淺談對開元110kV變電站系統(tǒng)結構的認識及相關網(wǎng)絡測試

1、淺談對開元110kV變電站系統(tǒng)結構的認識及相關網(wǎng)絡測試寇琰（銀川供電局保護自動化所保護一班，寧夏 銀川 750001）摘要：本文以智能化變電站及系統(tǒng)構成的基本概念入手，結合開元110kV變電站系統(tǒng)結構，介紹了其基本組成、功能及組網(wǎng)三層雙網(wǎng)結構，并通過開元變驗收總結出部分測試方法。關鍵詞：智能化變電站，站控層，間隔層，過程層，SV，GOOSE0、引言智能化變電站（smart substation），是采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，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，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智

2、能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。智能化變電站是數(shù)字化變電站的升級和發(fā)展，在數(shù)字化變電站的基礎上，結合智能電網(wǎng)的需求，對變電站自動化技術進行充實以實現(xiàn)變電站智能化功能。從智能電網(wǎng)體系結構看，智能化變電站是智能電網(wǎng)運行與控制的關鍵。1、智能化變電站概述智能化變電站從本質(zhì)定義的角度來說，其主要特征是“一次設備智能化，二次設備網(wǎng)絡化，符合IEC 61850標準”，即智能化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實現(xiàn)網(wǎng)絡化，通信模型達到標準化，使各種設備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺。開元110kV智能化變電站的網(wǎng)絡結構與傳統(tǒng)化變電站示意圖如圖1所示，全站劃分為三層，即站控層，間隔層和過程層。

3、全站網(wǎng)絡分成GOOSE網(wǎng)絡和站控層MMS網(wǎng)絡兩部分，各部分之間獨立組網(wǎng)，有效的避免了不同數(shù)據(jù)之間的相互影響，確保整個變電站系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。圖1 傳統(tǒng)變電站與智能化變電站結構示意圖根據(jù)上述特征，開元110kV變電站的外在表現(xiàn)為用網(wǎng)絡取代傳統(tǒng)的電纜硬接線，通過網(wǎng)絡連接全站的所有設備。網(wǎng)絡通信可以解決常規(guī)變電站二次回路開路短路，二次回路電纜施工、調(diào)試、維護工作繁瑣，二次回路傳輸信號精度差，易受干擾等問題；網(wǎng)絡光纖還減少了傳統(tǒng)二次回路電纜消耗的大量有色金屬，節(jié)約了資源。2、開元110kV變電站系統(tǒng)結構開元110kV智能化變電站通信網(wǎng)絡采用IEC 61850標準，IEC 61850標準將變電站在結構上

4、劃分為站控層、間隔層和過程層，并通過分層、分布、開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)高速網(wǎng)絡通信。整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡可以分為：站控層和間隔層之間的間隔層通訊網(wǎng)、以及間隔層和過程層之間的過程層通訊GOOSE網(wǎng)。其系統(tǒng)結構如圖2所示。圖2 開元110kV變電站系統(tǒng)結構圖2.1、站控層2.1.1站控層的主要功能站控層的主要任務是：通過高速網(wǎng)絡匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登陸歷史數(shù)據(jù)庫；按既定協(xié)約將有關數(shù)據(jù)信息送往調(diào)度或控制中心；接受調(diào)度或控制中心有關控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；具有全站微機五防功能；具有（或備有）站內(nèi)當?shù)乇O(jiān)控、人機聯(lián)系功能；具有對間隔層、過程層設備的在線維護、在線組態(tài)、在線修改

5、參數(shù)的功能；具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓功能。2.1.2站控層的主要設備開元變站控層設備包括主機、遠動后臺監(jiān)控系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、網(wǎng)絡報文記錄分析系統(tǒng)、GPS對時系統(tǒng)等。（1）遠動后臺監(jiān)控系統(tǒng)：是站內(nèi)自動化系統(tǒng)的主要人機界面，采用南瑞繼保PCS后臺監(jiān)控系統(tǒng)，以圖形及報表的形式顯示各種SOE事件記錄和告警信息，具有設備狀態(tài)和定值參數(shù)的在線查詢及修改，對一次開關等設備遠程操作控制命令的下達等功能。通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)，變電運行人員能夠?qū)崿F(xiàn)全站設備的運行監(jiān)視和操作控制。本站配置兩臺遠動后臺監(jiān)控系統(tǒng)，與主機計算機在硬件上進行合并設置，實現(xiàn)相互監(jiān)視操作的功能。（2）網(wǎng)絡報文分析系統(tǒng)：開元變由兩臺許

6、繼WEA-800構成，通過在線分析GOOSE網(wǎng)和MMS網(wǎng)內(nèi)的所有通訊報文，實時監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀況并及時對異常進行報警，將報警信號上傳至遠動監(jiān)控后臺，同時遠動工作人員可根據(jù)所記錄的系統(tǒng)通訊報文進行離線分析，從而查找系統(tǒng)存在的隱患和異常、分析系統(tǒng)異常和錯誤原因，指導有關人員定位排除系統(tǒng)隱患和故障。2.1.3站控層的組網(wǎng)站控層網(wǎng)絡通過MMS/GOOSE網(wǎng)交換機與站控層其它設備通信，與間隔層網(wǎng)絡通信。功能和結構與常規(guī)變電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡基本類似，全站信息的匯總功能(包括防誤閉鎖）可依靠MMS/GOOSE網(wǎng)絡實現(xiàn)。2.2間隔層開元變間隔層包括主變及110kV線路保護裝置、分段及備投裝置、測控裝置、

