萬(wàn)立勇,付同福

(貴州電網(wǎng)公司六盤(pán)水供電局，貴州　六盤(pán)水　553000)

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常規(guī)綜自站數(shù)字化改造現(xiàn)狀與建議

萬(wàn)立勇,付同福

(貴州電網(wǎng)公司六盤(pán)水供電局，貴州六盤(pán)水553000)

通過(guò)對(duì)110kV常規(guī)綜自站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及數(shù)字化站出廠驗(yàn)收，以六盤(pán)水地區(qū)110kV盤(pán)關(guān)變的改造現(xiàn)狀為例介紹，目前運(yùn)行中110kV常規(guī)綜合自動(dòng)化站的數(shù)字化改造情況。重點(diǎn)對(duì) 110kV電壓等級(jí)部分和變電站主控室綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的改造情況進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時(shí)針對(duì)盤(pán)關(guān)變改造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出了一些建議，旨在總結(jié)出綜自站數(shù)改技術(shù)要點(diǎn)與難點(diǎn)，為貴州省綜自站數(shù)字化改造提供一定借鑒與參考意義。

常規(guī)綜自站;數(shù)字化改造;可靠性;電網(wǎng)安全運(yùn)行

1　引言

常規(guī)綜自站實(shí)現(xiàn)了變電站無(wú)人值守，在一定程度上提高了調(diào)度自動(dòng)化水平和減少了供電部門(mén)人力成本。但是，大量的常規(guī)綜自站投運(yùn)年限長(zhǎng)使得部分一二次設(shè)備嚴(yán)重老化，不能滿足當(dāng)前電力生產(chǎn)需求以及智能電網(wǎng)建設(shè)的需要。而數(shù)字化變電站作為智能電網(wǎng)系統(tǒng)重要組成部分，其優(yōu)勢(shì)顯著，因此對(duì)年限久的常規(guī)綜自站進(jìn)行數(shù)字化改造勢(shì)在必行。

2　常規(guī)綜自站改造背景

常規(guī)綜自站是常規(guī)綜合自動(dòng)化變電站的簡(jiǎn)稱，它興起于90年代，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，按照常規(guī)綜自站建設(shè)要求，變電站占地面積大且站內(nèi)數(shù)據(jù)采集為電纜，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和傳輸速率在很大程度上受到制約，使得常規(guī)綜自站不能滿足智能電網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂焖傩浴?/p>

六盤(pán)水電網(wǎng)位于貴州西部，共有二次運(yùn)行投運(yùn)年限超過(guò)10年綜自站12座(其中已改造3座)，設(shè)備嚴(yán)重老化，通信方式多數(shù)為lon網(wǎng)和CAN網(wǎng)，通信故障率高不好排查，數(shù)據(jù)傳輸慢，嚴(yán)重影響調(diào)度對(duì)站的監(jiān)盤(pán)。在數(shù)字化變電站系統(tǒng)方面，許多學(xué)者已經(jīng)做了很多有價(jià)值的研究，本文僅以六盤(pán)水的盤(pán)關(guān)變改造情況進(jìn)行分析，并提出建議，希望對(duì)同類工程有所借鑒意義。

3　110kV盤(pán)關(guān)變的數(shù)字化改造情況

隨著科學(xué)技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,常規(guī)變電站的數(shù)字化改造已經(jīng)由理論研究階段走進(jìn)了實(shí)踐階段。數(shù)字化改造是在常規(guī)綜自站的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的搭建,不僅兼容了一次系統(tǒng),而且對(duì)于變電站通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也更加方便。對(duì)于新建變電站或者投運(yùn)年限較長(zhǎng)，一、二次設(shè)備老化比較嚴(yán)重的變電站，采用數(shù)字化方式較為合理。而對(duì)于投運(yùn)年限不長(zhǎng)，二次設(shè)備仍可利用的變電站來(lái)說(shuō)采用常規(guī)綜合自動(dòng)化方式比較合理。

