數(shù)字化變電站調(diào)研報(bào)告

1、數(shù)字化變電站調(diào)研報(bào)告2009年5 月，相關(guān)人員就數(shù)字化變電站建設(shè)與改造對(duì)相關(guān)廠家進(jìn) 行了調(diào)研，通過對(duì)國電南瑞、國電南自、南瑞繼保、許繼電氣四家公 司進(jìn)行考察與交流， 實(shí)地參觀數(shù)字化變電站工程， 對(duì)數(shù)字化變電站發(fā) 展?fàn)顩r及應(yīng)用情況有了一定的了解，下面將本次調(diào)研的情況總結(jié)如 下： 一、數(shù)字化變電站概述 數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng) 絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在 IEC61850 通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)?現(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。 數(shù) 字化變電站采用低功率、緊湊型的新型電流電壓互感器代替常規(guī) CT 和PT,利用高速光纖以太網(wǎng)構(gòu)成變電站數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 了基

2、于 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信息建模，并采用了智能斷路器控制等 先進(jìn)技術(shù)。 目前數(shù)字化變電站技術(shù)處于不斷發(fā)展演進(jìn)階段,與綜合 自動(dòng)化變電站相比,目前所提數(shù)字化變電站概念具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1. 數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化 采用電子式互感器,結(jié)構(gòu)緊湊,無鐵磁諧 振與磁飽和問題,采樣數(shù)據(jù)數(shù)字量輸出。 2. 設(shè)備操作實(shí)現(xiàn)了智能化 采用智能化一次設(shè)備, 設(shè)備信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)交互, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)一次設(shè) 備的智能化控制。 3. 信息交互實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化 取消了控制電纜,二 次設(shè)備間通過光纖網(wǎng)絡(luò)交換采樣數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)和控制命令等信息。 4、統(tǒng)一信息模型與通訊協(xié)議 采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn),所有信息按統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)建模

3、,并按統(tǒng)一的通信協(xié)議傳輸,實(shí)現(xiàn)不同廠家、不同設(shè)備間的 互操作。 二、數(shù)字化變電站關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù) 1. 電子（光學(xué)）式互 感器 目前主要有基于羅氏線圈原理的電子式互感器與基于法拉第磁 光效應(yīng)的光學(xué)式互感器兩大類。 電子式互感器原理成熟， 目前應(yīng)用較 為廣泛，但存在電磁干擾、傳感器供能等問題； 光學(xué)互感器原理先進(jìn)， 無電磁干擾問題， 但存在元件穩(wěn)定性等技術(shù)難題， 目前應(yīng)用尚不廣泛。 兩類互感器與常規(guī)互感器比較均有絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 體積重量輕、 可實(shí) 現(xiàn)電流、電壓互感器一體化組合，動(dòng)態(tài)范圍大、無磁飽和現(xiàn)象，直接 輸出數(shù)字信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)， 與常規(guī)互感器相比需增加合并單元模塊來完成 各相及各間隔間數(shù)字采樣的同

4、步。 2. 智能開關(guān)設(shè)備 IEC62063 標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)智能開關(guān)設(shè)備的定義是： “具有較高性能的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備， 配有電子設(shè)備傳感器和執(zhí)行器， 不僅具有開關(guān)設(shè)備的基本功能， 還具 有附加功能，尤其在監(jiān)測(cè)和診斷方面” 。目前已有廠家與一次設(shè)備廠 家合作在 GIS 匯控柜內(nèi)集成保護(hù)和測(cè)控裝臵完成智能開關(guān)功能， 在現(xiàn) 有條件下通常做法是通過加裝智能終端完成一次設(shè)備與二次設(shè)備的 接口，智能終端用電纜連接非智能設(shè)備的輸入、輸出，用光纖與控制 室內(nèi)的間隔層設(shè)備交換信息。 3. 交流量采樣數(shù)據(jù)采集傳輸方案 電 子式互感器輸出的數(shù)字化采樣數(shù)據(jù)需經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至保護(hù)、 測(cè)控等相關(guān) 設(shè)備，目前采樣數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)有 IE

5、C60044-8、IEC61850-9-1/2 等標(biāo)準(zhǔn)。 IEC60044-8采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳輸，傳輸延時(shí)確定，可以采用再采樣技 術(shù)實(shí)現(xiàn)同步采樣， 適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高場(chǎng)合， 但存在光纜鋪設(shè)量大， 合并單元安裝方式不靈活等缺點(diǎn)。IEC61850-9-1/2采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口， 光纜鋪設(shè)量大幅減少， 合并單元安裝方式靈活， 是采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā) 展方向，但目前存在傳輸延時(shí)不確定、對(duì)交換機(jī)要求極高等問題，網(wǎng) 絡(luò)延時(shí)及故障對(duì)全站保護(hù)設(shè)備影響很大。 4. GOOSE 網(wǎng)絡(luò) GOOSE （ Generic Object Oriented Substation Even）t 是通用面向?qū)ο蟮淖冸娬?事件。當(dāng)系

