基于iec61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)

基于iec61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)

數(shù)字裝置采用iec61850通信規(guī)范，由一個(gè)智能設(shè)備（電子執(zhí)用裝置、智能化開關(guān)等）和兩個(gè)電子二次設(shè)備（過程層、間距層、車站控制層）組成。它可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代裝置之間智能設(shè)備信息的交流和互聯(lián)。與傳統(tǒng)變電站相比,數(shù)字化變電站主要需對(duì)過程層和間隔層設(shè)備進(jìn)行升級(jí),通過電子式互感器、一次設(shè)備加智能化終端、數(shù)字化接口保護(hù)裝置和GOOSE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,將一次系統(tǒng)的模擬量和開關(guān)量就地?cái)?shù)字化,用少量光纖代替原有一次與二次設(shè)備間以及各類二次設(shè)備之間的大量電纜連接,將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用由站控層與間隔層之間延伸到了間隔層與過程層之間,使通信網(wǎng)絡(luò)在變電站中更為深入和廣泛應(yīng)用,基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng),數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)方案在技術(shù)上逐漸整合了一些傳統(tǒng)意義上的專業(yè)如電氣二次專業(yè)整合遠(yuǎn)動(dòng)專業(yè),防誤系統(tǒng)納入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。然而,目前不同專業(yè)設(shè)備在計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)上的互操作差、規(guī)約不一致、I/O重復(fù)設(shè)置等問題使得各二次專業(yè)的整合仍然存在技術(shù)上的難題。隨著一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化,體現(xiàn)互操作等;新的技術(shù)平臺(tái)為二次的整合提供了支撐基礎(chǔ)。1數(shù)字化變電站iq-監(jiān)測(cè)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)包括了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能建模、數(shù)據(jù)建模、通信協(xié)議、通信系統(tǒng)的項(xiàng)目管理和一致性檢測(cè)等一系列標(biāo)準(zhǔn),是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的基礎(chǔ),是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特征包括:IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng);智能化的一次設(shè)備(如電子式互感器、智能開關(guān)、智能變壓器等);網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)。基于IEC6850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站包括以下主要特點(diǎn):(1)數(shù)據(jù)采集數(shù)字化。電子式互感器和一次設(shè)備智能終端的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化,實(shí)現(xiàn)裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變;(2)系統(tǒng)建模標(biāo)準(zhǔn)化。采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)統(tǒng)一建模技術(shù),變電站站內(nèi)及變電站與調(diào)度中心之間實(shí)現(xiàn)無縫通信體系,真正實(shí)現(xiàn)信息共享;(3)設(shè)備互操作性。采用對(duì)象建模技術(shù)、抽象通信接口技術(shù)和設(shè)備自描述規(guī)范,智能設(shè)備之間統(tǒng)一了通信協(xié)議和通信接口的一致性,實(shí)現(xiàn)互操作;(4)信息網(wǎng)絡(luò)化。智能設(shè)備采用了統(tǒng)一的通信協(xié)議和接口,彼此之間連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信,通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享。(5)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備跳合閘命令信息的GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸,保證網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)動(dòng)作的快速可靠。(6)利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)在過程層的信息傳輸,以及過程層各間隔之間的狀態(tài)信息交互,實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站單間隔設(shè)備的一鍵式智能倒閘操作。利用GOOSE信息的三層網(wǎng)絡(luò)傳輸,結(jié)合本間隔設(shè)備的邏輯閉鎖功能,在間隔層通過運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)分析識(shí)別及邏輯判斷綜合決策,實(shí)現(xiàn)變電站過程層、間隔層、站控層完整一體的五防操作邏輯閉鎖。2第二站系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)2.1次設(shè)備布置方案針對(duì)無人值班站的特點(diǎn),將二次設(shè)備間設(shè)置與10kV配電間構(gòu)成聯(lián)合建筑。優(yōu)化電纜溝設(shè)置,減少電纜/光纖用量。綜合考慮二次設(shè)備布置方式在電纜/光纖耗量、投資、建筑面積等指標(biāo),采用集中布置方式。對(duì)相似運(yùn)行環(huán)境的二次設(shè)備功能房間進(jìn)行優(yōu)化整合,減少冗余房間,不設(shè)置專用通信機(jī)房,將通信設(shè)備與二次公用設(shè)備合并布置,減少變電站建筑面積,有效節(jié)約了資源。利用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)化整合,實(shí)現(xiàn)二次裝置緊湊型設(shè)計(jì)。優(yōu)化間隔內(nèi)二次設(shè)備的組成結(jié)構(gòu),二次設(shè)備按間隔組屏,基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)取代傳統(tǒng)的硬接線,大大簡(jiǎn)化了保護(hù)測(cè)控的二次接線,取消保護(hù)柜內(nèi)打印機(jī)、操作箱、電壓切換箱。