220kV變電站智能化改造中二次系統(tǒng)的研究

摘要：本文針對(duì)目前我國(guó)變電站智能化發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)于22OkV 變電站的智能化改造方式進(jìn)行了分析和探究。根據(jù)我國(guó)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》和《110（66）kV～220kV 智能化變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》，Q/GDW 414 《變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范》，Q/GDW 641《220千伏變電站智能化改造工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，于其二次系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和改造方案提出了相關(guān)見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：220kV 變電站；智能化改造；二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)；研究

一、變電站實(shí)例工程項(xiàng)目背景概述

本文以江蘇無(wú)錫220kV膠山變電站的智能化改造為實(shí)例，對(duì)其二次系統(tǒng)的智能化改造設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與研究。220kV膠山變電站的具體情況如下：一次設(shè)備主要為220kV、110kV和35kV設(shè)備。建設(shè)規(guī)模是2×180000kVA。220kV線(xiàn)路5回，雙母線(xiàn)帶旁接線(xiàn)方式，專(zhuān)旁專(zhuān)母；110kV線(xiàn)路10回，雙母線(xiàn)帶旁接線(xiàn)方式，專(zhuān)旁專(zhuān)母；35kV線(xiàn)路7回，電容器4組，雙母線(xiàn)帶旁接線(xiàn)方式，專(zhuān)旁專(zhuān)母。

該變電站是一個(gè)自動(dòng)化變電站，無(wú)人值班，微機(jī)綜合性自動(dòng)化性能較好，安全性和可靠性較高，全站設(shè)備的遠(yuǎn)動(dòng)通訊和四遙功能都能順利實(shí)現(xiàn)，使用雙以太網(wǎng)的通訊方式。

二、變電站二次系統(tǒng)的智能化改造的目標(biāo)

首先，在本次的智能化改造過(guò)程中，完成一次設(shè)備的智能化進(jìn)程；利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的信息智能化，并將其收集的信息輸送到信息一體化平臺(tái)，構(gòu)建變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；對(duì)于一次設(shè)備收集的重要數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，

為電網(wǎng)設(shè)備的管理系統(tǒng)提供信息支持。

其次，對(duì)二次系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行精簡(jiǎn)，推動(dòng)重要數(shù)據(jù)和信息實(shí)時(shí)傳送進(jìn)程。

第三，根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，保證變電站信息交換的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)的集成化，保障控制和運(yùn)行的自動(dòng)化。

第四，在變電站智能化改造的過(guò)程中，充分利用先進(jìn)的技術(shù)，提高二次系統(tǒng)架構(gòu)的合理性、實(shí)用性，采用新手段和新技術(shù)，降低投資的成本，保障變電站的經(jīng)濟(jì)效益。

三、變電站二次系統(tǒng)的智能化改造的具體方案

220kV膠山變電站進(jìn)行智能化改造，改造后基本達(dá)到智能化改造目標(biāo)。

首先，在本次智能化改造過(guò)程中，對(duì)主變?cè)O(shè)備完成智能化改造。本工程每臺(tái)主變壓器加裝1套油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置。主變狀態(tài)監(jiān)測(cè)智能控制柜就地布置于戶(hù)外變壓器場(chǎng)地，主變狀態(tài)監(jiān)測(cè)后臺(tái)機(jī)柜安裝在控制室內(nèi)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主變絕緣狀態(tài)信息實(shí)時(shí)輸送到信息一體化平臺(tái)的功能。

其次，二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和裝置的變化主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置與安全自動(dòng)系統(tǒng)的智能化；實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)系統(tǒng)與遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置的智能化；實(shí)現(xiàn)五防系統(tǒng)與電能計(jì)量裝置的智能化；實(shí)現(xiàn)全站電源裝置的智能化。

（一）智能化二次系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)

目前，我國(guó)智能化變電站構(gòu)建自動(dòng)化系統(tǒng)的主要組網(wǎng)方式如下表所示：

智能化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的組網(wǎng)方案

序號(hào)站控層/隔層網(wǎng)絡(luò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)系統(tǒng)

1總線(xiàn)SV點(diǎn)對(duì)點(diǎn)+GOOSE總線(xiàn)B 碼或秒脈沖

2總線(xiàn)SV總線(xiàn)+GOOSE總線(xiàn)B 碼或秒脈沖

3總線(xiàn)SV與GOOSE 總線(xiàn)統(tǒng)一組網(wǎng)IEEE1588

4站控層與過(guò)程層統(tǒng)一總線(xiàn)IEEE1588

根據(jù)《導(dǎo)則》和《規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)于以上方案進(jìn)行討論研究，目前比較明確的設(shè)計(jì)方案是基于表格中前三種方案，實(shí)施“保護(hù)直采直跳”。在220kV膠山變電站的二次系統(tǒng)智能化改造中，提出如下的自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)方案：站控層和間隔層采用MMS雙網(wǎng)方式，采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)程層設(shè)備不做新增。

