. . 浙江杭州浙江杭州 110kV 智能變電站智能變電站 技術方案技術方案 許繼電氣股份有限公司許繼電氣股份有限公司 2009-082009-08 . . 目目 錄錄 一、智能變電站概述一、智能變電站概述.3 二、工程概況二、工程概況:.3 三、整體方案三、整體方案.4 1.站控層系統方案 .5 2.站控層系統配置與功能 .6 3.時鐘同步方案 .7 四、工程方案四、工程方案.7 1. 110KV 間隔層保護保護和安全自動裝置特點.7 2. 110KV 線路間隔.7 3. 主變間隔.8 4. 網絡化備自投功能.8 5. 35KV/10KV 線路保護配置.9 6. 10KV 電容器保護配置.9 7. 35KV/10KV 分段保護配置.9 8. 10KV 所用變保護配置.10 9. 數字化故障錄波.10 10. 網絡監視儀（含過程層報文分析）.11 . . 一、一、智能變電站概述智能變電站概述 變電站作為電網的重要組成部分，是確保電網安全、穩定的重要環節，常 規變電站長期存在著由于互感器電磁特性的影響導致保護裝置誤動拒動、不同 廠家設備間互操作性不良等問題。如何提高電力系統電能傳輸分配的可靠性， 同時延長系統運行生命周期，有效保護項目投資是各個電力公司面臨決策的問 題。在電網建設中投資巨大、數量眾多的變電站自動化系統是電力公司關注的 焦點。隨著應用網絡技術、開放協議、智能一次設備、電力信息接口標準等方 面的發展產生了比較理想的技術解決方案，其中基于變電站通信網絡與系統協 議 IEC61850 標準的智能化變電站方案不但得到了電力企業用戶的高度關注， 同時也被廣大電力裝備生產制造廠家所認可。 智能化變電站以智能一次設備和統一信息平臺為基礎，通過采用先進的傳感 器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術，實現變電站設備的遠程監控、 程序化自動運行控制、設備狀態檢修、運行狀態自適應、智能分析決策、網絡 故障后的自動重構以及與調度中心信息的靈活交互，實現了一二次設備的智能 化，運行管理的自動化。智能變電站更深層次體現出堅強智能電網的信息化、 數字化、自動化和互動化的技術特點。 國家電網公司、南方電網公司在“十五”期間就智能變電站應用技術展開 了諸多試點工程，國網公司科技部也多次組織進行“智能化變電站關鍵技術 研究框架”討論會，智能變電站技術已成為近年來電網技術發展的重要方向。 2008 年國網公司提出了建設堅強智能電網宏偉藍圖，常規變電站建設模式 已經不能適應電力系統的發展要求，國內各電力公司都開始積極研究基于 IEC 61850 標準的新型智能化變電站的建設，以便更好的適應電力系統的發展潮流。 二、工程概況二、工程概況: 電壓等級： 110kV/35kV/10kV 主變：本期 2 臺 110kV：內橋接線 . . 35kV/10kV: 單母分段 具體配置容量以主接線圖為準，本文只提供了智能變電站的改造方案。 三、整體方案三、整體方案 整站建立在 IEC 61850 的標準基礎之上，按分層分布式來實現智能變電 站內智能電氣設備間的信息共享和互操作性。變電站從整體上分為三層：站控 層、間隔層、過程層。 站控層與間隔層保護測控等設備采用 IEC61850-8-1 通信協議。 110kV 采用傳統互感器，通過采集轉換裝置和合并單元實現采樣值數字 化。過程層采用雙網配置，各間隔配置雙套采集轉換裝置和合并單元分別接入 過程層 A、B 網，配置單套智能終端采用雙網口接入過程層 A、B 網。對于線 路測控和內橋保護測控裝置配置雙網口分別接過程層 A、B 網，主變雙重化配 置，每套單網口分別接 A、B 網。過程層和間隔層設備之間采用 IEC61850-9-2 和 GOOSE 通信協議進行數據交換。 35kV/10kV 采用智能一體化開關柜，配置小信號模擬量輸出的電子式互 感器和綜合智能保護測控裝置就地安裝。 