6、統(tǒng)發(fā)生任何狀態(tài)變化或輸出命令時(shí)， 智能電子設(shè)備將借助 變化報(bào)告，多播一個(gè)高速二進(jìn)制對(duì)象。 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)可交換以下實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)：保護(hù)裝臵的跳合閘命令，測(cè)控裝臵的遙控命令，保護(hù)裝臵間信 息（啟動(dòng)失靈、閉鎖重合閘等） ，一次設(shè)備的遙信信號(hào)（開關(guān)刀閘位 臵、壓力等），GOOSE網(wǎng)絡(luò)通過多種機(jī)制保證信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與 可靠性，利用 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)來取代傳統(tǒng)變電站用控制電纜構(gòu)成的復(fù)雜 二次回路。 三、數(shù)字化變電站的優(yōu)勢(shì) 與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變 電站存在以下幾方面優(yōu)勢(shì)： 1. 避免了傳統(tǒng)互感器固有問題 新型互 感器不存在鐵磁諧振、絕緣油氣泄露、二次開路短路等問題，節(jié)省大 量鐵芯、銅線等金屬材料，電壓

7、等級(jí)越高，經(jīng)濟(jì)性越明顯。 2. 簡(jiǎn)化 二次回路接線，節(jié)省控制電纜 由于交流采樣回路、控制信號(hào)回路均 采用網(wǎng)絡(luò)傳輸信息， 極大地簡(jiǎn)化了二次回路接線， 避免了電纜接線錯(cuò) 誤、松動(dòng)及二次回路干擾引起的繼電保護(hù)事故， 并且節(jié)約了大量控制 電纜，戶外電纜溝道也可相應(yīng)簡(jiǎn)化，降低了變電站造價(jià)。 3. 信息共 享降低投資 數(shù)字化變電站所有信息采用統(tǒng)一模型，按照統(tǒng)一通信標(biāo) 準(zhǔn)接入通信網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、遠(yuǎn)動(dòng)等系統(tǒng)均從同一個(gè)通信網(wǎng) 絡(luò)接受交流采樣、設(shè)備狀態(tài)等信息，減少了軟、硬件的重復(fù)配臵及為 此而增加的投資， 并且可以發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò)的分散式母線保護(hù)、 備自投、 低頻低壓減載等新型保護(hù)，取消原有集中式保護(hù)。 4.

8、 設(shè)備聯(lián)調(diào)可在 制造廠完成，減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間 傳統(tǒng)方案中，一次設(shè)備和二次設(shè)備 及二次設(shè)備之間的電纜連接和調(diào)試只能到現(xiàn)場(chǎng)后完成， 調(diào)試周期比較 長。數(shù)字化變電站由于所有設(shè)備間通過網(wǎng)絡(luò)交換信息， 不需復(fù)雜的電 纜接線，設(shè)備聯(lián)調(diào)可在出廠前完成， 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)僅需檢查網(wǎng)絡(luò)通訊完 好，到現(xiàn)場(chǎng)后調(diào)試工作量極小，能夠顯著地縮短投運(yùn)周期。 5. 減少 設(shè)備更新擴(kuò)建成本 變電站的設(shè)備間信息交換均按照統(tǒng)一的 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)通過通信網(wǎng)絡(luò)完成， 變電站在擴(kuò)展規(guī)模和更新改造時(shí)， 只需在通 信網(wǎng)絡(luò)上更換或添加符合國際標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備， 無需對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行改造 或更換，保護(hù)用戶投資，降低了變電站全壽命周期成本。 四、數(shù)字

9、化變電站實(shí)現(xiàn)模式 數(shù)字化變電站的實(shí)施是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，當(dāng) 前典型的數(shù)字化變電站方案有以下三種： 方案一：僅站控層遵循 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的不完全數(shù)字化變電站。 方案二：在繼承方案一基礎(chǔ) 上，采用了智能一次設(shè)備（或智能單元） ，但仍然使用常規(guī) CT/PT 的 不完全數(shù)字化變電站。 方案三：在繼承方案二基礎(chǔ)上， 遵循 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，采用數(shù)字化 CT/PT 、智能一次設(shè)備的完全型數(shù)字化變電站。 對(duì) 于新建變電站， 建設(shè)完全型數(shù)字化變電站可節(jié)約投資， 體現(xiàn)其技術(shù)先 進(jìn)性，對(duì)于老舊變電站綜合自動(dòng)化改造， 數(shù)字化技術(shù)也有其現(xiàn)實(shí)意義。 由于老舊變電站經(jīng)歷多次改造，二次回路復(fù)雜、混亂，在改造

10、過程中 要進(jìn)行大量的二次電纜敷設(shè)、 接線，由于設(shè)備或人員因素造成繼電保 護(hù)事故的例子屢見不鮮， 如利用成熟的數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行改造， 可跨過 原有復(fù)雜的二次回路，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。 五、 實(shí)施中主要技術(shù)問題 經(jīng)過調(diào)研目前數(shù)字化變電站實(shí)施中存在的技術(shù) 問題主要有以下幾類： 1. 數(shù)字化變電站對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全要求極高 由于 環(huán)網(wǎng)存在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等問題， 目前各廠家組網(wǎng)均采用星型以太網(wǎng)， 交換機(jī)一旦故障， 將引起全站設(shè)備異常甚至癱瘓， 目前采取的措施是采用 工業(yè)級(jí)高可靠性交換機(jī)，雙網(wǎng)冗余配臵。 2. 智能終端、合并單元下 放至開關(guān)場(chǎng)的電磁兼容及環(huán)境問題 由于智能終端需安裝在開關(guān)場(chǎng)， 部分項(xiàng)目已實(shí)

