智能變電站設計及研究(存儲版)

　　

【正文】 跳閘接口，所有的非電量信號都可以定義為不經過CPU的直接重動跳閘或報警輸出信號。每個專業的分工不同，涉及管理及運行的部門不盡相同，對設備配置的要求相互獨立，但不同專業之間的部分功能要求重合，這就帶來二次設備重復或冗余配置的現象。智能變電站一體化監控系統的架構如圖7所示。目前調度主站有保護信息主站、調度主站，分別位于不同的安全分區，在實現調控一體化運行模式后，對保護軟壓板投退、保護定值區切換等原屬于保護班職責范圍內的操作也納入調度人員的遙控范圍，因此考慮站內監控主機兼保護信息子站的功能，調度人員在遠方可經I區通信網關實現在站內監控主機上對保護裝置的信息查詢、保護定值的查詢、修改、軟壓板的投退等操作。（3）保護信息子站作為全站一體化監控系統上的一個應用功能模塊實現。但由于其保留完善的電氣閉鎖接線，存在斷路器、隔離開關內部接線復雜、跨間隔電纜聯系多、電纜敷設工作量大以及擴建接線困難等缺點。間隔層設備含系統保護設備、元件保護設備、測控裝置、備用電源自投裝置、故障錄波裝置、相量測量裝置、行波測距裝置、網絡記錄分析裝置、電能計量裝置等設備，通過過程層網絡(或點對點)的方式與過程層設備通信，獲取數字采樣值、開關量等實時信息，并通過間隔層網絡(MMS/GOOSE網)與站控層設備通信。如220kV間隔的保護為雙重化配置，如兩套保護都含測控功能，勢必引起220kV側間隔需處理雙數據源的問題。方案二：雙網同時上傳，數據上行采用A網的完整數據與B網裝置的自檢數據的方式。推薦方案:當單套測控裝置跨接在過程層的雙重化網絡時，數據上行采用“A網的完整數據+B網的裝置自檢數據”，控制下行采用“A網單網控制不切換”方式，同時要求測控裝置的A，B網端口獨立，簡化測控裝置的處理邏輯，保證運行的可靠性，處理機制如圖8所示。取消變電站跨間隔間的電氣閉鎖，減少電纜用量。在線監測系統建設的目的主要是要幫助變電站檢修運維人員及時準確地了解電力設備的真實運行狀態，并能提供形象的有價值的設備信息輔助工作人員制定巡檢維護計劃。有些模擬信號在轉換成電壓信號后將發送到IED內的信號預處理電路，如斷路器分合閘電流、三相位移等。本文以220kV電壓等級以及110kV電壓等級智能變電站為例，其中遠期220kV網段每間隔雙重化配置兩臺16光口交換機，110kV網段每間隔配置1臺8光口交換機，給出了220kV電壓等級以及110kV電壓等級智能變電站三層兩網設計方案分別如圖11和12所示。并以220kV、110kV電壓等級為例，給出了220kV電壓等級智能變電站通用設計三層兩網設計方案及110kV電壓等級智能變電站通用設計三層兩網設計方案。（3）在介紹智能變電站的主要支撐技術、技術原則、技術特征及通訊標準后，文章第三部分對智能變電站的高壓設備技術特征、組成架構進行了介紹，并對智能變壓器、智能開關設備進行了初步設計。變電站工作人員會根據接收到的數據的分析處理結果以及調度中心的調控命令，執行設備操作并制定檢修計劃。過程層由多路傳感器和智能一次設備組成，負責信號采集和不同物理信號的電量化、數字化。主變元件不單獨組網，220kV側及本體設備接入220kV電壓等級的過程層網絡，110kV側設備接入110kV電壓等級的過程層網絡，主變保護跨接在兩個電壓等級的網絡上，以便于母差保護與故障錄波等公用設備獲取GOOSE信息。現階段的智能變電站設計時，建議通過智能終端軟邏輯功能實現總分閘、總合閘位置；推薦采用斷路器本體防跳、壓力閉鎖、三相不一致回路。方案比較：方案一無縫切換對測控裝置處理能力要求較高，方案二對裝置而言處理簡單可靠，對于單測控而言，單網的冗余度可行，風險性可控。為防止當其中一個網口出現網絡風暴時影響到另一個網口，需要對該測控裝置的A，B網口進行物理上的隔離，即每個SV/GOOSE口應具備MAC控制器，應能按需獨立配置發送、接收的SV/GOOSE控制塊。從經濟層面看，測控計量的集成技術會略微增加原測控裝置的成本，但隨著技術的推廣，集成設備的生產形成常規化，受市場因素的影響，設備價格必然會下降并保持平穩，因此對整體投資不會造成大的影響。今后，待智能化變電站監控系統的邏輯閉鎖可靠性得到驗證時，可進一步取消單元電氣閉鎖接線。其防誤操作閉鎖實施方案可采用如下三種方案:（1）監控系統完整的防誤操作邏輯閉鎖十完善的電氣閉鎖（2）監控系統完整的防誤操作邏輯閉鎖十間隔單元電氣閉鎖（3）監控系統完整的防誤操作邏輯閉鎖十間隔測控單元閉鎖方案一采用雙套完整閉鎖方案，可靠性最高。