采用了在常规综自站中有成熟应用的双网星型以太网结构；过程层GOOSE网采用按电压等级组网的方式、采用双星型光纤以太网。互感器与间隔级设备间采用了光纤串行点对点通讯方式，确保了采样值数字化传输中海量数据实时传输的可靠性。以下为延寿变通讯系统图：
根据IEC61850规范的定义，数字化变电站采用分层分布式结构。延寿变采用了南瑞继保PCS-9700数字化变电站综自系统，站控层由变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、通讯监控系统、电量远传系统、安防监视系统及火灾报警系统等进行整合，达到网络共用、信息共享的目的。各系统均以网络通讯方式接入间隔层网络，设置网络防火墙及网络物理隔离装置，经专用网络向相关部门传送数据。站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850协议进行通信。
监控后台用于实现当地功能，实现变电站内的就地监视和控制功能，远动工作站实现变电站与各级调度系统之间的通信功能，使调度端实现对变电站实现远方的监视和控制。
应用于延寿变的PCS-9700型变电站自动化系统是完全按照IEC61850的面向对象和分层分布思想构建，在站控层网络实现IEC61850的自动化系统,PCS9700自动化系统充分利用了IEC61850的优势，对整个变电站的一次系统结构、二次设备信息、一次系统和二次设备之间的关系进行了系统的建模，大大增强了开放互联的信息共享能力，方便了变电站内部各子系统、装置之间的信息交换，同时又采用分层分布的思想使变电站的设备相对独立又相互融合，先进的技术和精心的设计确保了整个变电站的安全可靠运行，为延寿变电站自动化系统提供了一套完整的解决方案。PCS-9700变电站自动化系统不仅支持各种电压等级所需的保护、监视、控制功能，还提供变电站自动化所需的各种高级应用功能，如程序化操作、VQC、五防、小电流接地选线、视频监控、保护信息管理等，为延寿数字化变电站的安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障。
间隔层设备的构建
我公司针对数字化变电站推出了基于完全自主知识产权的UAPC硬件平台。采用了32位高性能的CPU和DSP、内部高速总线、智能I/O，采用模块化设计，具有插件、软件模块通用，灵活可配置，易于扩展、易于维护的特点。UAPC平台按照具有长达10-15年的生命周期设计，装置插件根据需要可以在保持与平台兼容的情况下平滑升级，从而为用户的设备投资提供了长期稳定的保障。
延寿数字化变电站应用了我公司推出了新一代基于UAPC平台的PCS系列保护测控装置。保护算法移植和继承了在国内得到广泛应用，具有良好口碑的RCS系列保护装置，采用面向对象的程序设计方法，每个软件功能模块都以元件实现，具有清晰、完整的输入和输出接口。全面支持IEC61850，支持GOOSE，支持电子式互感器数字输出。完全满足数字化变电站的需要。
过程层的构建
独立式电子互感器
作为数字化变电站的关键技术之一，过程层，特别是电子式互感器的构建是延寿变的核心之一，延寿变在220KV侧和66KV侧均采用了南瑞继保研制的PCS-9250-EA系列户外独立式电流电压组合式互感器。主要特点有：
（1）电流互感器与电压互感器可组合为一体，实现对一次电流电压的同时测量；
（2）电流传感器采用LPCT及空芯线圈，电流测量精度高、动态范围大、暂态特性好；
（3）电压互感器采用技术成熟的电容分压器传感一次电压，精度高、稳定性好；
（4）远端模块双套冗余配置，可靠性高；
（5）每个远端模块双A/D采样，并有多项自检功能，进一步提高可靠性；
（6）采用激光供能与母线取能相结合的方法为远端模块供电，可靠性高。
4.2远端模块和合并单元的配置
延寿数字化变电站采用了双重化配置的220KV母差保护、线路保护以及全站的主变保护，为了满足保护双重化的需要，电子式互感器的从采样的源头——采样线圈（空芯线圈及低功率线圈）、远端模块（含取能模块）以及合并单元均采用了完全冗余的双重化配置，双重化的合并单元分别独立地接入双重化的两套保护，彻底保证了一套系统出现问题时不会影响到保护的动作。整体配置结构如图4.2所示:
4.4智能终端和GOOSE网络的实现
对于延寿变的敞开式开关设备(AIS)及主变本体，采用了智能终端+GOOSE网络的方式来实现数字化。
智能终端沿袭了传统操作箱的功能，是实现间隔级设备和一次设备信息交互的桥梁，智能终端与传统开关机构之间的连接模式不变，但通过智能终端的下放实现了两者之间电缆的最小化，终端通过内含的嵌入式设备负责将传统方式采集的开关信号转化为数字信息，通过GOOSE机制通过以交换机相连的以太网与间隔级设备进行交互。
GOOSE服务与诸如MMS等其他基于TCPIP的服务不同，直接映射到网络数据链路层上，确保了重要信息的优先级传递，使用组播地址进行信息的多路发送。
GOOSE机制的应用确保重要信息的传输实时性，在保证系统可靠性的前提下，有效地提高系统的响应速度，从而为更高级应用提供技术基础。
在延寿变中，通过智能终端下放到开关侧以及主变本体旁，实现了开关设备以及主变等一次设备与远在保护室的间隔级设备之间的信息交互。
采用GOOSE服务，特别是智能终端下放到开关场后，开关厂设备的开关量采集、开关等设备的操作不再需要传统电缆，节约电缆开支的同时也降低了电磁干扰造成的影响，提高了可靠性。同时，间隔层保护测控等设备之间的联系也不再需要电缆，大大简化了施工、运行维护的工作量，减少了误操作的可能性。
5、 展望
延寿220KV数字化变电站是东北地区第一个包含了智能化一次设备和网络化二次设备，完全基于IEC61850规范构建的全数字化变电站。延寿变的顺利投运，不但提高了变电站的运行、管理和维护的数字化水平，也是东北电网变电站自动化技术发展历程中一个重要的里程碑。对地区、乃至全国的数字化变电站的发展将产生产生深远的影响。