11、現(xiàn)合并單元下放， 需考慮電磁兼容及環(huán)境問題。 目前的 解決方案是采用防護(hù)等級(jí)高、帶有溫濕度控制的戶外柜解決。 3. 電 子式互感器對(duì)線路差動(dòng)保護(hù)的影響 這種情況指新建或改造數(shù)字化變 電站采用電子式互感器， 對(duì)端變電站仍為常規(guī)式互感器。 常規(guī)變電站 電流電壓經(jīng) CT、PT 轉(zhuǎn)換為二次模擬值，再經(jīng)保護(hù)交流插件、 AD 采 樣回路進(jìn)入保護(hù)裝臵， 數(shù)字化變電站電流電壓經(jīng)電子式互感器、 遠(yuǎn)端 模塊、合并單元進(jìn)入保護(hù)裝臵，由于于兩側(cè)路由不同，采樣時(shí)刻不一 致，必然產(chǎn)生角差，正常運(yùn)行時(shí)有差動(dòng)電流。解決方法是在其中一側(cè) 裝臵考慮路由延時(shí)進(jìn)行采樣調(diào)整， 但這種解決方案要求更換對(duì)側(cè)保護(hù) 裝臵。 4. 改造過程中母

12、線保護(hù)的過渡方案 由于變電站改造過程中 各間隔互感器、 控制回路由常規(guī)互感器、 電纜回路逐步改造為電子式 互感器、 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)，在改造過程中需考慮母線保護(hù)的過渡運(yùn)行方 案，各廠家目前均有不同的解決方案，但整體看過渡方案均較復(fù)雜， 需不斷更改程序并進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)。 5. 交流采樣數(shù)字化對(duì)電能表的影 響 由于交流采樣回路實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，電能表結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，目前部分 廠家產(chǎn)品已取得國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的制造計(jì)量器具許可證， 但 缺乏國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 6. 保護(hù)測(cè)試方法 由于保護(hù)裝臵交流采樣 回路發(fā)生變化， 保護(hù)測(cè)試方法也相應(yīng)改變， 目前已有保護(hù)測(cè)試儀廠家 研發(fā)出針對(duì)數(shù)字化保護(hù)的測(cè)試儀器， 也有將

13、傳統(tǒng)測(cè)試儀輸出的模擬量 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的測(cè)試裝臵。 六、數(shù)字化變電站目前應(yīng)用情況 從資料 來看2006年以前基本是電子式互感器研制、 試驗(yàn)及IEC61850規(guī)約互 操作試驗(yàn)時(shí)期， 2006年開始有基于 I E C6 1 8 50標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn) 行，2007年開始有基于電子式互感器與智能終端的全數(shù)字化變電站投 入運(yùn)行。目前以110kV電壓等級(jí)變電站最多，有部分220kV變電站實(shí) 現(xiàn)全站數(shù)字化，南方電網(wǎng)公司 500kV桂林變于2009年5月初投運(yùn)一 個(gè)實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的500kV間隔，國家電網(wǎng)公司在建的500kV蘭溪變 為交流回路仍采用傳統(tǒng)互感器，一次部分實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)利用 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)完成信

14、息交換及跳閘，目前還沒有220kV以上整站實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字 化的變電站投運(yùn)。 七、各廠家考察情況 此次共考察四個(gè)廠家，均為 我國電力自動(dòng)化行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，具有豐富的電力系統(tǒng)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)， 在數(shù)字化變電站領(lǐng)域也都較早地開展了研究應(yīng)用， 目前均有大量工程 應(yīng)用實(shí)例。各個(gè)廠家在技術(shù)上都有各自的特點(diǎn)：國電南瑞公司做為 2006年浙江 220kV 外陳變電站項(xiàng)目系統(tǒng)集成商，完成了國內(nèi)外十余 家廠商的保護(hù)、測(cè)控裝臵的大規(guī)?；ゲ僮髟囼?yàn)，目前研制的 NAE 系 列全光纖互感器前瞻性很強(qiáng)； 國電南自公司在電子式互感器研究應(yīng)用 方面起步較早，南方電網(wǎng)公司500kV桂林變數(shù)字化間隔即采用國電南 自公司設(shè)備； 南瑞繼保公司在數(shù)字化保護(hù)方面繼承了傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)， 與一 次設(shè)備廠商合作開發(fā)的智能匯控柜進(jìn)一步優(yōu)化了控制回路； 許繼電氣 可提供電子式互感器、 數(shù)字化電度表等全套數(shù)字化設(shè)備， 在過程層采 樣傳輸上率先實(shí)現(xiàn)了 I