9-2 方式中合并單元將數字量采樣信號以光纖方式接入過程層網絡，間隔層 保護、測控、計量等設備不再與合并單元直接相連，而都是通過過程層網絡獲 取采樣值信號，這樣就達到了采樣信號的信息共享。通過交換機本身的優先級 技術、虛擬 VLAN 技術、組播技術等可以有效的防止采樣值傳輸流量對過程層 網絡的影響。更主要的方面在于網絡傳輸模式有效的解決了點對點傳輸模式下 的一些缺陷。 實現模式靈活 便于實現跨間隔保護 網絡化方式下對合并單元的輸出光口數量沒有要求 安裝方式靈活，適合就地安裝 隨著交換機網絡管理技術的迅速發展及其成本的降低，采樣值網絡傳輸模 式已經在智能變電站得到推廣應用。它更符合智能變電站所倡導的全站數字網 絡傳輸的發展方向。 . . ECVT 合并單元 智能終端 保護、測控 故障錄波電表 過程層交換機 圖 典型 110kV 線路間隔 IEC 61850-9-2 方式配置圖 智能變電站整體方案圖如下圖： 1588對時 C CT TP PT T G GI IS S 開開關關 線路1綜合智能 單元 過程層光A網交換機 110kV線路1及內橋間隔(線路2同線路1) 1#主變保 護1 主變本體 智能接口 主主變變本本體體 1#主變間隔 2#主變與1#主變結構相同 開開關關柜柜 故障錄波 及報文分析 110kV線路 1測控 過程層B網光交換機 1#主變保 護2 35kV綜保 裝置 110kV內橋 保護測控 采采集集轉轉換換 C CT TP PT T G GI IS S 開開關關 內橋綜合智能單 元 采采集集轉轉換換 主變中壓側綜 合智能單元1 低低壓壓側側開開關關柜柜 C CT TP PT T 線路1合并器2 采采集集轉轉換換 C CT TP PT T 內橋合并器2 采采集集轉轉換換 35kV/10kV間隔 開開關關柜柜 10kV綜保 裝置 主變中壓側綜 合智能單元2 低低壓壓側側開開關關柜柜 GOOSE 9-2 GOOSE 9-2 GOOSE 9-2 GOOSE GOOSE GOOSE GOOSE GOOSE 9-29-29-2 9-2 GOOSE 9-2 GOOSE 9-2 GOOSE 9-2 GOOSE GOOSEGOOSE 低壓側同 中壓側 低壓側同 中壓側 全站網絡結構圖 1.1.站控層系統方案站控層系統方案 間隔層裝置與監控、遠動主站間的通訊結構采用星形以太網的方式，采用 IEC 61850-8-1 以太網通訊方式。網絡構架可采用單網或雙網。 . . 1 1# #主主變變( (2 2# #主主變變同同) ) GPS2 監監控控主主站站( (含含工工程程師師站站） 各各級級調調度度中中心心 遠遠動動1 1 主主變變保保護護測測控控一一 體體化化裝裝置置1 1 1 11 10 0K KV V測測 控控、內內橋橋 裝裝置置 3 35 5k kV V/ /1 10 0K KV V 綜綜保保裝裝置置 GPS1 各各級級調調度度中中心心 遠遠動動1 1 主主變變保保護護測測控控一一 體體化化裝裝置置2 2 公公用用測測控控 其其它它智智能能 設設備備 站控層網絡結構圖 2.2.站控層系統配置與功能站控層系統配置與功能 站控層主機包括：操作員站（集成工程師站、VQC、小電流接地選線、五防 一體化功能） 、遠動裝置。 2.12.1 操作員站操作員站 2.1.12.1.1 配置配置（單機或雙機）（單機或雙機） Dell 主機（WinXP 操作系統） CPU：雙核 2.0GHz 內存：2.0G 硬盤：160GB 顯示器：22 英寸液晶 2.1.22.1.2 操作員站實現的主要功能操作員站實現的主要功能 實時數據采集 安全監控與控制 一次設備狀態監測及分析 屏幕顯示與操作 保護光字牌 運行記錄 制表打印 定值的遠方查詢和修改 裝置版本號查詢 2.22.2 遠動站遠動站 2.2.12.2.1 配置（嵌入式雙機）配置（嵌入式雙機） 主頻：600M； . . 