3.1變電站規(guī)模和改造概況

110kV盤(pán)關(guān)降壓站投運(yùn)于1993年，并于2001年進(jìn)行過(guò)綜自站改造，目前二次設(shè)備已到退運(yùn)年限；變電站規(guī)模為：2臺(tái)50MVA主變、4條110kV進(jìn)線、5條35kV饋線、10kV出線6回(其中3回備用)、2組站用變、4組110kV干式電流互感器、2組的110kV電容式電壓互感器、2臺(tái)35kV電容器、4臺(tái)10kV電容器。110kV、35kV主接線均為單母分段帶旁路接線，斷路器既起分段又兼旁帶作用，較為復(fù)雜。10kV主接線為單母分段接線。

本次改造主要是對(duì)全站保護(hù)、自動(dòng)化、直流、計(jì)量等裝置和系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造，按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)線路、主變、分段、電容器、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀、備自投裝置、直流系統(tǒng)、各級(jí)電壓互感器、二次公用設(shè)備和站內(nèi)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造，新建一套符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2變電站改造方式與組網(wǎng)方案

3.2.1常規(guī)綜自站數(shù)改方式

根據(jù)常規(guī)綜自站數(shù)字化改造的程度，考慮其兼容性和過(guò)渡性，一般有三種改造方案：

(1)僅采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)渡型數(shù)字化變電站。

僅改造站控層和間隔層設(shè)備，在站控層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，間隔層和過(guò)程層之間保持原樣。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字化程度較高，信息和通信符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，二次設(shè)備具有很好的互操作性，改造過(guò)程簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是過(guò)程層仍是模擬信號(hào)傳輸，不能簡(jiǎn)化二次接線，數(shù)字化變電站的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分發(fā)揮。該方案適合數(shù)字化變電站建設(shè)和改造初期。

(2)采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)與電子式互感器的實(shí)用型數(shù)字化變電站，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是采用電子式互感器，間隔層和站控層全部數(shù)字化，過(guò)程層基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。過(guò)程層的采樣數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，簡(jiǎn)化二次回路。缺點(diǎn)是過(guò)程層的開(kāi)關(guān)、刀閘需通過(guò)加裝智能單元實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，電子式互感器在國(guó)內(nèi)還不完全成熟，成本較高，不適合全面更換。該方案是現(xiàn)階段數(shù)字化變電站建設(shè)和改造中最常用的方案。

(3)采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)、電子式互感器和智能一次設(shè)備的完全型數(shù)字化變電站，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是變電站的站控層、間隔層和過(guò)程層全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。過(guò)程層的采樣、監(jiān)視和控制全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。缺點(diǎn)是真正意義上的智能一次設(shè)備還處于研究試驗(yàn)階段，還不具備工程實(shí)踐的條件。該方案是今后數(shù)字化變電站研究和努力的方向。

3.2.2常規(guī)綜自站改造組網(wǎng)

站內(nèi)通信光纖化為數(shù)字化變電站提供了高速的數(shù)據(jù)傳輸通道，且提高通信可靠性以及傳輸容量。另外嵌入式系統(tǒng)和高速工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用使數(shù)據(jù)交換和傳輸更為高速。數(shù)字量傳輸負(fù)載大如果不進(jìn)行有效地控制將加重?cái)?shù)字化變電站傳輸負(fù)擔(dān)，為此必須對(duì)變電站進(jìn)行VLAN劃分以減輕網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)以及傳輸對(duì)象的針對(duì)性。

(1)基于站控層IEC61850模式：間隔層智能電子設(shè)備IED安裝在間隔層設(shè)備上或集中組屏，可以有效解決綜自站的智能設(shè)備的互聯(lián)互通和信息互操作性問(wèn)題。

(2)基于傳統(tǒng)互感器及過(guò)程層信息交換模式：每一個(gè)間隔配置過(guò)程層設(shè)備合并單元(MU)和智能終端(GOOSE),將常規(guī)一次設(shè)備信息和操作數(shù)字化，與之關(guān)聯(lián)的間隔層設(shè)備IED通過(guò)光纖與相應(yīng)的MU、GOOSE相連。

(3)基于站控層及過(guò)程層全信息交換模式：電子式PT/CT應(yīng)用使得過(guò)程層、間隔層到變電站層全部數(shù)字化。全站一次設(shè)備采用智能控制單元、電子PT/CT，二次側(cè)的間隔層設(shè)備采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式與電子互感器合并單元(MU)連接，與智能控制單元全部采用以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，連接設(shè)備為光纜，取代了傳統(tǒng)電纜。

