基于IEC61850標準的220kV數(shù)字變電站的建設(shè)研究

摘要：21世紀又被稱為信息化時代，以計算機為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)在各個領(lǐng)域都得到了不同程度的應(yīng)用。對電力系統(tǒng)的影響尤為深遠。本文筆者結(jié)合工作實踐，選取了電力系統(tǒng)的重要組成部分---變電站作為研究對象，對基于iec61850標準的220kv數(shù)字變電站的建設(shè)進行了探討。文章首先歸納了數(shù)字化變電站的主要特征，并分析了220 kv數(shù)字變電站分層分布式的特點，分別對站控層、間隔層和過程層進行了闡述;在此基礎(chǔ)上，對220 kv數(shù)字化變電站建設(shè)中的主要技術(shù)問題進行了探討與研究，最后提出建設(shè)220kv數(shù)字變電站應(yīng)注意的問題，這對當(dāng)前變電站數(shù)字化建設(shè)有著重要的現(xiàn)實意義。

隨著社會的向前發(fā)展，以及以計算機為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)的進步，近年來電力技術(shù)得到了長足的發(fā)展。智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的出現(xiàn)及應(yīng)用，使得變電站的建設(shè)有了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。本文以基于iec61850標準的220kv數(shù)字變電站的建設(shè)為例，試圖對220kv數(shù)字化變電站的特征及體系結(jié)構(gòu)進行闡述與分析，并探討220kv數(shù)字化變電站建設(shè)中的主要技術(shù)問題，以期為其他數(shù)字化變電站的建設(shè)或改造提供有益借鑒。

1、220kv數(shù)字化變電站的特征及體系結(jié)構(gòu)

1.1 特征分析

數(shù)字化變電站，顧名思義是相對于傳統(tǒng)概念上的變電站而言的，它是由傳統(tǒng)意義上的變電站的數(shù)字化或改造或建設(shè)而成。其建立的基礎(chǔ)是現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，220kv數(shù)字化變電站正是應(yīng)用iec61850進行建模和通信為基礎(chǔ)。其技術(shù)特征概括起來，即：“一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、符合iec61850標準”這三個主要特征。

1.2 一般體系結(jié)構(gòu)

對于常規(guī)的220kv變電站，一般存在著3個電壓等級，即220kv、110kv和10kv。因此，依據(jù)iec61850標準進行改造后，變電站的體系結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出分層分布式的特點。從邏輯結(jié)構(gòu)而言，變電站的設(shè)備分成站控層、間隔層和過程層3個層次。全站面向通用對象的變電站事件(goose)網(wǎng)絡(luò)和制造報文

(1)過程層：常規(guī)的220kv變電站出線間隔采用的是電壓互感器(vt)、電流互感器(ct)，不一樣的是數(shù)字變電站采用的是電子式電壓互感器(evt)和電子式電流互感器(ect)。并接至合并單元，從而實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的合并與同步，同時給間隔層保護測控計量設(shè)備提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

(2)間隔層：它是由保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置等智能設(shè)備所構(gòu)成?；趇ec61850標準的220kv數(shù)字變電站的間隔層采用goose傳遞信息。

(3)站控層：220kv數(shù)字變電站的站控層，其結(jié)構(gòu)方面主要包括了：全球定位系統(tǒng)(gps)、后臺監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)總線、保信網(wǎng)、防誤操作等系統(tǒng)構(gòu)成。需要指出的是，由于在在過程層和間隔層之間組建了goose網(wǎng)絡(luò)，從而有效地實現(xiàn)了goose跳(合)閘、各間隔開關(guān)量的采集及設(shè)備之間的互鎖。

2、220kv數(shù)字化變電站建設(shè)中的主要技術(shù)問題

2.1 電流電壓回路的接入方式

常規(guī)綜自站的電流電壓回路，一般采用點對點接入的方式，用控制電纜將互感器二次側(cè)的電流電壓接入保護、測控裝置，在保護、測控裝置內(nèi)實現(xiàn)交流采樣。220kv數(shù)字化變電站的光電互感器采用光纖輸出后，傳輸?shù)牟辉偈墙涣鞯碾娏?、交流的電壓了，而是采樣后的?shù)字編碼信息，對此而衍生的技術(shù)問題有待研究。

2.2 220kv線路兩側(cè)縱聯(lián)電流差動保護裝置的配合

220kv線路大多配置縱聯(lián)保護。其中，又以縱聯(lián)電流差動保護為主。目前，建設(shè)220kv數(shù)字化變電站時，一般只在新建220kv變電站采用數(shù)字化設(shè)備。220kv線路對端的變電站擴建變電間隔時仍采用常規(guī)一次、二次設(shè)備，不采用數(shù)字化設(shè)備。否則，擴建間隔設(shè)備將無法接入現(xiàn)有母線保護、故障錄波器等公共二次設(shè)備，也無法使用已有的母線電壓互感器。