該方案主要特點如下:（1）將站內監控系統、輔助系統信息統一接入站控層，構建智能變電站一體化基礎信息平臺。站控層設備按照變電站最終規模配置，慮到目前110kV及220kV變電站基本為無人值守變電站，因此在站內不設獨立的操作員工作站和維護工程師站，但預留站內后臺操作的條件，由監控主機整合其功能。站控層為站端管理人員提供全站運行的人機聯系界面，實現對間隔層設備、過程層設備的管理控制等功能，同時負責與上級調度部門通信。本章對能變電站的高壓設備技術特征、智能變壓器的初步設計方案以及智能開關設備的初步設計進行了詳細的介紹，為下文智能變電站的二次設備與監控系統的設計提供理論參考。繞組熱點溫度采用光纖直接測量，光纖測量點數量和位置由制造商和用戶協商確定。有載分接開關控制IED有載分接開關控制從站控層網絡獲取數據信息，根據設定的調壓控制方式，結合所獲得的數據信息，根據控制策略，自動向有載調壓開關執行器發出調節指令。圖4 基于智能組件的智能變壓器設計不同電壓等級、不同類型以及有特殊要求的智能變壓器，對各個智能組件的要求不一樣。在智能變電站的高壓設備中，信息通訊互動化包括：1）作為智能變電站高壓設備的主要部件之一，智能組件可以實時在線監測智能變電站的高壓設備的運行、控制及帶負載的狀態等信息，并將在線監測到的信息通過智能變電站站控層網絡分享到電網調控系統中心，電網調控系統中心可以根據分享的數據進行電網的優化控制以及規劃制定。（3） 狀態結果的可視化狀態結果的可視化主要包括監測模塊、系統測控裝置模塊、測量模塊等信息，其可視化的結果可以通過智能變電站中檢測功能模塊實現。智能變電站參數數字化的測量可以對智能變電站的油溫、分合閘位置、分接頭位置等信息進行測量。 本章小結本章主要介紹了智能變電站的基本概念，主要技術原則、技術特征、智能變電站的架構體系和網絡拓撲，智能變電站的IEC61850通訊標準。MMS： Manufacturing Message Specification（ISO9506）制造報文規范。同時在信息傳輸過程中將傳統的電纜導線連接用數字量信號傳輸的網絡取代。由于數據本身自帶說明，所以傳輸時可以不受預先定義限制，簡化了對數據的管理和維護工作。在變電站層和間隔層之間的網絡采用抽象通信服務接口映射到制造報文規范(MMS)、傳輸控制協議/網際協議（TCP/IP）以太網或光纖網；在間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單向傳輸以太網。告警信息通常都是在變電站端進行處理，然后將處理過的信息傳送到主站端，以減少通信信道的壓力和主站端工作負荷。五防閉鎖五防閉鎖可以應用于變電站遠方遙控操作或者是就地操作，閉鎖回路的設計可以由硬接點來實現，將本間隔的閉鎖回路串接到受控設備的操作回路中，在設備關鍵位置配套設置鎖具，通過邏輯閉鎖應用軟件實現全站防誤操作閉鎖功能。構或星型網絡結構等是常見的網絡結構，具體拓撲結構如圖3所示。間隔層主要完成以下幾方面工作：優化統計運算、數據采集及下發控制命令等功能隊列；承擔本間隔實時數據匯總任務；承擔過程層及站控層設備的網絡通信功能；承擔本間隔一次設備保護、控制、閉鎖、同期等任務。同時，為實現功能也需對一次設備和二次設備進行統一建模。一次設備智能化是使一次設備具有實時數據采集和處理的能力，其具有可與其他IED進行實時的數據交換、一次設備數字化采集、系統結構緊湊化等功能。合并單元的主要功能采集多路數字信號，實現數據共享，這一功能的具體實現程序是：①同步采集多路電子互感器輸出的數字信號；②將標準信號按照標準規定的格式發送給保護、測控設備；③在數據傳輸過程中用光纖代替傳統的電纜，用總線方式代替傳統的點對點接線，實現數據的共享。研究智能變電站的IEC61850通訊標準；（3）分析智能變電站的高壓設備技術特征，組成架構，對智能變壓器、智能開關設備進行初步設計；（4）研究智能變電站二次設備與監控系統，進行監控系統二次設備的設計。如圖1所示。IEC61850標準是國際智能變電站統一的標準，為開放性的智能電網以后快速發展奠定了基礎。 智能變電站主要技術支撐隨著科學技術的不斷進步，新型微電子技術和網絡技術的發展推動了智能電網的發展,其中新型電子互感器技術、國際通用IEC61850標準、網絡通信技術、智能高壓設備和智能斷路器技術等成為智能電網的核心支撐技術。文獻[17] 實現常規變電站的智能化改造，通過智能設備的集成，改造安裝，真正實現滿足綜合信息模型的要求。