李東平

（晉中電力設(shè)計院，山西晉中030600）

智能變電站設(shè)計應(yīng)用探討

李東平

（晉中電力設(shè)計院，山西晉中030600）

智能變電站采用電子互感器、合并單元等設(shè)備，通過合并單元與常規(guī)互感器接口，實現(xiàn)電壓電流量的就地數(shù)字化采集。本文通過220 KV智能變電站建設(shè)實例，探討分析智能變電站一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計與實現(xiàn)方式。

智能變電站；合并單元；一次設(shè)備智能化；二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

圖2 變電站自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1 一次設(shè)備智能化設(shè)計

山西晉中天湖變電站貫徹“兩型一化”原則，圍繞“結(jié)構(gòu)布局合理、系統(tǒng)高度集成、技術(shù)裝備先進、經(jīng)濟節(jié)能環(huán)保、支持調(diào)控一體”主題進行優(yōu)化設(shè)計。

根據(jù)本站主變及出線規(guī)模，220 KV本期及遠景采用雙母線接線；110 KV本期采用單母線分段接線，同名回路接于不同段母線；遠景采用單母線三分段接線；35 KV系統(tǒng)本期采用單母線分段接線，建設(shè)Ⅰ，Ⅱ段母線，12回出線均布在兩段母線上；遠景為單母線分段接線加單元接線，Ⅲ段母線僅帶無功補償。

工程推薦采用三相三繞組、自然油循環(huán)風冷、有載調(diào)壓智能變壓器。主變戶外布置，散熱器與本體一體化布置。主變壓器選擇結(jié)果詳見表1。

表1 主變壓器選擇結(jié)果表

智能變壓器設(shè)備采用變壓器實體加分相油色譜狀態(tài)監(jiān)測裝置箱與高度集成的智能控制柜方案，智能組件裝置（含冷卻器控制、非電量保護、智能終端、合并單元一體化）與狀態(tài)監(jiān)測IED裝置集成于智能控制柜內(nèi)。該方案從外觀上向小型化、模塊化方向發(fā)展；在功能上向標準化、智能化方向發(fā)展；在可靠性上向自診斷、自恢復方向發(fā)展。在功能、結(jié)構(gòu)等方面較好地解決了目前變壓器設(shè)備存在的問題，一定程度上實現(xiàn)了智能變壓器設(shè)備的一、二次融合。

220 KV，110 KV采用智能小型化GIS組合電器。智能組件（含智能終端與合并單元一體化）與狀態(tài)監(jiān)測IED裝置集成于智能控制柜內(nèi)，減少GIS間隔內(nèi)部接線。機構(gòu)二次線與智能終端實現(xiàn)優(yōu)化集成，取消本體信號指示燈，取消防跳、非全相保護、壓力低閉鎖等冗余二次接線，簡化斷路器控制回路。按照短路電流水平，35 KV設(shè)備短路電流水平按31.5 KA考慮。35 KV開關(guān)柜采用C-GISSF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)，采用SF6斷路器。

2 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

按《國家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計補充規(guī)定》、《智能變電站優(yōu)化集成設(shè)計建設(shè)指導意見》，進行智能化變電站設(shè)計，系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置應(yīng)滿足智能化變電站相關(guān)導則、規(guī)范的要求，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。

2.1 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的組網(wǎng)

二次設(shè)備采用“三層兩網(wǎng)”的方式進行組網(wǎng)?！叭龑印笔侵刚究貙?、間隔層和過程層；“兩網(wǎng)”是指站控層 /間隔層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)。參見變電站自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。站控層MMS，GOOSE，SNTP三網(wǎng)合一，220kV，110kV過程層SV，GOOSE，IEC61588三網(wǎng)合一；220 kV過程層網(wǎng)絡(luò)采用雙套星型單網(wǎng)，按間隔配置交換機，110 KV過程層網(wǎng)絡(luò)采用星型雙網(wǎng)，多間隔共享中心交換機。線路保護直接采樣、直接跳閘。跨間隔信息 （啟動母差失靈功能和母差保護動作遠跳功能等）采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。通訊規(guī)約使用DL/T 860協(xié)議。 20 KV線路保護考慮一側(cè)采用合并單元＋常規(guī)互感器、一側(cè)只采用常規(guī)互感器的配合要求。

2.2 自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

自動化系統(tǒng)采用開放式分層分布式系統(tǒng)，由站控層、間隔層和過程層設(shè)備構(gòu)成。系統(tǒng)統(tǒng)一組網(wǎng)，采用DL/T860通信標準；站內(nèi)信息共享，保護故障信息、遠動信息、微機防誤系統(tǒng)不重復采集。

站控層設(shè)備包括主機（雙套配置）、操作員工作站、工程師站、遠動通信裝置、保護及故障信息子站等。

間隔層包括繼電保護及全自動裝置、測控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析記錄裝置、電能計量裝置、相量測量裝置、行波測距裝置。繼電保護及安全自動裝置具體配置原則按照GB/T14285-2006及Q/GDW 441-2010相關(guān)要求執(zhí)行。

過程層包含由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備、合并單元和智能終端；全站采用合并單元 /智能終端一體化裝置，雙重化保護配置的間隔，其合并單元/智能終端均雙重化配置；單套保護配置的間隔，其合并單元/智能終端均單套配置。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信

