常規(guī)變電站數(shù)字化改造技術(shù)要點(diǎn)分析

摘要：數(shù)字化變電站建設(shè)是智能電網(wǎng)系統(tǒng)中非常重要的功能支撐，常規(guī)變電站數(shù)字化升級(jí)改造必將成為當(dāng)前變電站系統(tǒng)建設(shè)和升級(jí)改造過(guò)程中亟待解決的核心問(wèn)題。文章重點(diǎn)介紹了數(shù)字化技術(shù)在常規(guī)變電站升級(jí)改造工程中的應(yīng)用，并結(jié)合工程實(shí)踐，探討了數(shù)字化變電站升級(jí)改造工程中的技術(shù)要點(diǎn)，以期為同類(lèi)工程提供一定參考。

關(guān)鍵詞：常規(guī)變電站；數(shù)字化升級(jí)改造；IEC61850標(biāo)準(zhǔn)；GOOSE組網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）31-0082-03

1 概述

變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)中電能輸送、分配調(diào)度的重要中樞，其技術(shù)水平的高低直接影響到電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)外電力用戶(hù)和變配電設(shè)備制造商均普遍關(guān)注變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究，在充分結(jié)合各種先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，努力提高變電站的綜合自動(dòng)化技術(shù)水平。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力通信技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步加深完善，尤其在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)頒布以后，數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已成為修建變電站和改造變電站首選的自動(dòng)化方式。數(shù)字化變電站技術(shù)的出現(xiàn)，能夠很好地解決常規(guī)變電站IED設(shè)備間不能完全兼容和數(shù)據(jù)信息不能實(shí)時(shí)通信互享間的缺陷，實(shí)現(xiàn)了變電站自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常規(guī)變電站數(shù)字化技術(shù)升級(jí)改造要點(diǎn)進(jìn)行分析探討就顯得非常有工程實(shí)踐和研究意義。

2 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站GOOSE組網(wǎng)方案

按照IEC61850綜合自動(dòng)化變電站標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)字化變電站由過(guò)程層、間隔層和站控層組成。由于數(shù)字化變電站的數(shù)字信息通信網(wǎng)絡(luò)集成化程度較高，IED設(shè)備間數(shù)據(jù)的傳遞與共享在很大程度上依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)約的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換。

為了確保數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)可靠性，站控層與間隔層間的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式應(yīng)按照冗余以太網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，且其數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)不低于100Mbps。整個(gè)數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)宜采用雙星型結(jié)構(gòu)，并采取雙網(wǎng)雙工通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)富裕的網(wǎng)絡(luò)冗余度，確保站控層各種監(jiān)控工作站、五防工作站、遠(yuǎn)程調(diào)度、服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)間數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)可靠通信。過(guò)程層與間隔層間數(shù)據(jù)信息通信網(wǎng)絡(luò)主要采用GOOSE和SV兩類(lèi)信號(hào)進(jìn)行傳輸，通過(guò)GOOSE信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)雙工運(yùn)行方式，確保同IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的無(wú)縫通信共享。如某220kV變電站共有220kV、110kV、10kV三個(gè)電壓等級(jí)，其站控層采用雙網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)模式，而間隔層分別以220kV和110kV兩個(gè)部分的測(cè)控、保護(hù)、故障記錄等IED設(shè)備裝置進(jìn)行子網(wǎng)組建，經(jīng)GOOSE A網(wǎng)和GOOSE A網(wǎng)接入到站控層中。常用的220kV數(shù)字化變電站組網(wǎng)方案如圖1所示。

3 常規(guī)變電站數(shù)字化升級(jí)改造技術(shù)要點(diǎn)

常規(guī)變電站數(shù)字化升級(jí)改造，主要是實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的集成網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行統(tǒng)一集成建模，將物理設(shè)備進(jìn)行數(shù)字網(wǎng)絡(luò)地址虛擬化，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的IED61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約建設(shè)規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的遠(yuǎn)程傳輸和實(shí)時(shí)共享，建設(shè)滿(mǎn)足調(diào)控運(yùn)行安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化智能變電站需求的完善數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

3.1 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一集成建模

建立基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的集成統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)，是常規(guī)變電站進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造的重要保障基礎(chǔ)。各種支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的IED電子設(shè)備將逐步取代常規(guī)非IEC61850通信規(guī)約的產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)間隔層中不同測(cè)控、保護(hù)、事件記錄IED設(shè)備間數(shù)據(jù)信息資源的實(shí)時(shí)通信共享。站控層中，通過(guò)支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的后臺(tái)軟件、監(jiān)控工作站、五防工作站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站以及接入其他IED智能設(shè)備的統(tǒng)一通信規(guī)約轉(zhuǎn)換，進(jìn)而建立滿(mǎn)足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一集成模型，建立基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，確保變電站調(diào)控運(yùn)行安全可靠地進(jìn)行。

