交換機技術在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應用

張茜+張陽+羅志喬+代煥利

摘 要 智能變電站信息的傳輸基于以太網實現(xiàn)，這樣，交換機就成為實現(xiàn)信息傳輸?shù)年P鍵環(huán)節(jié)。文章對交換機技術在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應用進行了研究，主要包括：主變交換機配置、交換機配置原則。

關鍵詞 智能變電站；交換機；配置

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0130-01

智能變電站信息的傳輸基于以太網實現(xiàn)，這樣，交換機就成為實現(xiàn)信息傳輸?shù)年P鍵環(huán)節(jié)，由于變電站自動化系統(tǒng)對于信息的實時性要求要高于一般通信意義上的應用，同時，信息交互又是基本局限在相當有限的物理空間，或者說智能變電站對于交換機應用具有比較明顯的應用特征。因此，研究交換機的基本原理、智能變電對于交換機技術的基本要求，對于智能變電站的技術實現(xiàn)方案具有十分重要的意義。

本文對交換機技術在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應用進行了研究，主要包括：主變交換機配置、交換機配置原則。具體涉及工程配置處，按典型220 kV變電站3臺變壓器，220 kV 6回線，110 kV 12回線的規(guī)模統(tǒng)計。

1 主變交換機配置

1.1 不同配置方案

智能變電站過程層網絡的網段劃分一般有兩種形式，主要區(qū)別在于主變間隔是否配置總交換機。以一個典型的220 kV變電站為例，第一種模式是每套單網包括220 kV、110 kV、主變三個網段，在這三個網段之上設置中心交換機，如圖1。220 kV子網、110 kV子網中均不包含主變進線間隔，設置獨立的主變總交換機，連接主變保護及主變三側的合并單元、智能終端。全站設總交換機，連接主變、220 kV和110 kV三個網段。

圖1 主變設立獨立網段

第二種模式是每套單網包括220 kV、110 kV兩個網段，通過主變保護連接這兩個網段，如圖2。這種模式下高、中、低壓側主變進線作為220 kV、110 kV的一個間隔配置交換機，連接在本網段中，主變保護通過各自獨立獨立的端口連接在不同網段上。

圖2 通過主變保護連接網段，不設主變交換機

《110 kV～220 kV智能變電站設計規(guī)范》推薦主變各側可獨立配置2臺交換機，即主變不配置總交換機，配置分屬不同電壓等級的各側交換機。在實際工程中，兩種方式均有采用。

1.2 方案對比分析

從經濟性上考慮，兩種組網方式交換機數(shù)量基本一致。從技術角度考慮，兩種方案均是可行的，目前國內投運的智能變電站兩種方式都有采用。早期一般采用獨立配置主變交換機的方案，其優(yōu)點在于：1）主變保護的所有相關設備均連接在同1臺交換機上；2）全站所有網絡信息可以匯集在1臺中心交換機上；3）主變各側聯(lián)閉鎖信息可以通過過程層網絡傳輸。

目前保護裝置一般要求采用直采直跳，主變保護相關設備是否連接在一個交換機上對信息傳輸影響不大；故障錄波等設備一般采用多個網口直采或網采，全站信息不需要集中匯集，按電壓等級設置公用交換機即可；大部分廠家也已經實現(xiàn)了GOOSE聯(lián)閉鎖信息通過站控層網絡傳輸，220 kV和110 kV網段不需要直接相連。由此看來，獨立配置交換機的方案已無必要，反而其交換機層級較大，主變保護和母差保護的GOOSE啟失靈信息要經過3臺交換機轉發(fā)，主變保護跳母聯(lián)的GOOSE信息要經過4臺交換機轉發(fā)，而第二種模式分別為2臺和3臺，在快速性上更具備優(yōu)勢。

1.3 推薦方案

綜上所述，只要能夠保證主變保護各端口的獨立性，建議采用通過主變保護連接各自獨立的220 kV、110 kV網段。

2 交換機配置原則

2.1 不同配置方案

在過程層網絡的雙星形結構中，每個單網均由中心交換機和分支交換機組成。中心交換機連接母線保護、公用測控等公用設備，各分支交換機連接每個線路、母聯(lián)、進線間隔的合并單元、智能終端和保護、測控等裝置。中心交換機一般按需要級聯(lián)的間隔交換機數(shù)量，配置為1～2臺。分支交換機的數(shù)量則取決于間隔數(shù)，以及按幾個間隔共用交換機。

《110 kV～220 kV智能變電站設計規(guī)范》中規(guī)定交換機采用多間隔共用方式。《智能變電站繼電保護技術規(guī)范》規(guī)定：“根據(jù)間隔數(shù)量合理配置過程層交換機”，《2011年新建變電站設計補充規(guī)定》規(guī)定宜按間隔對象配置過程層交換機，兩者含義都較為模糊。2011版《國家電網公司輸變電工程通用設計：110（66）～750 kV智能變電站部分》中則推薦交換機按單間隔配置。

由此可見交換機可按單間隔配置，也可按多間隔配置。

2.2 方案對比分析

分支交換機的配置是多間隔還是單間隔，從經濟角度，必然是多間隔配置投資更省。但同時還應綜合考慮運行維護、組屏布置等問題。根據(jù)組屏方式，220 kV每個間隔的二次設備組1面柜，按單間隔配置交換機時，可將交換機也布置于本柜，這樣本間隔設備到交換機的連接都可以通過柜內跳線完成，便于設備安裝；同時間隔劃分清晰，便于管理維護。110 kV間隔數(shù)較多，每兩個間隔的二次設備組1面柜，可按兩個間隔配置1臺交換機，與組屏方式保持一致。

目前經過調研1臺支持IEC 61588硬件對時功能的16口交換機價格為3.5萬元左右，而在去年同一時期交換機價格約為6萬元；可見隨著交換機應用的不斷深入，其價格已經大幅度下降。參照一般通信用交換機，未來隨著交換機使用規(guī)模、數(shù)量的進一步擴大，其價格還將進一步降低。這種情況下，建議按間隔配置交換機，以運行維護、組屏安裝為首先考慮。

2.3 推薦方案

在交換機價格大幅降低的情況下，對每套單網，推薦220 kV每個間隔配置1臺交換機，110 kV每兩個間隔配置1臺交換機，與組屏方式保持一致。這樣可以盡量減少屏間光纜，方便安裝，間隔劃分也較為清晰。同時可以按需考慮交換機端口數(shù)量，在220 kV采用8口交換機，在110 kV采用12口交換機，盡量減輕交換機投資。

3 結論

本文研究了交換機技術在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應用，主要包括：主變交換機配置、交換機配置原則。

根據(jù)分析比較，得出了以下結論：1）只要能夠保證主變保護各端口的獨立性，建議采用主變保護連接各自獨立的220 kV、110 kV網段；2）對每套單網，推薦220 kV每個間隔配置1臺交換機，110 kV每兩個間隔配置1臺交換機，與組屏方式保持一致。

參考文獻

[1]高翔. 智能變電站技術[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]國家電網公司.110 kV～220 kV智能變電站設計規(guī)范[S].2009.

[3]國家電網公司.智能變電站繼電保護技術規(guī)范[S].2010.

[4]劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計：110（66）-750 kV智能變電站部分[M].北京：中國電力出版社，2011.endprint