大型鋼鐵企業(yè)基于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的分布式110kV智能變電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)

任立新

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山063200）

1 引言

隨著智能電力設(shè)備的不斷發(fā)展，智能變電站技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中得到迅速應(yīng)用和發(fā)展，智能變電站的新建比例不斷提高，一些大型鋼鐵企業(yè)本著環(huán)保、低碳、先進(jìn)的發(fā)展理念，考慮智能變電站的諸多優(yōu)勢(shì)，也開始采用可靠、集成、先進(jìn)的智能設(shè)備，以信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，以IEC61850通信規(guī)范為基礎(chǔ)，開始建設(shè)自動(dòng)信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)功能于一體并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等功能的智能變電站。

2 一次設(shè)備及系統(tǒng)概況

本站由電子式互感器、智能化開關(guān)等智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC 61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，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。設(shè)有三個(gè)電壓等級(jí)：110kV、35kV、10kV。110kV系統(tǒng)為直接接地，10kV系統(tǒng)為小電阻接地，35kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)。安裝三臺(tái)110/10.5kV雙卷電力變壓器，容量為3x63000kVA；三臺(tái) 110/36.75kV 雙卷電力變壓器，容量為 2×50000＋1×63000 kVA。在110kV側(cè)雙母線雙分段接線：采用SF6封閉式組合電器（GIS），在10kV側(cè)單母線分段接線；35kV側(cè)單母線接線。10kV和35kV設(shè)備采用鎧裝移開式交流金屬封閉高壓開關(guān)柜。

3 智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用三層兩網(wǎng)配置。測(cè)控系統(tǒng)采用網(wǎng)采網(wǎng)跳方式，保護(hù)系統(tǒng)采用直采直跳方式。［1］

3.1 站控層、間隔層通信MMS網(wǎng)，雙網(wǎng)配置；間隔層、過程層通信采用SV/GOOSE二合一網(wǎng)絡(luò)，主變測(cè)控系統(tǒng)雙網(wǎng)配置，其余線路、母聯(lián)、PT等間隔測(cè)控系統(tǒng)單網(wǎng)配置；10kV/35kV系統(tǒng)采用保測(cè)一體裝置，三網(wǎng)合一數(shù)據(jù)雙網(wǎng)上傳MMS網(wǎng)。10kV/35kV保測(cè)一體裝置配置SV數(shù)字采樣數(shù)據(jù)輸出功能，用于故障錄波系統(tǒng)組網(wǎng)采集。

3.2 變壓器系統(tǒng)保護(hù)雙套配置，110kV、35kV、10kV間隔保護(hù)單套配置，110kV配置母差保護(hù)。

3.3 110kV線路、母聯(lián)、母線等間隔采用合并單元、智能終端分體裝置，單套配置；110kV按母線配置電壓采集合并單元，由線路間隔MU自動(dòng)選線采集對(duì)應(yīng)母線PT電壓。變壓器系統(tǒng)采用合并單元、智能終端分體裝置雙套配置。［2］3.4計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層、分布、開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由站控層、間隔層、過程層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。站控層設(shè)備布置在變電站主控制樓內(nèi)的計(jì)算機(jī)室及主控制室內(nèi)，間隔層設(shè)備分別布置在繼電保護(hù)室內(nèi)。過程層設(shè)備根據(jù)需要布置在配電裝置現(xiàn)場(chǎng)或者相應(yīng)的繼電器室內(nèi)。

4 系統(tǒng)設(shè)備配置

4.1 站控層設(shè)備

4.1.1 用于整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、管理，可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報(bào)表的制作、修改，以及網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)、系統(tǒng)診斷等工作；負(fù)責(zé)收集、處理、存儲(chǔ)站控層數(shù)據(jù)；作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要人機(jī)界面，用于圖形及報(bào)表顯示、事件記錄及報(bào)警狀態(tài)顯示和查詢，設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢，操作指導(dǎo)，就地順序控制的顯示和操作，單個(gè)操作控制命令的解釋和下達(dá)、閉鎖邏輯功能、AVQC等。

4.1.2 站控層全景數(shù)據(jù)包括一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果數(shù)據(jù)、二次設(shè)備可視化數(shù)據(jù)、智能輔助系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、測(cè)控及保護(hù)數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)等的各種數(shù)據(jù)收集、處理、存儲(chǔ)的中心。具備智能告警及分析決策、故障信息綜合分析決策、設(shè)備狀態(tài)可視化等高級(jí)應(yīng)用功能。通過專用通道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式以及站內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備向遠(yuǎn)程傳送狀態(tài)監(jiān)測(cè)、保護(hù)信息等全景數(shù)據(jù)信息。