3.2.3盤(pán)關(guān)變數(shù)改技術(shù)方案

盤(pán)關(guān)變由于一次設(shè)備使用年限并不長(zhǎng)，把全部的電磁式互感器全部更換成電子式CT/PT不經(jīng)濟(jì)，所以盤(pán)關(guān)變可以改造成不完全數(shù)字化站，即采取站控層遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)+GOOSE過(guò)程層的模式。見(jiàn)圖1所示。根據(jù)數(shù)字化變電站的三層結(jié)構(gòu)，數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)主要分站控層網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程層GOOSE 網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層采樣值網(wǎng)絡(luò)[5]。站控層與間隔層網(wǎng)絡(luò)采用冗余以太網(wǎng)構(gòu)架，傳輸速率不低 于100Mbps。主要傳輸MMS和GOOSE兩類信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用雙星型結(jié)構(gòu)，雙網(wǎng)雙工方式運(yùn)行，以提高網(wǎng)絡(luò)冗余度，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫切換。110kV盤(pán)關(guān)變數(shù)字化站設(shè)備過(guò)程層組網(wǎng)通信方案如圖2所示。

圖1　不完全數(shù)字化變電站結(jié)構(gòu)圖

1-8nGOOSE+SMV中心交換機(jī)端口功能端口掛接裝置TypePVIDG15-8n至1-8n級(jí)聯(lián)口Trunk5G23-8n至1-8n級(jí)聯(lián)口Trunk3G34-8n至1-8n級(jí)聯(lián)口Trunk4G42-8n至1-8n級(jí)聯(lián)口Trunk2G9故障錄波器(A網(wǎng)光口)Trunk6G10網(wǎng)絡(luò)分析儀(A網(wǎng)光口)Trunk7P1五防服務(wù)器Edge8P11五防智能閉鎖單元(110kV)Edge8P12五防智能閉鎖單元(35kV)Edge8P13五防智能閉鎖單元(10kV)Edge8

2-8n GOOSE+SMV 110kV線路交換機(jī)、3-8n GOOSE+SMV 1號(hào)主變交換機(jī)、5-8n 母線、分段、小電源交換機(jī)、4-8n GOOSE+SMV 2號(hào)主變交換機(jī)；舉例：110kV線路交換機(jī)。

表2

注：表中G口為千兆口，P口為百兆口。

此表為過(guò)程層A網(wǎng)VLAN結(jié)構(gòu)表，過(guò)程層B網(wǎng)與此類似，僅在1、2號(hào)主變交換機(jī)中將相應(yīng)設(shè)備更改為“二”。實(shí)際施工中，110kV線路、分段保護(hù)測(cè)控裝置不接入B網(wǎng)，但保留其接口功能，便于A網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)迅速切換至B網(wǎng)；本站110kV線路及分段為直采直跳，所以在過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)中屏蔽掉了同一間隔保護(hù)測(cè)控裝置與智能終端、合并單元的聯(lián)系；

3.3變電站改造關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1過(guò)程層改造

過(guò)程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說(shuō)是智能化一次設(shè)備的智能化部分。新建數(shù)字化站多數(shù)采用電子式互感器，采用采集終端與合并單元(接受數(shù)字信號(hào))用光纖將數(shù)字量傳輸入過(guò)程層交換機(jī)；盤(pán)關(guān)變?yōu)楦脑煺?，需要考慮實(shí)際運(yùn)行情況，一般結(jié)合電網(wǎng)設(shè)備更換原則，一次設(shè)備使用年限最少20年，二次設(shè)備一般均不超過(guò)12年。

盤(pán)關(guān)變一次設(shè)備除了110kV紅盤(pán)田線 CT/PT使用年限的為21年，其余間隔均不超過(guò)15年，故不考慮更換常規(guī)CT、PT(除特殊要求)，采用電纜連接到帶數(shù)模轉(zhuǎn)換的合并單元傳輸入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。由于改造站沒(méi)有考慮到更換互感器的，110kV計(jì)量采用常規(guī)計(jì)量就地下放，考慮到110kV場(chǎng)地離主控制室比較遠(yuǎn)，采用光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳輸?shù)街骺刂剖?，在用光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)供電能采集裝置采集。

