110kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

胡賢浩 陳曦 周益 方蕾

摘要：智能變電站具有狀態(tài)可視化、功能集成和信息數(shù)字化的主要技術(shù)特征。本文介紹了浙江省某110kV智能變電站中自動(dòng)化系統(tǒng)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主要包括動(dòng)態(tài)組播技術(shù)的應(yīng)用、SV+GOOSE+IEEE1588通用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的應(yīng)用、通信時(shí)鐘同步技術(shù)的應(yīng)用以及不同原理電子式變壓器的應(yīng)用。討論了新技術(shù)在智能變電站應(yīng)用中的新問題，這對(duì)智能變電站建設(shè)與應(yīng)用有著重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：110kV智能變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；時(shí)鐘同步

引言

某110kV變電站是浙江省智能化和數(shù)字化變電站的試點(diǎn)項(xiàng)目。本項(xiàng)目的目的是在500kV某變電站和220kV某變電站IEC61850的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以電子變壓器的工程應(yīng)用為重點(diǎn)，擴(kuò)大變電站中數(shù)字化設(shè)備應(yīng)用的范圍。文章詳細(xì)介紹了某110kV變電站應(yīng)用中的一些關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)新技術(shù)在智能變電站應(yīng)用中出現(xiàn)的一些相關(guān)問題進(jìn)行了分析。

1.共網(wǎng)傳輸技術(shù)的應(yīng)用

過程層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的是“SV+GOOSE+IEEE1588”共用網(wǎng)絡(luò)模式，本文分析了共用網(wǎng)絡(luò)模式對(duì)保護(hù)的影響，其中重點(diǎn)研究了網(wǎng)絡(luò)通信中同步技術(shù)的數(shù)字保護(hù)，在就地開關(guān)的箱子內(nèi)安裝了由智能終端組成的I/O測(cè)控。并控制、保護(hù)智能開關(guān)接線盒中的現(xiàn)場(chǎng)操作箱和在線檢測(cè)元件。通過GOOSE通信，實(shí)現(xiàn)了主變壓器保護(hù)跳閘、啟動(dòng)故障、線路、母差等分配和保護(hù)功能；研究了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)擴(kuò)容改造過程中涉及到的網(wǎng)絡(luò)配置方法，IEEE1588高精度冗余網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)和輔助設(shè)備支持動(dòng)態(tài)分組廣播協(xié)議以及過程層交換機(jī)。時(shí)間模式解決了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置問題，實(shí)現(xiàn)了高精度的二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)定時(shí)功能。

2.應(yīng)用不同原理電子式變壓器

110kV系統(tǒng)應(yīng)用了兩套不同的配置保護(hù)方案，并在組合單元和電子式變壓器的遠(yuǎn)程模塊中設(shè)計(jì)了獨(dú)立的兩套采樣電路設(shè)備。為了研究羅氏線圈、純光纖、傳統(tǒng)變壓器、110kV變電所線路和電橋的保護(hù)效果，采用羅氏電流互感器和電壓互感器的原理，在主變壓器套管電流互感器配置中采用全光纖電流互感裝置。針對(duì)差動(dòng)母線保護(hù)和純光纖電子式電流互感器進(jìn)行應(yīng)用研究；110kV線路光學(xué)差動(dòng)保護(hù)，一端應(yīng)用常規(guī)模擬變壓器，另一端應(yīng)用電子式變壓器，研究其對(duì)線路保護(hù)的影響以及梳狀結(jié)構(gòu)的影響。本文研究了傳統(tǒng)電子式變壓器、羅氏線圈和純光纖對(duì)主變壓器保護(hù)的影響。智能開關(guān)通過傳統(tǒng)開關(guān)+智能終端+在線檢測(cè)方法，以及變壓器內(nèi)預(yù)置環(huán)境檢測(cè)和繞組光纖溫度傳感器的智能實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)設(shè)備的局部數(shù)字化。

3. 設(shè)計(jì)通信同步時(shí)鐘源

變電站使用電子變壓器，當(dāng)合并單元中時(shí)鐘同步出現(xiàn)異常時(shí)，將直接造成保護(hù)阻塞。引起合并單元失步的最主要原因之一就是衛(wèi)星時(shí)鐘同步裝置的被動(dòng)輸出和輸出時(shí)間源的抖動(dòng)現(xiàn)象。所以，為了防止衛(wèi)星時(shí)鐘的同步設(shè)備不正常地輸出時(shí)鐘源信號(hào)，而導(dǎo)致合并單元出現(xiàn)失步現(xiàn)象，將衛(wèi)星時(shí)鐘的同步設(shè)備設(shè)計(jì)為由“時(shí)鐘源”與“時(shí)間”組成。

