段德君

摘要：現(xiàn)代科技水平的提升致使變電站控制技術(shù)不斷走向自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化?！鞍踩?、效率、經(jīng)濟(jì)”成為智能變電站為企業(yè)提供生產(chǎn)力的具體要求，電力系統(tǒng)的智能化變電站成為自動(dòng)控制技術(shù)的研究根本。文章主要對南方電網(wǎng)推廣的常規(guī)模擬量采樣、GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳合閘模式智能化變電站自動(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深度分析與探究。

關(guān)鍵詞：智能化變電站;自動(dòng)控制技術(shù);設(shè)計(jì)原則;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

0引言

現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)水平的提升致使變電站自動(dòng)控制技術(shù)不斷發(fā)展，自2018年4月以來，南方電網(wǎng)新建變電站自動(dòng)控制技術(shù)已由綜合自動(dòng)化過渡到智能化。與傳統(tǒng)綜合自動(dòng)化變電站相比較，智能化變電站主要體現(xiàn)在設(shè)立獨(dú)立的GOOSE網(wǎng)過程層，配置光口交換機(jī)、智能終端、光口通訊方式;繼電保護(hù)及測控裝置電纜跳合閘改為GOOSE網(wǎng)跳合閘、各間隔斷路器及刀閘控制集中在智能終端、采用光纜敷設(shè)，減少二次電纜敷設(shè)。

1 設(shè)計(jì)原則

（1）互感器仍采用常規(guī)互感器，通過二次電纜直接接入裝置實(shí)現(xiàn)采樣，不配置合并單元。

（2）二次系統(tǒng)按邏輯功能劃分為站控層、間隔層、過程層設(shè)備。

（3）保護(hù)、測控裝置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸GOOSE報(bào)文，實(shí)現(xiàn)跳合閘功能和開關(guān)量信息的傳輸。

（4）安全自動(dòng)裝置通過常規(guī)電纜接線，實(shí)現(xiàn)跳合閘功能和開關(guān)量信息的傳輸。

（5）電壓切換和電壓并列方式、對時(shí)、計(jì)量、直流電源、二次交流電源、二次設(shè)備安全防護(hù)與常規(guī)變電站方式相同。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

220kV智能化變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（雙母線接線）

2.1 站控層設(shè)備

站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，雙以太網(wǎng)通訊方式。站控層設(shè)備主要功能是通過網(wǎng)絡(luò)匯集全站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，并定時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入歷史數(shù)據(jù)記錄庫;按需將數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度端;接受電網(wǎng)調(diào)度控制調(diào)節(jié)命令并下發(fā)到間隔層、過程層執(zhí)行;具有全站操作閉鎖控制功能和站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、人機(jī)聯(lián)系功能;具有對間隔層、過程層二次設(shè)備的在線維護(hù)、參數(shù)修改等功能。

2.1.1監(jiān)控主機(jī)

雙機(jī)冗余配置，具有硬件設(shè)備和軟件任務(wù)模塊的運(yùn)行自監(jiān)視功能。主機(jī)1兼操作員工作站滿足運(yùn)行人員直觀、便捷、安全、可靠的要求，主機(jī)2兼五防工作站功能，具有操作票專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對倒閘操作票的智能開票及管理功能。

2.1.2智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)

雙機(jī)冗余配置，智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)集成變電站和調(diào)度端系統(tǒng)之間的通信以及變電站的監(jiān)視和控制功能，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)，提供數(shù)據(jù)、模型和圖形的處理和傳輸服務(wù)，并支持智能告警、遠(yuǎn)程瀏覽、數(shù)據(jù)辨識(shí)、順序控制、電壓無功控制、防誤閉鎖、監(jiān)控終端等功能。

保護(hù)故障信息子站功能集成在智能遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)收集各繼電保護(hù)裝置及智能錄波器的動(dòng)作信號、運(yùn)行狀態(tài)信號，對事故進(jìn)行分析;調(diào)度端可調(diào)取繼電保護(hù)裝置和故障錄波裝置定值、動(dòng)作時(shí)間報(bào)告和故障錄波報(bào)告、運(yùn)行狀態(tài)信號等。

2.1.3 調(diào)度發(fā)令終端

接收調(diào)度端系統(tǒng)下發(fā)操作命令，人工操作。

2.1.4 站控層交換機(jī)

站控層按雙網(wǎng)配置交換機(jī)，交換機(jī)采用100Mbps電（光）接口，級聯(lián)端口采用1000Mbps光接口。

2.1.5 其它設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，通過監(jiān)控系統(tǒng)打印全站各裝置的保護(hù)告警、事件、波形等。

音響報(bào)警設(shè)備，播報(bào)全站事故信號、開關(guān)及刀閘位置變化、監(jiān)視信號變化內(nèi)容，并根據(jù)事故信號發(fā)出報(bào)警聲。

2.2 間隔層設(shè)備

間隔層按間隔配置，實(shí)現(xiàn)各個(gè)間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的匯總;完成各種保護(hù)、自動(dòng)控制、邏輯控制功能的運(yùn)算、判別、發(fā)令;完成各個(gè)間隔及全站操作聯(lián)閉鎖以及同期功能的判別;執(zhí)行數(shù)據(jù)的承上啟下通信傳輸功能。