3.2 設(shè)備操控的智能自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)于常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的過(guò)程層設(shè)備，由于DL斷路器、DS隔離刀閘等一次設(shè)備暫不具備自動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)換功能。因此，在進(jìn)行變電站數(shù)字化升級(jí)改造過(guò)程中，對(duì)需要進(jìn)行分散控制的過(guò)程層開(kāi)關(guān)類(lèi)設(shè)備，應(yīng)在現(xiàn)地采用智能操作箱等對(duì)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化處理，并經(jīng)過(guò)GOOSE數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)與間隔層中的IED測(cè)控、保護(hù)、事件記錄等電子設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。DL斷路器系統(tǒng)、DS隔離刀閘系統(tǒng)等過(guò)程層開(kāi)關(guān)設(shè)備的現(xiàn)地智能化處理，確保保護(hù)、測(cè)量、遠(yuǎn)程操控等命令可以通過(guò)光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確到達(dá)變電站的二次繼電保護(hù)系統(tǒng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與DL斷路器、DS隔離刀閘等操作機(jī)構(gòu)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)站控層的遠(yuǎn)程智能自動(dòng)化操控。

3.3 數(shù)據(jù)采集合并單元實(shí)現(xiàn)模擬量分散采樣

常規(guī)變電站系統(tǒng)中均采用傳統(tǒng)互感器，而數(shù)字化變電站則需要電子式互感器采集現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)信息。因此，為了實(shí)現(xiàn)模擬量的分散采樣，采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的MU合并單元對(duì)常規(guī)互感器所采集的模擬量進(jìn)行同步分布式采樣，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，且數(shù)字信號(hào)嚴(yán)格按照IEC61850-9-1或IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)要求輸出并送往間隔層中相關(guān)的測(cè)控、保護(hù)、事件記錄IED電子設(shè)備中，完成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集。

3.4 數(shù)據(jù)信息及調(diào)控命令的集中式處理

集中分散式結(jié)構(gòu)是變電站數(shù)字化升級(jí)改造的主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的站控層設(shè)備構(gòu)成整個(gè)數(shù)字化變電站的運(yùn)算分析核心，并通過(guò)滿(mǎn)足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信與間隔層IED設(shè)備、過(guò)程層MU合并單元等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息通信共享。對(duì)于變電站系統(tǒng)中的220kV、110kV高壓進(jìn)出線(xiàn)、主變等通過(guò)一套或數(shù)套支持IEC61850通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)的集中式測(cè)控、保護(hù)、記錄裝置（每組均按照冗余模式進(jìn)行組網(wǎng)配置），構(gòu)成完善的基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站自動(dòng)化系。對(duì)于35kV及以下的中低壓?jiǎn)卧?，由于基本采用室?nèi)開(kāi)關(guān)柜形式，因此可以在開(kāi)關(guān)柜中分布裝設(shè)滿(mǎn)足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的間隔層IED電子設(shè)備，分散采集開(kāi)關(guān)柜中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)統(tǒng)一規(guī)約的通信通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與站控層相關(guān)功能單元的實(shí)時(shí)通信，完成測(cè)控、保護(hù)、遠(yuǎn)程操控等數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化功能。

3.5 信息的安全性

由于數(shù)據(jù)信息通信的安全可靠性直接關(guān)系到整個(gè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的調(diào)控運(yùn)行的安全可靠性，因此，在變電站數(shù)字化升級(jí)改造過(guò)程中，必須考慮二次系統(tǒng)的安全防護(hù)問(wèn)題。應(yīng)結(jié)合變電站調(diào)控運(yùn)行特征并結(jié)合IEC62351安全標(biāo)準(zhǔn)建立完善的數(shù)據(jù)信息安全防護(hù)策略，如采取閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)、密碼權(quán)限訪(fǎng)問(wèn)、防火墻等來(lái)加強(qiáng)數(shù)據(jù)信息通信共享的安全防護(hù)性能，確保數(shù)字化調(diào)控系統(tǒng)安全穩(wěn)定地

運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化變電站技術(shù)升級(jí)改造工程是電力公司變電站升級(jí)改造建設(shè)中新的里程碑，同時(shí)也是變電站建設(shè)發(fā)展的重要方向。經(jīng)大量工程實(shí)踐改造效果表明，基于上述技術(shù)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)字化升級(jí)改造后，各個(gè)IED設(shè)備均能正常穩(wěn)定運(yùn)行，各類(lèi)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程傳輸、運(yùn)算分析無(wú)誤，繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置動(dòng)作可靠正常。充分說(shuō)明，基于上述技術(shù)的數(shù)字化變電站升級(jí)改造，能夠滿(mǎn)足電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行的安全可靠、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的功能要求，相信在不久的將來(lái)，數(shù)字化變電站技術(shù)升級(jí)改造將會(huì)在我國(guó)變電站系統(tǒng)中蓬勃發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：溫建平（1977-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，鄂爾多斯電業(yè)局生產(chǎn)技術(shù)處電力工程技術(shù)中級(jí)工程師，研究方向：電力生產(chǎn)技術(shù)管理、變電運(yùn)行管理。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）