內存：1G； 串口：個每臺； 以太網口：個每臺； 2.2.22.2.2 遠動站系統實現的主要功能遠動站系統實現的主要功能 遙信息直采直送 與電力數據網通信 與載波通道通信 接受 GPS 網絡對時 支持 IEC870-5-104/101、CDT 等遠動通信規約 . . 3.3.時鐘同步方案時鐘同步方案 整站系統配置兩臺 GPS 同步對時裝置，全站設備在任何情況下只有一個同 步時鐘源。GPS 當接收不到外部時間基準信號時，切換到內部守時，保持一定 的走時準確度，使主時鐘或擴展裝置輸出的時間同步信號仍能保持一定的準確 度。當外部時間基準信號接收恢復時，自動切換到正常狀態工作，切換時間小 于 0.5S，切換時時鐘輸出的時間同步信號不會出錯。 全站對時有以下兩種方案： 3.13.1 方案方案 1 1：采用：采用 IEEE1588IEEE1588 對時方案對時方案 站控層和過程層都采用 IEEE1588 對時方案。IEEE1588 基于工業以太網絡對 時能滿足各間隔合并單元采樣同步要求要求，對時精度達到 1 S。 3.23.2 方案方案 2 2：站控層：站控層 SNTPSNTP 對時對時+ +合并單元光纖脈沖對時合并單元光纖脈沖對時 站控層及間隔層裝置對時采用 NTP 網絡時鐘，兩套 NTP 服務器同時運行，互 為主備。過程層合并單元采用雙光纖脈沖對時。 四、工程方案四、工程方案 1.1. 110kV110kV 間隔層保護保護和安全自動裝置特點間隔層保護保護和安全自動裝置特點 間隔層設備 CPU 采用兩個雙核微處理器，完全滿足 9-2 規約下 SMV 和 GOOSE 共網數據實時性處理能力。 間隔層設備具有 24 個光纖以太網接口，滿足過程層不同組網方式的要求。 間隔層設備功能模塊完全遵循 IEC61850 規約的建模標準。 間隔層設備記錄裝置的所有異常數據，并具有“黑匣子”功能，具有部分 設備的全生命周期管理功能。 2.2. 110kV110kV 線路間隔線路間隔 2.12.1 保護配置保護配置 110kV 線路間隔采用常規電流電壓互感器，通過加裝采集轉換裝置將模擬量 轉換成 FT3 格式的光纖數字量，通過合并單元同步后以 IEC61850-9-2 標準接入 過程層網絡。 過程層網絡按雙網配置，每個間隔配置雙套合并單元采集模擬量信息，分 別接入過程層 A、B 網，實現采樣值數據采集、傳輸的獨立性、冗余性。由于 110kV 斷路器為單跳線圈，因此配置單套智能終端實現數字化傳輸，由智能終 端提供雙 GOOSE 網口分別接入過程層 A、B 網，實現主變保護雙冗余配置。 過程層設備均就地安裝，為了節約安裝空間并體現集成化思想，A 網配置合 并單元和智能終端一體化裝置-綜合智能單元（雙網口輸出） ，完成 A 網采樣和 . . A/B 網 GOOSE 功能；B 網配置獨立合并單元完成 B 網采樣功能，B 網的 GOOSE 跳 合閘和開入信息采集通過綜合智能單元完成。 2.22.2 110kV110kV 電壓實現方案電壓實現方案 電壓互感器通過常規電壓切換箱完成 PT 切換后，將電壓模擬量接入采集裝 置輸出 FT3 數字量格式接入各間隔合并單元，各間隔的合并單元將本間隔的電 流、電壓數據進行綜合，然后以 IEC61850-9-2 格式輸出至過程層網絡。 FT3 I 母II 母 合并單元 FT3 去各間隔 并列后母線電壓 PT1 PT2 間隔電流量 9-2 FT3 電壓并列箱 FT3 采集轉 換裝置 FT3 并列后電壓 過程層光交換機 輸出光擴展 采集轉換裝置 3.3. 主變間隔主變間隔 1) 主變保護配置主變保護測控一體化裝置，雙套冗余配置。每套保護分別 接入過程層的 A、B 網，實現采樣和跳閘的獨立性。 2）內橋接線差動保護采用線路和橋的電流互感器，主變保護從主變交換機 上采集電流、電壓信號。高壓側過程層配置即為 110kV 線路和內橋的配置。 