2.2.1 繼電保護(hù)

（1）110kV及以上電壓等級繼電保護(hù)

220kV線路保護(hù)、主變保護(hù)、母線保護(hù)（集成母聯(lián)、分段保護(hù)功能）按雙重化配置，主變非電量保護(hù)集成在第1套本體智能終端。

110kV線路、母線（集成母聯(lián)、分段保護(hù)功能）保護(hù)按單套配置按單套配置。

保護(hù)與電壓、電流互感器通過電纜連接，實(shí)現(xiàn)模擬量采集;與刀閘機(jī)構(gòu)箱通過電纜連接，

實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的采集（電壓切換）;與智能終端通過光纜連接，實(shí)現(xiàn)跳合閘控制。

（2）10kV電壓等級繼電保護(hù)

10kV保護(hù)、測控、智能終端一體化設(shè)計(jì)。10kV線路、電容器、電抗器、站用變、接地變按單套配置;10kV分段按雙重化配置。

一體化裝置與電壓、電流互感器、斷路器操作機(jī)構(gòu)通過纜線連接，實(shí)現(xiàn)模擬量、開關(guān)量的采集與跳合閘控制。

2.2.2 安全自動(dòng)裝置

穩(wěn)控切負(fù)荷執(zhí)行站、220kV備自投、110kV備自投、10kV備自投按單重化配置，10kV備自投，按10kV主接線規(guī)模考慮數(shù)量。

安全自動(dòng)裝置與電壓、電流互感器、斷路器操作機(jī)構(gòu)通過纜線連接，實(shí)現(xiàn)模擬量、開關(guān)量的采集與跳合閘控制。

2.2.3 智能錄波器

智能錄波器具有連續(xù)報(bào)文記錄、暫態(tài)記錄、穩(wěn)態(tài)錄波、智能運(yùn)維及遠(yuǎn)程交互等功能;采用網(wǎng)絡(luò)方式采集數(shù)據(jù)。

智能錄波器包括采集單元與管理單元，其中管理單元雙重化配置，另配置智能錄波管理工作站;220kV電壓等級、110kV電壓等級、主變分別配置2套智能錄波采集單元，10kV電壓等級不配置智能錄波采集單元。主變智能錄波采集單元跨各電壓等級過程層交換機(jī)采集主變各側(cè)信息。

2.2.4 測控裝置

測控裝置按間隔單套配置一體化測控;110kV及以上電壓等級測控裝置獨(dú)立配置;主變各側(cè)及本體測控裝置獨(dú)立配置;公用測控裝置按接入需求配置測控?cái)?shù)量。

測控裝置設(shè)置同期手合/遠(yuǎn)控/強(qiáng)制手動(dòng)切換開關(guān)、分合閘操作開關(guān);測控裝置設(shè)置檢修硬壓板。

2.2.5 電能計(jì)量裝置

全站配置2套電能采集裝置，電能量信息通過電能采集裝置上傳至調(diào)度端計(jì)量主站。

無特殊要求配置關(guān)口表情況下，變電站配置考核表，采用三相四線電子式多功能雙向電能表，有功精度0.5S級，無功精度2級，具備雙RS-485接口。

主變變高配置主、副表，變中、變低、220kV線路、110kV線路、10kV線路、10kV電容器組、10kV電抗器組、10kV站用變變低均按單表配置。

2.2.6 故障測距

220kV線路長度超過50kM、多單位維護(hù)、巡線困難的交流線路配置故障測距裝置，兩側(cè)變電站測距裝置根據(jù)線路長度、每基塔位置設(shè)置參數(shù)，線路區(qū)內(nèi)故障跳閘時(shí)，可精準(zhǔn)判別故障點(diǎn)。

2.2.7 間隔層交換機(jī)

間隔層按雙網(wǎng)配置交換機(jī)。按公用設(shè)備、220kV電壓等級、110kV電壓等級、10kV電壓等級分別配置交換機(jī)，保護(hù)、測控接入交換機(jī)相互獨(dú)立。交換機(jī)采用100Mbps電（光）接口，級聯(lián)端口采用1000Mbps光接口。

2.3 過程層設(shè)備

過程層實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行等。

2.3.1 智能終端

智能終端按間隔配置，提供開入GOOSE信號接點(diǎn)，根據(jù)需求完成所需信號合成。

智能終端接收保護(hù)跳合閘命令、測控的手合/手分?jǐn)嗦菲髅罴案綦x開關(guān)、接地開關(guān)等GOOSE命令，輸入斷路器位置、隔離開關(guān)及接地開關(guān)位置、斷路器本體信號（含壓力低閉鎖重合閘等），跳合閘自保持功能，控制回路斷線監(jiān)視、跳合閘壓力監(jiān)視與閉鎖功能等。

（1）220kV線路、主變變高、母聯(lián)、分段雙重化配置，母線PT單套配置。

（2）110kV線路、主變變中、母聯(lián)、分段雙重化配置，母線PT單套配置。

（3）主變本體（其中1套集成非電量保護(hù)功能）、主變變低雙重化配置。

（4）10kV保護(hù)、測控、智能終端一體化配置，10kV分段雙重化配置，其它單套配置。10kV母線PT智能終端單套配置。

2.3.2 過程層交換機(jī)