（1）站控層網(wǎng)絡(luò)可傳輸MMS報文和GOOSE報文。冗余網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲采用雙星形以太網(wǎng)絡(luò)。邏輯功能上覆蓋站控層之間數(shù)據(jù)交換接口、站控層與間隔層之間數(shù)據(jù)交換接口。

（2）間隔層網(wǎng)絡(luò)可傳輸MMS報文和GOOSE報文。邏輯功能上覆蓋間隔層內(nèi)數(shù)據(jù)、間隔層與站控層數(shù)據(jù)交換、間隔層之間（根據(jù)需要）數(shù)據(jù)交換接口。

（3）過程層網(wǎng)絡(luò)（含采樣值和GOOSE）邏輯功能上覆蓋間隔層與過程層數(shù)據(jù)交換接口。

3 結(jié)語

山西晉中220 KV天湖智能變電站采用先進技術(shù)與設(shè)備，強調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，其根本是服務(wù)于應(yīng)用。與常規(guī)變電站相比，其優(yōu)越性體現(xiàn)在：一次設(shè)備智能化；采樣就地數(shù)字化；光纜取代電纜，數(shù)字取代模擬；通信規(guī)約標準等。通過實例可看出，就現(xiàn)階段常規(guī)互感器具有較成熟的運行經(jīng)驗，配以合并單元實現(xiàn)就地數(shù)字化采樣傳輸，是一種可行的技術(shù)方式。

[1]國家電網(wǎng)公司.Q/GDW383-2009智能變電站技術(shù)導則[S].北京：中國電力出版社，2009.

[2]劉振亞.智能電網(wǎng)建設(shè)讀本[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3]黃新波，賀霞，王宵寬，等.智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用實例[J].電力建設(shè)，2012，33（10）：29-33.

[4]鐘連宏，梁異先.智能變電站技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2010.

[5]邱子平，李賽丹.變電站一次設(shè)備實現(xiàn)智能化的方案初探[J].浙江電力，2011（3）：21-24.

[6]馬仕海，荊志新，高陽.智能變電站技術(shù)體系探討[J].沈陽工程學院學報：自然科學版，2010，6（4）：333-337.

[7]李孟超，王允平，李獻偉，等.智能變電站及技術(shù)特點分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，18（38）：59-62.

[8]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計：110（66）~750 KV智能變電站部分[M].北京：中國電力出版社，2010.

〔責任編輯 李海〕

Application and Discussion of Smart Substation Design

LIDong-ping
（Jinzhong Electric Power Design Institute，Jinzhong Shanxi，030600）

Smart substation uses equipmentof electronic transformer and merging unit.Through the interface ofmerging unitand conventional transformer，it realizes the data collection ofmagnitude of current and voltage.The construction process of 220KV smart substation is taken as an example in this paper to discuss and analyze approach of design of theprimary intelligent equipment and the secondary network equipment.

smart substation；merging unit；the primary intelligentequipment；the secondary network equipment.

O412.3

A

1674－0874（2013）06－0025－03

山西晉中220 KV天湖變電站是根據(jù)《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計110（66）-750 KV智能變電站部分》（2011版）進行設(shè)計的，實現(xiàn)了自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并根據(jù)需要，可支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能。達到了節(jié)約環(huán)保、功能集成、配置優(yōu)化、工藝一流的變電站建設(shè)要求。與常規(guī)變電站不同的是，采用的設(shè)備有電子式傳感器、合并單元等，并且在通訊協(xié)議、數(shù)字保護及控制系統(tǒng)也有很大的變化。合并單元的基本功能是獲取采樣數(shù)據(jù)并組幀在以太網(wǎng)上傳輸。無論合并單元與互感器之間是以傳統(tǒng)的100V，1A（5A）形式的模擬量接口，還是與電子式互感器之間通過通信協(xié)議進行采樣值數(shù)據(jù)傳送都是可行的?，F(xiàn)階段電子式互感器運行經(jīng)驗較少，相關(guān)標準沿需進一步完善，電子式互感器的大面積推廣存在一定瓶頸。相對來說，常規(guī)互感器具有成熟的運行經(jīng)驗，因此在一段時間內(nèi)可采用常規(guī)互感器并通過合并單元實現(xiàn)模擬量就地數(shù)字化轉(zhuǎn)換，使得變電站的過程層采樣值數(shù)據(jù)的發(fā)布形式與電子互感器完全相同。如圖1所示，合并單元與常規(guī)互感器接口。合并單元與常規(guī)互感器接口時，信號采集是由合并單元完成的，經(jīng)過小TV、小TA變換后的模擬量由合并單元采集后，直接將數(shù)據(jù)組幀發(fā)過給測控、保護等裝置。常規(guī)互感器配置合并單元，將合并單元下放布置在互感器附近（就地智能控制柜內(nèi)），互感器與合并單元直接用電纜連接，合并單元與保護、測控裝置或交換機之間用光纜連接。通過合并單元與常規(guī)互感器接口，實現(xiàn)電壓電流量的就地數(shù)字化采集。

圖1 合并單元與常規(guī)互感器接口

2013-10-20

李東平（1973-），男，山西臨縣人，工程師，研究方向：電力工程設(shè)計。