3）主變中低壓側配置雙采集線圈的電流、電壓一體化的電子式互感器（羅 氏線圈原理） ，輸出采用小信號模擬量，配置雙套主變綜合智能單元接入小信號 模擬量和采集遙信開入（集成智能終端和合并單元的功能，就地安裝于開關柜 中） ，然后以 9-2 和 GOOSE 規約向主變保護、測控、電度表等設備提供采樣值和 開入量。兩套主變綜合智能單元分別接入過程層 A、B 網。 4）主變本體配置本體智能終端，完成主變非電量保護功能以及主變溫度的 采集。本體智能終端安裝于主變本體戶外柜內，提供雙光纖 GOOSE 接口分別接 入過程層 A、B 網。 4.4. 網絡化備自投功能網絡化備自投功能 利用過程層 GOOSE 網絡實現備自投功能。與常規備自投裝置相比，取消了 專用的備自投裝置及各保護之間的連接線，避免了各間隔信息的重復采集，網 絡化采集和傳輸減少了信息傳輸環節，提高了備自投動作的可靠性。 . . 110kV 系統的進線備自投由內橋保護測控裝置和線路測控裝置協同完成。閑 線路測控裝置完成進線備自投功能的分散執行，內橋保護測控裝置完成進線備 自投功能的集中處理。進線備自投功能的動作執行由內橋保護測控裝置通過 GOOSE 信息實時傳送到 110kV 線路的綜合智能終端單元完成。 35kV/10kV 系統的分段備自投功能由分段保護測控裝置和主變保護測控裝 置協同完成。主變保護測控裝置完成分段備自投功能的分散執行判斷功能，分 段保護測控裝置完成分段備自投功能的集中處理，各裝置間的信息交換和跳合 閘命令均通過 GOOSE 網絡傳遞。 5.5. 35kV/10kV35kV/10kV 線路保護配置線路保護配置 35kV/10kV 出線間隔配置電子式電流、電壓一體化互感器（羅氏線圈原理） ， 采用小信號模擬量輸出，通過航空插頭直接接入保護測控裝置和電度表。保護 測控裝置集成保護、測控、開入開出、小信號模擬量接入功能。每個出線間隔 配置接入小信號模擬量的電度表。 10kV 配置羅氏線圈原理的電子式電流電壓一體化互感器，采用小信號模擬 量輸出，在保證可靠精度情況下，大幅降低了成本。 三相式瞬時電流速斷保護。 三相式限時電流速斷保護。 三相一次自動重合閘（后加速） 。 低周減載(帶滑差閉鎖功能)出口跳閘。 小電流接地選線功能 存儲多次故障事件及錄波數據。 6.6. 10kV10kV 電容器保護配置電容器保護配置 電容器配置電子式電流電壓一體化互感器，采用小信號模擬量輸出。裝置 集成保護、測控、開入開出、小信號模擬量接入功能。間隔配置接入小信號模 擬量的電度表。 三相式限時電流速斷保護。 三相式定時限過電流保護。 不平衡電壓保護（提供專門的采集轉換裝置） 。 低電壓保護。 接收站控設備下發的投切命令。 存儲多次故障事件及錄波數據。 7.7. 35kV/10kV35kV/10kV 分段保護配置分段保護配置 分段保護配置電子式電流電壓一體化互感器，采用小信號模擬量輸出。裝 置集成保護、測控、開入開出、小信號模擬量接入功能。 . . 充電保護 過流保護 零序過流保護 分段備自投 過負荷聯切 存儲多次故障事件及錄波數據。 8.8. 10kV10kV 所用變保護配置所用變保護配置 10kV 所用變配置電子式電流電壓一體化互感器，采用小信號模擬量輸出。 裝置集成保護、測控、開入開出、小信號模擬量接入功能。間隔配置接入小信 號模擬量的電度表。 三相式過電流保護。 三相式限時速斷保護。 過負荷保護。 高壓側零序過流保護（常規模擬量電流接入，跳閘、信號可選） 。 小電流接地選線 存儲多次故障事件及錄波數據。 10kV ap 主主干干網網交交換換機機-1 開開關關室室 b 模模擬擬小小信信號號 61850-8-1 主主站站通通訊訊信信息息 主主控控室室 控控制制開開出出 位位置置和和告告警警信信息息 10kV進線 一一體體化化開開關關柜柜 狀態監測保護 測量 控制 數數字字化化電電表表 小小信信號號接接入入 ECVT 組組合合互互感感器器 站站控控層層設設備備