在動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)中，我們通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信記錄的分析，發(fā)現(xiàn)在從不同步狀態(tài)到同步狀態(tài)的過渡過程中，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作退出主變壓器保護(hù)。當(dāng)沒有設(shè)置同步采樣標(biāo)志的時(shí)候，MU輸出采樣值會(huì)跳轉(zhuǎn)，并且存在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。設(shè)置同步采樣標(biāo)志以后，MU輸出采樣值再次跳轉(zhuǎn)，并且差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作退出。為了避免保護(hù)動(dòng)作失敗，請(qǐng)?jiān)趩⒂帽Ｗo(hù)之前確保兩端MUS的可靠同步，并延遲MU發(fā)送相關(guān)同步標(biāo)志的時(shí)間。該變電站過程層網(wǎng)絡(luò)定時(shí)方案采用IEEE1588V2協(xié)議。所述冗余衛(wèi)星定時(shí)裝置充當(dāng)所述定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)鐘源，用以太網(wǎng)交換機(jī)充當(dāng)從時(shí)鐘，其他的智能設(shè)備充當(dāng)從時(shí)鐘，通過IED裝置與主時(shí)鐘同步，以確保IED裝置之間的同步。作為一種透明時(shí)鐘，以太網(wǎng)交換機(jī)消除了網(wǎng)絡(luò)消息轉(zhuǎn)發(fā)和交換鏈路對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)的影響，從而獲得了較高的同步精度。

4.應(yīng)用動(dòng)態(tài)組播協(xié)議

組播注冊(cè)協(xié)議是在通用注冊(cè)協(xié)議屬性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種組播注冊(cè)協(xié)議，主要用來維護(hù)交換機(jī)中的組播注冊(cè)信息。所有支持GMRP的交換機(jī)都可以從其他交換機(jī)接收有關(guān)的組播注冊(cè)信息，還能動(dòng)態(tài)更新當(dāng)?shù)亟M播注冊(cè)的有關(guān)信息。它們還可以向其他交換機(jī)發(fā)送本地組播注冊(cè)的有關(guān)信息。這種信息交互機(jī)制保證了同一交換網(wǎng)絡(luò)中支持GMRP的所有設(shè)備組播信息的統(tǒng)一。

因?yàn)樽冸娬镜匿洸ǚ治鱿到y(tǒng)和故障錄波設(shè)備需要在過程層監(jiān)控SV和GOOSE以及網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的時(shí)間信息，因此開關(guān)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足故障錄波和錄波分析系統(tǒng)的監(jiān)控要求。在此項(xiàng)目中，GMRP協(xié)議開放，網(wǎng)絡(luò)上的所有組播都將從此端口發(fā)送，而不接收啟用GMRP的設(shè)備，這更適合不支持GMRP功能的網(wǎng)絡(luò)分析器和記錄器。如果全局GMRP設(shè)備處于打開狀態(tài)，那么僅當(dāng)設(shè)備發(fā)送“加入”消息并加入到采樣值指定的組播組時(shí)，該設(shè)備才能接收相關(guān)采樣值數(shù)據(jù)。

5.思考智能變電站的新技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)下，智能變電站的一個(gè)主要特點(diǎn)是用光纜通信和數(shù)字一次設(shè)備取代傳統(tǒng)變電站最常應(yīng)用的二次電纜。光纜信息的傳輸具有無電磁干擾、帶寬高等優(yōu)點(diǎn)。它避免了因使用電纜而引起的交直流誤觸、輸電過電壓、電磁兼容和兩點(diǎn)接地等問題，從而導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)。電源通過控制電纜連接到輔助設(shè)備，這可能導(dǎo)致保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作不正確或者設(shè)備損壞。新技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用，不僅解決了傳統(tǒng)變電站的問題，而且還引起了新的技術(shù)問題。

6.結(jié)語

從GMRP技術(shù)、通信系統(tǒng)的時(shí)鐘同步、三網(wǎng)融合等方面對(duì)某110kV智能變電站工程的應(yīng)用進(jìn)行了分析。在對(duì)新出現(xiàn)技術(shù)問題深入思考的基礎(chǔ)上，提出了智能變電站的建設(shè)方案，對(duì)智能變電站進(jìn)行了一次非常有價(jià)值的探索。新技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用，給原來的運(yùn)行、調(diào)試、設(shè)計(jì)和維護(hù)方式帶來了很大的變化。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)分工、自動(dòng)化和電力系統(tǒng)保護(hù)已經(jīng)不能滿足變電站智能運(yùn)行和維護(hù)的跨學(xué)科需求。所以，必須打破電力公司傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)管理模式和現(xiàn)有的保護(hù)、監(jiān)控，迫切需要培養(yǎng)具有網(wǎng)絡(luò)通信、監(jiān)控和保護(hù)的復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn)

[1]許偉國，張亮.數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)通信在線故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，30（6）：121-124.

[2]張?zhí)?，張濱，郭德勝.青島智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)[J].供用電，2010（6）：34-37.

[3]何衛(wèi)，王永福，繆文貴.IEC 61850深層次互操作試驗(yàn)方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（6）：103-107.

[4]胡永春，張雪松，許偉國.IEEE1588時(shí)鐘同步系統(tǒng)誤差分析及其檢測(cè)方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（210：107-111.

[5]許偉國，蔣曄，張亮.數(shù)字化變電站中網(wǎng)絡(luò)通信“黑匣子”的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（17）；92-94.

（作者單位：國網(wǎng)浙江象山縣供電有限公司）