4.1.3 遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備：采用單套專用獨(dú)立設(shè)備，直采直送，通過專用通道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式以及站內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備向各級(jí)調(diào)度傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息。

4.1.4 智能接口設(shè)備用于將站內(nèi)其他智能設(shè)備的通信規(guī)格轉(zhuǎn)換為DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的轉(zhuǎn)換終端。

4.2 間隔層設(shè)備

4.2.1 I/O測(cè)控裝置具有狀態(tài)量采集、交流采樣及測(cè)量、防誤閉鎖、同期檢測(cè)、就地?cái)嗦菲骶o急操作和單接線狀態(tài)及數(shù)字顯示等功能，對(duì)全站運(yùn)行設(shè)備的信息進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、處理和傳送。I/O測(cè)控裝置還應(yīng)配置有“就地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)。

4.2.2 I/O測(cè)控裝置的配置原則為開關(guān)電氣設(shè)備按每個(gè)電氣單元配置，母線單元按每段母線單獨(dú)配置，公用單元單獨(dú)配置。主變壓器單元按各側(cè)電壓等級(jí)單獨(dú)配置。

4.2.3 35kV及以下母線、分段按保護(hù)測(cè)控一體化裝置配置，就地布置在35kV及以下開關(guān)柜上，保護(hù)測(cè)控一體化裝置。

4.3 過程層設(shè)備

過程層設(shè)備包含智能終端、合并單元及智能一次設(shè)備接口等?？赏瓿勺冸娬緮嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)的信號(hào)采集、處理和控制，以及互感器采樣值信息的采集和處理。［3］

5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用雙機(jī)雙以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備之間的通信；間隔層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備之間、相鄰間隔以及間隔層與站控層之間的通信，傳輸MMS報(bào)文、GOOSE報(bào)文。在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，間隔層應(yīng)能獨(dú)立完成就地?cái)?shù)據(jù)采集和控制功能。過程層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)過程層裝置與間隔層設(shè)備之間的通信、傳輸GOOSE報(bào)文及采樣值報(bào)文。［4］

5.1 MMS 網(wǎng)

5.1.1 雙網(wǎng)配置，配置專用級(jí)聯(lián)核心交換機(jī)。

5.1.2 核心交換機(jī)向上連接站控層設(shè)備，向下連接間隔層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

5.1.3 接收 10kV/35kV 測(cè)控一體裝置報(bào)文信息。

5.2 SV /GOOSE 網(wǎng)

5.2.1 根據(jù)變壓器雙套保護(hù)情況，雙網(wǎng)配置。

5.2.2 線路、母聯(lián)、分段等間隔單網(wǎng)配置。

5.2.3 10kV/35kV 線路 SV 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

5.2.4.110 kV/35kV 配置保護(hù)裝置具備 SV 數(shù)字采樣輸出功能，單網(wǎng)供故障錄波系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

5.3 交換機(jī)配置基本原則

5.3.1 主控制室和繼電器室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)宜采用屏蔽雙絞線，通向戶外的通信介質(zhì)及用于交換機(jī)互聯(lián)的介質(zhì)采用光纜。

5.3.2 采樣值和保護(hù)GOOSE報(bào)文的傳輸介質(zhì)采用光纜。［5］

6 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)軟件

6.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件等，操作系統(tǒng)應(yīng)采用UNIX或LINUX等安全性較高的操作系統(tǒng)。

6.2 采用系統(tǒng)組態(tài)軟件用于數(shù)據(jù)生成、圖形與報(bào)表編輯等數(shù)據(jù)庫建模與系統(tǒng)維護(hù)操作。滿足系統(tǒng)各項(xiàng)功能的要求，為用戶提供交互式的、面向?qū)ο蟮摹⒎奖沆`活的、易于掌握的、多樣化的組態(tài)工具，宜提供一些類似宏命令的編程手段和多種實(shí)用函數(shù)，以便擴(kuò)展組態(tài)軟件的功能。用戶能很方便地對(duì)圖形、曲線、報(bào)表、報(bào)文進(jìn)行在線生成、修改。所有應(yīng)用面均應(yīng)漢化，用戶可在畫面上定義數(shù)據(jù)庫和各種數(shù)據(jù)集的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和各種動(dòng)態(tài)字符、矢量漢字。

7 結(jié)束語

基于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的分布式110kV智能變電站在國(guó)有大型鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用，也符合了國(guó)家智能制造“十三”規(guī)劃，智能變電站提供能夠共享的數(shù)據(jù)源和靈活控制的手段，通過程層網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備功能優(yōu)化集成，為鋼鐵企業(yè)的智能制造時(shí)代的到來，做好電力保障需求。