淺析110kV山會(huì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

杜春麗

摘 要：本文從應(yīng)用的視角對(duì)110kV山會(huì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，包括：變電站一次設(shè)備的智能化、二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、二次系統(tǒng)的改進(jìn)及運(yùn)行中的注意事項(xiàng)。通過分析，深入細(xì)致掌握山會(huì)變電站的關(guān)鍵技術(shù)，為變電站更好的運(yùn)行、檢修和故障查找等打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；光纖；IEC61850；電子互感器；檢修壓板

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0189-02

0 引言

110kV山會(huì)變電站作為數(shù)字化智能變電站，其一二次設(shè)備與傳統(tǒng)變配電站存在較大的差異。尤其在二次系統(tǒng)方面，相較于傳統(tǒng)繼電器保護(hù)和常規(guī)微機(jī)保護(hù)（10kV金山站），增加了模塊化自動(dòng)裝置、光電網(wǎng)絡(luò)通訊等新技術(shù)，相應(yīng)地自動(dòng)化系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的改變，但運(yùn)行及檢修人員對(duì)新的技術(shù)還欠缺本質(zhì)上的掌握，傳統(tǒng)的檢修安全措施也不能適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，只有深入了解山會(huì)變電站的關(guān)鍵技術(shù)，才能更好地做好站內(nèi)運(yùn)檢工作。

1 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的山會(huì)變電站的體系結(jié)構(gòu)

1.1 山會(huì)變電站基本體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)元件分類山會(huì)變電站仍然是一次設(shè)備和二次設(shè)備（包括保護(hù)、測(cè)控、監(jiān)控和通信設(shè)備等）兩個(gè)層面。根據(jù)邏輯分類，變電站通信體系根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)將山會(huì)變電站通信體系分為三層：站控層、間隔層、過程層，兩網(wǎng)：站控層網(wǎng)絡(luò)、過層層網(wǎng)絡(luò)。

1.2 山會(huì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)接口模型

山會(huì)變電站通信系統(tǒng)按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，邏輯通信接口如圖1所示。圖1中各邏輯接口間實(shí)現(xiàn)層間保護(hù)、采樣、控制等數(shù)據(jù)的交換。通信網(wǎng)絡(luò)物理上分為兩層，一層為過程層網(wǎng)絡(luò)，另一層為站控間隔層網(wǎng)絡(luò)。在過程層網(wǎng)絡(luò)工作有接口4和5，在站控間隔層網(wǎng)絡(luò)工作的接口有1、6、9，接口3和8中涉及保護(hù)功能的部分工作在過程層網(wǎng)絡(luò)，其它部分工作在站控間隔層網(wǎng)絡(luò)。

2 山會(huì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 一次設(shè)備智能化技術(shù)

山會(huì)變電站采用了電子式互感器，二次電流電壓全部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，避免了傳統(tǒng)變電站在互感器上工作的危險(xiǎn)點(diǎn)。電子互感器的關(guān)鍵技術(shù)在于采集器高壓側(cè)供電的可靠性和輸出數(shù)據(jù)與二次設(shè)備的接口問題?；ジ衅鞲邏簜?cè)采集器的工作電源同時(shí)由一次取能線圈和激光電源提供，兩者動(dòng)態(tài)自檢，互為熱備用。

2.2 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

2.2.1 山會(huì)變電站系統(tǒng)組網(wǎng)

（1）站控層組網(wǎng)：變電站層（MMS）通信實(shí)時(shí)性要求較低，組網(wǎng)方式選用單星型網(wǎng)方式。（2）過程層組網(wǎng)：在山會(huì)變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，過程層網(wǎng)絡(luò)的重要性高于站控層網(wǎng)絡(luò)。通訊網(wǎng)絡(luò)配置采用分間隔進(jìn)行，電壓等級(jí)為110kV的間隔如主變間隔，集中配置主變專用交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)主變間隔內(nèi)間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備之間的信息交換。過程層網(wǎng)絡(luò)分為GOOSE網(wǎng)和采樣值SV網(wǎng)，GOOSE網(wǎng)傳輸各種各樣的開關(guān)量和非電量等信息，SV網(wǎng)傳輸交流采樣值信息。

2.2.2 過程層的通信模式

過程層通信主要為開關(guān)量和采樣值信息的傳輸，其中開關(guān)量包括一次設(shè)備（如斷路器及刀閘）位置的狀態(tài)信號(hào)、分合閘命令，以及裝置的異常信號(hào)（斷路器控制回路斷線）等。采樣值包括電壓量、電流量。過程層通信共采用三種規(guī)約：IEC61850-9-2、FT3、GOOSE。其中前兩種主要用于采樣，GOOSE主要用于跳閘。

（1）采樣值傳輸。采樣值傳輸采用從互感器到合并器，合并器再到間隔層設(shè)備或跨間隔的路徑傳輸。從互感器到合并器時(shí)采用FT3協(xié)議，互感器與合并器通過光纖串行口連接。從合并器到間隔層設(shè)備（如電能表、線路保護(hù)測(cè)控裝置等）通過以太網(wǎng)口通信（IEC61850-9-2協(xié)議）。合并器與跨間隔設(shè)備（如備自投、母差保護(hù)等）通過光纖串行口通信（FT3協(xié)議）。裝置CPU插件與差動(dòng)合并器之間通過以太網(wǎng)通信（IEC61850-9-2協(xié)議）?？玳g隔設(shè)備配置差動(dòng)合并器，實(shí)現(xiàn)各間隔間的采樣值同步（FT3協(xié)議）。具體見圖2。

