35 kV數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)方案探討

目前，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用，但是，目前的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用還存在一些技術(shù)上的局限性，另外，隨著電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，電壓等級(jí)越來(lái)越高，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行管理也提出了更高的要求。隨著數(shù)字式互感器技術(shù)和智能一次電氣設(shè)備技術(shù)的日臻成熟并開(kāi)始實(shí)用化，以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，數(shù)字化變電站技術(shù)開(kāi)始在我國(guó)逐步得到應(yīng)用。數(shù)字化變電技術(shù)代表著變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)字化變電站技術(shù)奠定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化一次設(shè)備以及數(shù)字化通信技術(shù)的發(fā)展及實(shí)用化，也使得按IEC61850建設(shè)數(shù)字化變電站成為可能。

1 數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)
就目前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而言，數(shù)字化變電站是建立于IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，由電子式互感器(ECT，EVT)、智能化開(kāi)關(guān)等智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按變電站層、間隔層、過(guò)程層分層構(gòu)建而成，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。它的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。
1．1 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)
就概念而言，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)主要圍繞以下四個(gè)方面展開(kāi)：
(1)功能建模。從變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)的通信性能(PICOM)要求出發(fā)，定義了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能模型(Part5)。
(2)數(shù)據(jù)建模。采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義了基于客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模(Part7-3／4)。
(3)通信協(xié)議。定義了數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制(通信服務(wù))和向通信協(xié)議棧的映射，如在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到MMS(IEC61850-8-1)，在間隔層和過(guò)程層之間的網(wǎng)絡(luò)映射成串行單向多點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)(IEC61850-9-1)或映射成基于IEEE802．3標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程總線(IEC61850-9-2)(Part 7-2，Part8／9)。
(4)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程和一致性測(cè)試。定義了基于XML(Extensible Make up Language)的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言(Part 6)，描述變電站和自動(dòng)化系統(tǒng)的拓?fù)湟约癐ED結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證互操性，Part 10描述了IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)一致性測(cè)試。
1．2 電子式互感器
電子式互感器分為兩大類：有源電子式互感器和無(wú)源電子式互感器。有源電子式互感器利用Rogowski空芯線圈或低功率鐵芯線圈感應(yīng)被測(cè)電流，利用電容(電阻、電感)分壓器感應(yīng)被測(cè)電壓。遠(yuǎn)端模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后經(jīng)通信光纖傳送。無(wú)源電子式互感器利用Faraday磁光效應(yīng)感應(yīng)被測(cè)電流信號(hào)，利用Pockels電光效應(yīng)感應(yīng)被測(cè)電壓信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸傳感信號(hào)。
1．3 智能化一次設(shè)備
根據(jù)IEC 62063：1999的定義，智能開(kāi)關(guān)設(shè)備是指具有較高性能的開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有開(kāi)關(guān)設(shè)備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測(cè)和診斷方面。
1．4 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備
將IEC 61850應(yīng)用于變電站內(nèi)的通信，以充分利用網(wǎng)絡(luò)通信的最新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的信息共享、互操作和功能的靈活配置。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
按照數(shù)字化變電站的要求和各層所需要達(dá)到的功能，針對(duì)一個(gè)典型接線的35 kV變電站，建立數(shù)字化變電站模型，并給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置方案。設(shè)計(jì)方案應(yīng)具有先進(jìn)性，同時(shí)作為一種實(shí)際應(yīng)用，還應(yīng)充分考慮目前國(guó)內(nèi)外高壓電氣設(shè)備和二次設(shè)備(IED)的發(fā)展情況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)過(guò)程分以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：
(1)建立35 kV變電站模型，給出電氣主接線和IED配置。
(2)分析數(shù)字化變電站的分層網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，建立全數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
(3)針對(duì)已建立全數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，選擇數(shù)字化變電站高壓電氣設(shè)備和二次設(shè)備。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3．1 變電站主接線及IED配置
以下設(shè)計(jì)中按照常規(guī)的35 kV變電站考慮：配備有載調(diào)壓變壓器2臺(tái)；35 kV單母線分段，兩路進(jìn)線一主一備；#1進(jìn)線所帶35 kV直配變一臺(tái)，作為所用備用電源；10 kV單母線分段，每段母線各六路出線；集中無(wú)功補(bǔ)償分兩臺(tái)，分別接于10 kV I，Ⅱ母線。電氣接線如圖1所示。

本方案中，35 kV變電站采用保護(hù)及測(cè)控一體化設(shè)計(jì)，#1，#2主變壓器各配置一臺(tái)主變差動(dòng)保護(hù)測(cè)控裝置，提供雙斜率雙拐點(diǎn)差動(dòng)制動(dòng)特性的比率式電流差動(dòng)保護(hù)和差流速斷保護(hù)功能。此外，這兩臺(tái)保護(hù)還可為變壓器高、低壓側(cè)提供過(guò)流后備保護(hù)功能。測(cè)控方面的功能包括差動(dòng)和制動(dòng)電流、二次和五次諧波、電流等測(cè)量值，以及事件及故障錄波、數(shù)據(jù)記錄等功能。35 kV#1，#2進(jìn)線、母聯(lián)配置一臺(tái)線路保護(hù)裝置，主要提供完整的過(guò)流，速斷和線路差動(dòng)保護(hù)。兩臺(tái)主變保護(hù)各組一個(gè)屏，兩條進(jìn)線和母聯(lián)的保護(hù)組一個(gè)屏。