2.3 保護跳閘方式

對于220kv變電站經(jīng)常出現(xiàn)兩、三套保護裝置甚至更多套保護跳同一個斷路器的情況。常規(guī)綜自站只需將這多套保護至此斷路器的跳閘回路接到此斷路器的操作回路并聯(lián)起來，即可實現(xiàn)多套保護的分別跳閘，互不影響。對220kv數(shù)字化變電站來說，保護裝置均為光纖方式跳閘，無法直接并聯(lián)起來。220kv數(shù)字化變電站保護跳閘回路采用光纖傳遞數(shù)字化的跳閘命令。

2.4 一次設(shè)備運行、單套保護檢修時如何實現(xiàn)隔離

由于220kv線路、母線、主變壓器等設(shè)備的重要性，均配置了雙重化的保護。220kv數(shù)字化變電站的保護跳閘輸出是通過光纖實現(xiàn)的，無法安裝硬壓板。因此，當(dāng)一套保護因故障、更改定值等原因退出運行時，不能實現(xiàn)退運保護與運行的保護及其回路有效的隔離，并保持明顯的斷開點。但如果不能與運行設(shè)備和回路保持有效的隔離，就會在一套保護裝置退出運行時被迫停運一次設(shè)備，220kv設(shè)備配置雙重化保護就失去了意義。

2.5 故障錄波的方式

常規(guī)綜自站故障錄波器的接入量主要是交流電流、交流電壓、斷路器位置、保護跳閘等，只需將對應(yīng)的回路用控制電纜接入故障錄波器對應(yīng)的位置，即可實現(xiàn)統(tǒng)一采樣、統(tǒng)一記錄。對220kv數(shù)字化變電站來說，需用光纜將各互感器的合并器、智能終端、保護裝置等設(shè)備發(fā)出的數(shù)字量信息進行記錄。由于采樣是由不同的設(shè)備分別完成的，如何對這些設(shè)備統(tǒng)一時鐘，以便于分析事故。

3、應(yīng)注意的事項

從筆者搜集的工程建設(shè)和運行實踐的有關(guān)資料來看，發(fā)現(xiàn)220kv數(shù)字化變電站建設(shè)有以下幾個較為普遍的問題需要引起注意：

3.1 不同廠家設(shè)備數(shù)字采樣和保護配合問題

當(dāng)前220kv數(shù)字化變電站所應(yīng)用的設(shè)備由于國內(nèi)外的不同廠家，盡管iec61850對數(shù)據(jù)的處理和傳輸作了相關(guān)規(guī)定，但是對標準的理解上各大廠家存在著差異。從筆者進行的動態(tài)模擬實驗發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)外的一些主流制造廠家在互感器設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)部處理等細節(jié)方面缺乏統(tǒng)一標準。這無疑會數(shù)字變電站的良好穩(wěn)定運行帶來不利影響，這就要求我們在數(shù)字變電站建設(shè)的實際工程中事前做到統(tǒng)一，避免建成的系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)不該有的麻煩。

3.2 goose信息校驗

從實踐來看，保護、測控等二次設(shè)備通過goose形式獲取采樣數(shù)據(jù)和發(fā)送跳閘控制命令，因此，沿襲采用傳統(tǒng)的方法是無法進行檢測的。對于采樣數(shù)據(jù)的正確性和完整性如何進行校驗?針對離線的情況下進行裝置校驗、檢驗時內(nèi)容如何規(guī)定?需要配置哪一些工具等?這些問題應(yīng)當(dāng)作出明確的規(guī)定。

3.3 智能終端安全

在220kv數(shù)字變電站建設(shè)中斷路器智能終端是作為保護控制等二次設(shè)備延伸到一次設(shè)備現(xiàn)場的一個過渡方案。因此，充分考慮到室外各種惡劣氣候條件或其他外在環(huán)境影響下不誤動，必須有相應(yīng)的方案，以做到防潮、防高溫、防小動物、防電磁干擾等方面的相應(yīng)策略辦法。

3.4 線纜敷設(shè)及標識

在基于iec61850標準的220kv數(shù)字變電站建設(shè)中，由于一次設(shè)備數(shù)字化的應(yīng)用，導(dǎo)致光纖的應(yīng)用增加，而各設(shè)備之間的電纜聯(lián)系大幅度地減少。因此這就意味著傳統(tǒng)電纜溝設(shè)計規(guī)模、敷設(shè)形式、標識規(guī)范等方面與當(dāng)前數(shù)字變電站建設(shè)不相適應(yīng)，如何針對數(shù)字變電站光纖的應(yīng)用特點進行設(shè)計、敷設(shè)和標識，在這一問題上還有待探索與進一步完善。

4、結(jié)語

綜上所述，變電站數(shù)字化的建設(shè)是一個動態(tài)過程，這一過程將隨科學(xué)技術(shù)的進步而不斷變化。因此，必須不斷的總結(jié)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。積極、持續(xù)地推進變電站數(shù)字化、智能化建設(shè)，使電力為國家經(jīng)濟建設(shè)和人們生活質(zhì)量的提高提供強有力的保障。

參考文獻

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