（2）開關(guān)量傳輸。開關(guān)量傳輸主要有以下3種方式：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的GOOSE傳輸、FT3串行傳輸、基于IEC61850-9-2協(xié)議的傳輸。開關(guān)量傳輸示意見圖3。

1）FT3串行傳輸：采用光纖串行口，單向傳輸。主要用于間隔層內(nèi)的狀態(tài)量和控制量的交換，如主變壓器保護(hù)與備自投的聯(lián)跳閉鎖等。

2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的GOOSE傳輸：單間隔保護(hù)裝置與智能終端間，如跳閘信息的傳遞，如110kV線路間隔。

3）基于IEC61850-9-2協(xié)議的傳輸：用于10kV間隔內(nèi)保護(hù)裝置與智能終端、合并器之間的信息交換，以及就地智能終端與主變壓器間隔數(shù)據(jù)集中器之間的信息交換。

3 山會(huì)變電站與傳統(tǒng)站的區(qū)別

3.1 數(shù)字化繼電保護(hù)的結(jié)構(gòu)改變

區(qū)別于10kV金山站的繼電保護(hù)模式（以微機(jī)保護(hù)裝置為中心的組態(tài)模式），110kV山會(huì)變電站過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)間隔間的信息共享，其二次系統(tǒng)采用光纖等代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜，且繼電保護(hù)功能模塊化，實(shí)現(xiàn)靈活組態(tài)。如圖4，在110kV山會(huì)變電站數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)中，智能終端與站內(nèi)傳統(tǒng)變壓器和高壓開關(guān)配合，實(shí)現(xiàn)了變壓器、高壓開關(guān)等一次設(shè)備的信息采集，并將采集的模擬量信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。合并單元實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)所有電流、電壓數(shù)據(jù)的采集與共享，保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作的邏輯運(yùn)算處理。

3.2 二次回路間信號(hào)傳遞方式改變

10kV金山站常規(guī)微機(jī)保護(hù)裝置與其他一、二次設(shè)備之間，各屏柜之間的二次回路都是通過二次電纜構(gòu)成。110kV山會(huì)變電站二次回路則采用雙絞網(wǎng)線、光纖連接，通過過程層組網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)變電站二次回路的全部功能。雙絞網(wǎng)線、光纖取代了二次電纜，復(fù)雜的二次回路的連接變成了網(wǎng)絡(luò)通信的連接，設(shè)備間的通信為數(shù)字信號(hào)傳輸，降低了二次回路維護(hù)和故障查找難度。

3.3 保護(hù)壓板形式改變

10kV金山站常規(guī)微機(jī)保護(hù)壓板包含“出口壓板”和“功能壓板”等，出口壓板形式為硬壓板，控制保護(hù)裝置本身跳合閘輸出。110kV山會(huì)變電站中保護(hù)裝置的壓板僅保留了“檢修狀態(tài)”硬壓板，其它壓板（“出口壓板”和“功能壓板”）普遍采用軟壓板（裝置內(nèi)軟件邏輯程序的功能選項(xiàng)中設(shè)置壓板投退）形式。裝置設(shè)有“檢修狀態(tài)”硬壓板，該硬壓板可以控制裝置GOOSE報(bào)文數(shù)據(jù)中的檢修狀態(tài)位。選擇投入“檢修狀態(tài)”硬壓板，此時(shí)的GOOSE報(bào)文均為檢修態(tài)報(bào)文。

4 山會(huì)變電站在運(yùn)行檢修應(yīng)注意的問題

山會(huì)變電站作為數(shù)字化變電站，新技術(shù)的使用也同樣帶了一系列新問題，如與傳統(tǒng)變電站的硬壓板相比，山會(huì)變電站設(shè)備檢修過程中對(duì)繼電保護(hù)裝置的檢修壓板及軟壓板的投退可能出現(xiàn)漏投、漏退的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致設(shè)備的誤跳。所以山會(huì)變電站在進(jìn)行設(shè)備檢修時(shí)的二次安全隔離措施是非常有必要的。在檢修安措中，可以通過投退檢修壓板、GOOSE軟壓板、光通道隔離、智能終端出口硬壓板4種方式實(shí)現(xiàn)二次回路的安全隔離措施。其中光通道隔離是將裝置間的光纖斷開，這樣能雖然實(shí)現(xiàn)運(yùn)行裝置和檢修裝置的可靠隔離，但是多次插拔，可能導(dǎo)致設(shè)備光纖插口損壞，同時(shí)接收裝置會(huì)發(fā)GOOSE斷鏈告警，不建議經(jīng)常使用。

5 結(jié)語

山會(huì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)成功解決了傳統(tǒng)綜合自動(dòng)化變電站存在的信息難以共享、設(shè)備不具互操作性、可靠性受二次電纜影響等問題。其信息采樣、傳輸、處理實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，自動(dòng)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站存在較大差異，通過對(duì)山會(huì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)分析，深入細(xì)致掌握山會(huì)變電站的關(guān)鍵技術(shù)，為變電站更好的運(yùn)行、檢修、事故分析等打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁文書.電力系統(tǒng)微機(jī)型自動(dòng)裝置[M].2005.

[2] 朱松林.變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].中國電力出版社，2008.

[3] 王傳輝.變電站綜合自動(dòng)化[M].中國知識(shí)出版社，2006.