過程層交換機(jī)按電壓等級配置，采用雙重化雙網(wǎng)配置。

（1）220kV電壓等級過程層交換機(jī)

220kV GOOSE A1、A2網(wǎng)：采集線路、主變變高、主變本體、母聯(lián)、分段、母線PT測控;采集線路、主變、母線（集成母聯(lián)、分段）第1套保護(hù);采集線路、主變變高、主變本體（集成非電量保護(hù)功能）、母聯(lián)、分段第1套智能終端，采集母線PT智能終端。

220kV GOOSE B1、B2網(wǎng)：采集公用測控，線路、主變、母線（集成母聯(lián)、分段）第2套保護(hù);采集線路、主變變高、主變本體、母聯(lián)、分段第2套智能終端。

（2）110kV電壓等級過程層交換機(jī)

110kV GOOSE A1、A2網(wǎng)：采集線路、主變變中、母聯(lián)、分段、母線PT測控;采集母線（集成母聯(lián)、分段）、線路保護(hù);采集主變變中、母聯(lián)、分段第1套智能終端，采集線路、母線PT智能終端。

110kV GOOSE B1、B2網(wǎng)：采集公用測控，主變變中、母聯(lián)、分段第2套智能終端。

（3）10kV電壓等級過程層交換機(jī)

在無簡易母差保護(hù)要求下，過程層可不獨(dú)立組網(wǎng);主變變低第1套智能終端、10kV分段第1套保測智接入110kV GOOSE A1/A2網(wǎng);主變變低第2套智能終端、10kV分段第2套保測智接入110kV GOOSE B1/B2網(wǎng)。

2.4 其它二次設(shè)備

2.4.1 二次安全防護(hù)設(shè)備

按接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)雙平面配置二次安全防護(hù)系統(tǒng)。每個(gè)平面配置2臺(tái)縱向加密認(rèn)證裝置、1臺(tái)橫向防火墻、1臺(tái)控制區(qū)交換機(jī)、1臺(tái)非控制區(qū)交換機(jī)。實(shí)現(xiàn)變電站與調(diào)度端數(shù)據(jù)的安全隔離及加密認(rèn)證。

2.4.2 綜合數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理單元

全站設(shè)置1套綜合數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理單元，用于匯集主變油色譜、主變鐵芯、主變中性點(diǎn)隔直、GIS局放等電氣一次設(shè)備相關(guān)信息，送至遠(yuǎn)方在線監(jiān)測后臺(tái)。

2.4.3 同步時(shí)鐘對時(shí)系統(tǒng)

全站配置1套同步時(shí)鐘對時(shí)系統(tǒng)設(shè)備，雙重化配置主時(shí)鐘（具備北斗、GPS對時(shí)功能），另配置對時(shí)擴(kuò)展裝置，輸出B碼RS485串口、光口對時(shí)接點(diǎn)。

2.4.4視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

全站配置1套視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，布置攝像監(jiān)視點(diǎn)。監(jiān)視站內(nèi)主變壓器、各電壓等級配電裝置等主要設(shè)備，以及全景監(jiān)視變電站出入口、圍墻四周電子圍欄、各功能小室，辯識(shí)外觀狀態(tài)。具備風(fēng)速、水浸、門禁管理等環(huán)境監(jiān)控及管理功能。

2.4.5交、直流電源系統(tǒng)

（1）直流電源系統(tǒng)

全站配置1套直流系統(tǒng)，采用兩段母線接線，兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，每段母線各帶1套充電裝置和1組蓄電池。自動(dòng)監(jiān)測各直流饋線絕緣情況，發(fā)出接地信號。

（2）交流不間斷電源系統(tǒng)

全站配置1套交流不間斷電源系統(tǒng)，采用雙機(jī)雙母線帶母聯(lián)運(yùn)行接線方式。具有2路交流輸入、1路直流輸入。

（3）二次交流電源系統(tǒng)

全站配置1套二次交流電源系統(tǒng)，兩路交流電源進(jìn)線，具備自動(dòng)切換功能。

3結(jié)語

綜上所述，南方電網(wǎng)區(qū)域智能化變電站自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高了變電站自動(dòng)控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化、智能化。電流互感器、電壓互感器、安全自裝置、計(jì)量表計(jì)仍舊采用常規(guī)設(shè)備，以兼具電網(wǎng)可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性為主。

隨著南方電網(wǎng)智能化變電站投運(yùn)數(shù)量的持續(xù)增加、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的逐步增長、智能化設(shè)備的不斷更新;在不遠(yuǎn)的將來將實(shí)現(xiàn)變電站全站二次設(shè)備、電壓互感器、電流互感器智能化，進(jìn)一步提高變電站自動(dòng)化控制技術(shù)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 ?《中國南方電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和典型造價(jià)V2.1》

[2]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 ?《智能變電站二次系統(tǒng)通用設(shè)計(jì)規(guī)范（2018年試行版）》