文獻[8] 提出了未來變電站的實施方案，以及對智能電網的物理技術和架構等設想。當前，歐美等發達國家在變電站建設上逐漸向智能化發展，但尚未形成統一的智能變電站概念。智能變電站是基于IEC61850標準體系上，采用了非常規互感器、智能化的一次設備、網絡化的二次設備，能夠實現智能設備之間的互操作和信息的共享。 變電站作為輸配電系統的重要組成部分，市場化改革對其也提出了新的要求：從變電站外部看，更加強調變電站自動化系統的整體信息化程度，和與電力系統整體的協調操作能力；從變電站內部看，體現在集成應用的能力上，也不同于傳統的變電站自動化裝置的智能。在介紹智能變電站的主要支撐技術、技術原則、技術特征及通訊標準后，對智能變電站的高壓設備技術特征、組成架構進行了介紹，并對智能變壓器、智能開關設備進行了初步設計。變電站作為輸配電系統的信息源和執行終端，要求提供的信息量和實現的集成控制越來越多。關鍵詞 智能變電站，架構體系，三層兩網，IEC61850，在線監測系統AbstractSubstation is an important part of the power system, it is responsible for the heavy tasks of power conversion and power redistribution, and plays an important role in the safety and economic operation of power grid. Substation, as the information source and executive terminal of power transmission and distribution system, requires more and more information and integrated control. Therefore, the current substation urgently needs a simple and intelligent system to realize information sharing, so as to reduce investment and improve operation and maintenance efficiency. These requirements of operation and management make the Smart Substation bee a new direction of substation automation system. With the rapid development of puter application technology and modern electronic technology, the design and research of intelligent substation is of great significance.The main contents of this design are as follows:Firstly, the research background, basic concept, technical characteristics and research status of intelligent substation are expounded, and the main support technologies of intelligent substation are put forward. Secondly, the technical characteristics and framework system of intelligent substation technology are studied, and the main technical principle and technical characteristics of intelligent substation are put forward, and the architecture of the intelligent substation with three layers and two networks is introduced in detail. The structure of the