3.3.2間隔層改造

在常規(guī)綜自站二次系統(tǒng)中,保護(hù)裝置所需的模擬量信息和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息需要通過(guò)電纜傳送,動(dòng)作邏輯需要在多個(gè)裝置之間傳遞啟動(dòng)和閉鎖信號(hào),在各間隔層設(shè)備之間、間隔層和過(guò)程層設(shè)備之間需用大量的電纜連接，使傳統(tǒng)方式下各個(gè)保護(hù)裝置之間存在較多硬開(kāi)入連線，導(dǎo)致二次回路接線比較復(fù)雜容易出錯(cuò)可靠性不高。

常規(guī)綜自站間隔層的數(shù)字化改造采用支持變電站通信標(biāo)準(zhǔn)IEC61850中GOOSE輸入和輸出功能的保護(hù)和測(cè)控裝置。間隔層裝置之間通過(guò)雙重化的以太網(wǎng)聯(lián)系各間隔層設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享模擬量和開(kāi)關(guān)量信息，完成保護(hù)的動(dòng)作邏輯和相關(guān)間隔之間的閉鎖功能，其中模擬量和開(kāi)關(guān)量的傳輸分別采用規(guī)約中的單播采樣值服務(wù)和面向通用對(duì)象的變電站事件服務(wù)完成。

3.3.3站控層改造

站控層設(shè)備包括主機(jī)、操作員工作站、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、保信子站、五防子系統(tǒng)、同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)以及其他智能接口設(shè)備等。其網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)線連接網(wǎng)絡(luò)采用雙重化配置間隔層與站控層之間按照制造報(bào)文規(guī)范通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互完成對(duì)變電站的監(jiān)視和控制數(shù)字化變電站中站控層的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖3所示。

MMS站控層實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

(1)數(shù)據(jù)收集、處理、存儲(chǔ)及發(fā)送功能：通過(guò)監(jiān)控機(jī)管理和顯示有關(guān)的運(yùn)行信息，供運(yùn)行人員對(duì)變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和控制，間隔層設(shè)備工作方式的選擇，實(shí)現(xiàn)各種工況下的操作閉鎖邏輯等。

(2)遠(yuǎn)動(dòng)通信功能：以信息共享方式與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)變電站遠(yuǎn)動(dòng)功能，遠(yuǎn)動(dòng)裝置的配置必須滿足調(diào)度、集控對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視控制的需求，傳送各級(jí)調(diào)度的通信模塊應(yīng)獨(dú)立配置、不互相影響數(shù)據(jù)的刷新，且應(yīng)支持熱插拔，不應(yīng)該存在單點(diǎn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)全部失效的隱患。

(3)故障報(bào)告功能：通過(guò)保信子站在正常和電網(wǎng)故障時(shí)，采集、處理各種所需信息，并充分利用這些信息，為繼電保護(hù)運(yùn)行、管理服務(wù)，為分析、處理電網(wǎng)故障提供支持。

(4)全站對(duì)時(shí)及五防性能：其中五防子系統(tǒng)主要包含五防工作站、電腦鑰匙、充電通信控制器、編碼鎖具等；SV 組網(wǎng)模式下，應(yīng)對(duì)時(shí)接線要求。

其他智能設(shè)備接入系統(tǒng)的接口要求：

(1) 站內(nèi)其他智能設(shè)備主要包括直流電源系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警裝置、電能量采集終端及主要設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，如需要接入監(jiān)控后臺(tái)，宜采用 DL/T 860 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模和接入。

(2) 對(duì)于不支持 DL/T 860 標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的智能設(shè)備接入后臺(tái)，應(yīng)配置協(xié)議轉(zhuǎn)換器，與其他智能設(shè)備的接口應(yīng)采用串口或以太網(wǎng)連接。

(3) 協(xié)議轉(zhuǎn)換器主要是用于實(shí)現(xiàn)接入和接出功能。對(duì)不能提供雙以太網(wǎng)口或不能采用 DL/T860 規(guī)約進(jìn)行通信的其他智能裝置，可通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后接入。