7、故障錄波器、低頻低壓減載裝置、電能計量裝置等設備，其主要功能是：（1） 匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；（2） 主變及110kV線路保護裝置實現(xiàn)對一次設備的保護控制和完成采樣、測量、防誤閉鎖、同期檢測等功能；（3） 承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及變電站層的網(wǎng)絡通信功能。2.3、過程層2.3.1過程層的主要功能過程層是一次設備與二次設備的結合面，或者說過程層是智能化電氣設備的智能化部分，其主要功能可分為三類：（1）電氣運行的實時電氣測量。（2）運行設備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計。（3）操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動。2.3.2過程層的主要設備過程層包括：電子式互感器、智能終端、合并單元等構成。（

8、1）電子式互感器：開元變采用電子式電壓/電流互感器實現(xiàn)信號的測量，并通過光纖傳輸至合并單元直接輸出數(shù)字信號，與綜自站的傳統(tǒng)互感器相比，開元變的電子式互感器具有二次側(cè)開路時不會產(chǎn)生危險的高壓、絕緣結構簡單、沒有鐵芯和磁飽和現(xiàn)象、測量精度高等特點。（2）智能終端：開元110kV變電站采用南瑞繼保PCS-222C智能終端，裝置接收保護和測控裝置通過光纖直接下發(fā)的斷路器或刀閘的分、合及閉鎖命令，然后轉(zhuǎn)換成相應的繼電器硬接點輸出。對于斷路器操作，將其分、合閘輸出接點接入裝置本身的操作回路插件，由該插件來實現(xiàn)斷路器跳合閘電流自保持、防跳以及壓力閉鎖等功能。并且能夠就地采集斷路器、刀閘以及變壓器本體等一次設

9、備的開關量狀態(tài)，并通過GOOSE網(wǎng)絡上送給保護和測控裝置。（3）合并單元:合并單元作為數(shù)字互感器、智能化一次設備、智能化二次保護、測控和計量設備的中間連接環(huán)節(jié)，其主要功能是接收一次設備的采樣信號，并進行匯總之后以點對點的傳輸方式將電流、電壓等數(shù)字量傳輸至備自投、公用測控以及故障錄波器等二次設備，通過基于GPS秒脈沖同步的同步采樣來解決合并單元同步采集問題。2.3.3過程層的組網(wǎng)：開元110kV變電站采用直采直跳的組網(wǎng)方案，電子式互感器、斷路器和保護設備之間信息交互采用點對點的連接方式。隔離刀閘、斷路器設備的控制由保護裝置直接通過智能終端完成,即直采直跳方式，系統(tǒng)結構如圖2所示。測量數(shù)據(jù)通過直連

10、到合并單元的點對點的連接來發(fā)送,過程總線用于各種信號傳輸和設備監(jiān)測。測量數(shù)據(jù)遵循IEC61850-9-1/IEC60044-8規(guī)約，這種應用模式的特點是保護的測量數(shù)據(jù)和控制通信數(shù)據(jù)嚴格分離。同時，該網(wǎng)絡采用支持優(yōu)先級和虛擬局域網(wǎng)功能的交換機，使得不同報文采用不同的優(yōu)先級別：保護跳閘命令和閉鎖命令設為最高級，遙控分合閘、斷路器位置信號等設為次高級，隔離開關位置信號和一次設備狀態(tài)信號設為普通級，通過將設備按網(wǎng)絡化保護功能邏輯劃分的方法，可以大大減少網(wǎng)絡流量。3、GOOSE網(wǎng)絡測試3.1網(wǎng)絡風暴測試:利用測試裝置通過GOOSE交換機向GOOSE網(wǎng)絡發(fā)送大量無效數(shù)據(jù),在網(wǎng)絡帶寬被嚴重占用的情況下,通過

11、試驗方法使保護動作,此時觀察保護裝置應能按照規(guī)定要求動作,故障錄波器錄波正確,網(wǎng)絡報文分析裝置正確獲取保護動作報文,并上傳至遠動后臺。3.2無效數(shù)據(jù)閉鎖保護機制利用博電PWF試驗臺直接連接至保護裝置，在試驗臺設置中將有效值的高值設置為0000，低值設置為0001，此時試驗臺輸出數(shù)字量為無效值，根據(jù)定值向保護裝置輸入數(shù)字量，此時保護裝置正確閉鎖不動作。3.3合并單元采集測試同時對電子式互感器和傳統(tǒng)互感器進行一次升流試驗，利用NT702電子式互感器穩(wěn)態(tài)校驗裝置對電子式互感器經(jīng)合并單元獲取的采樣值與傳統(tǒng)互感器采樣值進行波形對比分析，從而達到對合并單元采集及輸出正確性的判斷。3.4 GOOSE網(wǎng)斷鏈測

12、試 通過插拔光纖的方式模擬在正常運行情況下GOOSE網(wǎng)光纖通道斷鏈,此時保護裝置將具體斷鏈網(wǎng)絡信息通過MMS網(wǎng)上報遠動監(jiān)控后臺,同時將保護動作閉鎖。4、結束語智能化變電站是當前智能電網(wǎng)建設的熱點，無論是大型城市還是中小型城市都把智能電網(wǎng)的建設、改造和自動化的實施列為工作重點，并投入了大量的人力和資金，其目的都是為了加強供電能力，提高供電可靠性，優(yōu)化電力服務。經(jīng)過開元110kV智能化變電站近兩個月的驗收工作，我對智能化變電站已經(jīng)有了初步的認識和理解，但還有更多的新問題、新挑戰(zhàn)等待我去發(fā)現(xiàn)和探索，我會在今后的工作中努力學習，不斷充實自己，為電網(wǎng)的建設貢獻自己的一份力量。參考文獻【1】高新華.數(shù)字化變電站測