（二）針對(duì)性的智能化改造措施

第一，繼電保護(hù)裝置與安全自動(dòng)系統(tǒng)的智能化。

因?yàn)槔^電保護(hù)裝置處在變電站的間隔層內(nèi)，所以對(duì)它進(jìn)行智能化改造時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到與間隔層銜接的過(guò)程層。目前可采用的改造方案有四種，分別是：電纜直接跳閘模式、光纖通信跳閘模式、跳閘光纖化模式以及合并單元數(shù)字化模式。變電站改造工程中，應(yīng)結(jié)合設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有效利用原有的互感器、斷路器，節(jié)省投資成本并降低工程量。根據(jù)220kV膠山變電站一次設(shè)備的結(jié)構(gòu)，改造方式采用電纜直接跳閘模式。本期改造中部分原有繼電保護(hù)裝置需要保留使用，作為間隔層設(shè)備，需要進(jìn)行裝置通信插件升級(jí)改造，采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信口，實(shí)現(xiàn)對(duì)站控層通信。對(duì)改造中需要更換的繼電保護(hù)測(cè)控裝置采用微機(jī)型保護(hù)測(cè)控裝置，配置IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信口。

在安全自動(dòng)系統(tǒng)的智能化改造上，因?yàn)橐簿哂胁杉瘮?shù)據(jù)的需求，所以也應(yīng)當(dāng)考慮過(guò)程層的智能化改造情況。例如錄波設(shè)備的智能化改造，在繼電保護(hù)裝置選擇了第一種改造方案的情況下，錄波設(shè)備不能夠使用GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)分別獲取狀態(tài)信息和電量信息。但是因?yàn)楸Ａ粼须娎|接線(xiàn)，僅需對(duì)其通信插件升級(jí)，滿(mǎn)足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的要求，既滿(mǎn)足技術(shù)要求又節(jié)省投資成本并降低工程量。

第二，對(duì)時(shí)系統(tǒng)與遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置的智能化。

由于本文舉例說(shuō)明的220kV膠山變電站自動(dòng)化系統(tǒng)遵循IEC60870-5-104規(guī)約，因此在遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置的智能化過(guò)程中，應(yīng)遵照這一方案：在自動(dòng)化系統(tǒng)支持104規(guī)約的前提下，不管對(duì)上或?qū)ο?，遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行IEC61850規(guī)約，以便自動(dòng)化系統(tǒng)能夠利用規(guī)約轉(zhuǎn)換器在104規(guī)約與IEC61850規(guī)約之間順利實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

為了滿(mǎn)足220kV膠山變電站各個(gè)設(shè)備的對(duì)時(shí)需求，配備兩套時(shí)鐘源，利用對(duì)時(shí)擴(kuò)展裝置，輸送符合SNT和IEC61588標(biāo)準(zhǔn)的各種時(shí)間信號(hào)，并設(shè)置北斗授時(shí)系統(tǒng)，提高GPS的安全性，進(jìn)而構(gòu)建一套時(shí)間同步系統(tǒng)。如此一來(lái)，變電站的間隔層與站控層的設(shè)備都能夠在SNTP協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)B碼對(duì)時(shí)。

第三，五防系統(tǒng)與電能計(jì)量裝置的智能化。

五防系統(tǒng)的智能化是通過(guò)構(gòu)建微機(jī)五防一體化、程序化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即把日常管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、工程師站、故障信息系統(tǒng)與五防系統(tǒng)結(jié)合成一體，它們之間具有獨(dú)立的邏輯關(guān)系，卻能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)共享。這種優(yōu)化方式的好處在于能夠降低投資成本，也精簡(jiǎn)了數(shù)據(jù)共享的設(shè)備。220kV膠山變電站改造中220kV、110kV部分采用“計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯閉鎖+本設(shè)備間隔電氣閉鎖”方式予以改造；35kV部分為間隔式設(shè)備，本次改造仍然利用獨(dú)立微機(jī)五防系統(tǒng)，獨(dú)立微機(jī)五防系統(tǒng)升級(jí)以滿(mǎn)足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，與站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

電能計(jì)量裝置的智能化可以通過(guò)數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)，即用電子式互感器和合并單元取代傳統(tǒng)互感器，并采用數(shù)字式電能表來(lái)取代傳統(tǒng)的電能計(jì)量表，通過(guò)SV網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓電流信息的獲取。因?yàn)閿?shù)字式電能表符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，所以直接使用站總線(xiàn)將數(shù)據(jù)信息輸送到變電站。在220kV膠山變電站改造中未采用這一方案，而是保留原有電纜接線(xiàn)。僅通過(guò)配置具有IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信接口的電量采集終端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)與站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

第四，全站電源裝置的智能化。

因?yàn)樵?20kV膠山變電站的智能化改造中，我們更換了原本的繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)系統(tǒng)，及其通信板卡，使其符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)?；谝陨显瓌t，我們采用更換一體化電源系統(tǒng)的方式對(duì)原有的全站交直流、UPS及通信電源裝置進(jìn)行智能化改造。使其達(dá)到配置、監(jiān)控、設(shè)計(jì)三方面的一體化要求，其運(yùn)行工況和信息數(shù)據(jù)通過(guò)一體化監(jiān)控單元展示并通過(guò)DL/T 860（IEC61850）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式接入自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的優(yōu)化整合。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，22OkV 變電站的智能化改造應(yīng)當(dāng)綜合多方因素，結(jié)合變電站自身的智能化需求，進(jìn)行二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使其符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，提高變電站在電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方面的效率。

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