(4) 每塊協(xié)議轉(zhuǎn)換器至少需提供雙以太網(wǎng)口和 2 個(gè)串行通信口。其中以太網(wǎng)口通信速率為 100Mbit/s，串行通信口通信速率：300～64000bit/s 可調(diào)。

(5) 協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成與主站通信或站內(nèi)其他串行設(shè)備通信。通信規(guī)約可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要進(jìn)行配置，對(duì)外為 DL/T860 規(guī)約，并支持 GOOSE 互鎖功能。

4　改造注意事項(xiàng)及建議

合理安排改造步驟 現(xiàn)階段，貴陽(yáng)電網(wǎng)還相對(duì)薄弱，220kV灣塘變是貴陽(yáng)電網(wǎng)一座樞紐變電站，不可能通過(guò)大面積停電來(lái)進(jìn)行數(shù)字化改造；同時(shí)，對(duì)于母線保護(hù)、錄波裝置等涉及到多個(gè)間隔，因此，需要合理安排改造步驟，盡量減少設(shè)備停運(yùn)時(shí)間，以減少因停電對(duì)用戶的影響。首先完成IEC61850工程配置設(shè)置以及整個(gè)二次系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)調(diào)試，包括網(wǎng)絡(luò) 交換機(jī)調(diào)試、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的配置等；跨間隔保護(hù)先采取過(guò)渡措施，滿足單間隔運(yùn)行時(shí)的信號(hào)接入要求，調(diào)試階段如涉及運(yùn)行設(shè)備的遙測(cè)量或遙信量，均可通過(guò)模擬裝置轉(zhuǎn)接來(lái)實(shí)現(xiàn)；過(guò)程層改造是變電站數(shù)字化改造的基礎(chǔ)，需要向間隔層保護(hù)測(cè)控提供一次設(shè)備的電量數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。在過(guò)程層改造過(guò)程中，以單間隔改造試點(diǎn)入手，采取過(guò)渡措施，保證間隔改造后的正常運(yùn)行；保證運(yùn)行與調(diào)試網(wǎng)絡(luò)間的物理隔離，避免調(diào)試時(shí)影響運(yùn)行設(shè)備。

5　結(jié)論

數(shù)字化變電站技術(shù)升級(jí)改造工程是電力公司變電站升級(jí)改造建設(shè)中新的里程碑，同時(shí)也是變電站建設(shè)發(fā)展的重要方向。經(jīng)大量工程實(shí)踐改造效果表明，基于上述技術(shù)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)字化升級(jí)改造后，各個(gè)IED設(shè)備均能正常穩(wěn)定運(yùn)行，各類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程傳輸、運(yùn)算分析無(wú)誤，繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置動(dòng)作可靠正常。充分說(shuō)明，基于上述技術(shù)的數(shù)字化變電站升級(jí)改造，能夠滿足電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行的安全可靠、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的功能要求，相信在不久的將來(lái)，數(shù)字化變電站技術(shù)升級(jí)改造將會(huì)在我國(guó)變電站系統(tǒng)中蓬勃發(fā)展。

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Actuality and Suggestions for Construction of Digitization in Conventional Integrated Automation Substation

WAN Li-yong,FU Tong-fu

(Liupanshui Power Supply Bureau of Guizhou Electric Network Company,Liupanshui 553000,China)

By 110kV station site survey from conventional mechanized and digital stations factory acceptance to transform the status,Improvement of the status quo in Liupanshui area 110kV disk relations as an example,currently running digital transformation case 110kV conventional integrated automation stations.This paper focuses on the transformation of the situation 110kV voltage substation control room section and the integrated automation system are introduced in detail,while the disc off change for issues that arise from the transformation process made some suggestions,aims to summarize the consolidated technical change since the number of stations Important and difficult for Guizhou Province consolidated digital transformation from station to provide a reference and reference value.

conventional integral station;digital transform;teliability;safe operation of power network

1004-289X(2016)01-0005-04

TM63

B

2015-04-29

萬(wàn)立勇(1983-)，男，助理工程師，碩士研究生，主要從事于遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)化檢修工作。