提出取消常規(guī)測(cè)控屏、電度表屏,按間隔將所有相關(guān)二次設(shè)備全部布置于一面屏(綜合測(cè)控保護(hù)屏)內(nèi),縮減二次盤柜數(shù)量,減少了屏間連線。針對(duì)數(shù)字化變電站中過程層網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使得二次屏柜電纜接線可以大幅減少的特點(diǎn),提出了二次盤柜采用搖架柜(即前開門旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu),屏后不開門的設(shè)計(jì)方案,)柜體尺寸統(tǒng)一,取消屏后維護(hù)通道,減少二次設(shè)備間面積。2.2控制電路信息交互數(shù)字變電站備自投功能直接利用過程層網(wǎng)絡(luò)集中采集的各級(jí)母線電壓、進(jìn)線電流、相關(guān)開關(guān)刀閘位置等信息交互,結(jié)合當(dāng)前運(yùn)行方式,根據(jù)運(yùn)行策略和當(dāng)前的狀態(tài)以及功能邏輯判別,使測(cè)控裝置通過計(jì)算分析向過程層設(shè)備發(fā)送控制命令。與常規(guī)備自投裝置相比,取消了專用的備自投裝置及各保護(hù)之間的連接線,避免了各間隔信息的重復(fù)采集,網(wǎng)絡(luò)化采集和傳輸減少了信息傳輸環(huán)節(jié),提高了備自投動(dòng)作的可靠性。2.3保護(hù)測(cè)控一體化裝置小電流接地選線用監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能實(shí)現(xiàn)。小電流接地選線功能用監(jiān)控系統(tǒng)配套的保護(hù)測(cè)控一體化裝置實(shí)現(xiàn),不獨(dú)立設(shè)置小電流選線裝置,即取消消弧線圈控制屏上小電流選線裝置。優(yōu)化整合后,取消獨(dú)立的小電流選線裝置一套,不僅初期減少投資,也減少維護(hù)工作量。2.4基于東南角單元的防誤鎖功能通過采用變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)邏輯閉鎖和本間隔電氣閉鎖回路實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖優(yōu)化防誤操作系統(tǒng),進(jìn)一步提高安全可靠性,取消獨(dú)立微機(jī)“五防”裝置,由監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)面向全站的防誤閉鎖功能,在監(jiān)控系統(tǒng)操作員工作站的系統(tǒng)軟件中嵌入五防邏輯判斷功能,并在操作回路中串入監(jiān)控系統(tǒng)閉鎖輸出接點(diǎn)。應(yīng)用GOOSE報(bào)文機(jī)制,強(qiáng)化測(cè)控裝置的防誤閉鎖能力。每一間隔測(cè)控裝置除實(shí)現(xiàn)本間隔內(nèi)的基本防誤閉鎖功能外,還通過GOOSE報(bào)文獲取其它間隔有關(guān)的閉鎖信息,實(shí)現(xiàn)基于間隔層的全站五防閉鎖。測(cè)控裝置輸出本間隔的閉鎖信息,經(jīng)過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)介_關(guān)場(chǎng),由就地智能終端輸出雙位置接點(diǎn)串入受控設(shè)備的電氣閉鎖回路,完善電氣閉鎖功能。在數(shù)字化變電站中,采用面向?qū)ο蠼y(tǒng)一建模,信息統(tǒng)一采集,具備完善的間隔聯(lián)鎖功能,聯(lián)鎖邏輯可以靈活方便地離線組態(tài),為將微機(jī)防誤功能完全內(nèi)嵌于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)提供了技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)并帶來運(yùn)行、維護(hù)上的諸多好處。數(shù)字變電站采用將微機(jī)防誤功能內(nèi)嵌于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的方案,不設(shè)置五防后臺(tái),僅配置就地鎖具,取消單元電氣硬接線,間隔聯(lián)閉鎖由基于GOOSE網(wǎng)的間隔聯(lián)閉鎖進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。優(yōu)化整合后,取消獨(dú)立的微機(jī)防誤系統(tǒng)及后臺(tái)一套,減少投資,也大大提高了運(yùn)行效率,減少維護(hù)工作量。2.5全站采用全站所設(shè)置的根據(jù)采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)互操作的網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備,統(tǒng)一、高速的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),為全站原分屬于不同專業(yè)、不同屏柜而設(shè)置的打印機(jī)的實(shí)現(xiàn)了集中配置提供了完全可行的技術(shù)支持。整合保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的打印機(jī),取消保護(hù)柜打印機(jī),設(shè)置全站打印服務(wù)器,采用網(wǎng)絡(luò)打印。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享、設(shè)備共享,節(jié)約打印設(shè)備投資。2.6蓄電池所使用放電結(jié)合數(shù)字化變電站中電纜較少,直流功耗小的特點(diǎn),通過對(duì)比分析計(jì)算,直流系統(tǒng)采用110V電壓,減少蓄電池個(gè)數(shù),降低直流系統(tǒng)故障幾率,減少簡(jiǎn)化安裝維護(hù)工作量,節(jié)省蓄電池柜和投資。2.7dc-dc變換器將通信48V直流電源與站內(nèi)110V直流電源進(jìn)行優(yōu)化整合,站內(nèi)110V直流電源通過DC-DC變換器向通信48V直流負(fù)荷供電。系統(tǒng)是按一蓄一充一DC-DC變換器的原則配置,蓄電池配一套電池巡檢儀。DC-DC變換器采用N+1模塊配置,設(shè)備故障率低,平均維護(hù)小于20min。DC-DC變換器由兩路110V直流供電,因而工作可靠性較高,可以滿足48V通信直流負(fù)荷的可靠性要求。以安全可靠供電為前提,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,優(yōu)化整合通信直流與站用直流,取消通信專用蓄電池,通信直流采用DC/D供電模式,節(jié)約建筑面積,減少維護(hù)工作量,節(jié)省全壽命周期內(nèi)整體投資?？梢娡ㄐ艑I(yè)的48V電源完全可以與全站的110V直流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化整合,優(yōu)化整合后方案的技術(shù)可靠性滿足要求,將全站的直流電源系統(tǒng)納入統(tǒng)一的方案設(shè)計(jì)、采購、維護(hù)流程中,還節(jié)省通信48V蓄電池的日常維護(hù)工作和費(fèi)用。2.8單臺(tái)運(yùn)營(yíng)電源容量UPS電源容量大小由負(fù)載大小決定,按單臺(tái)容量不小于1.2倍全部負(fù)載額定功率總和計(jì)算,功率因數(shù)取0.8。變電站UPS電源系統(tǒng)為當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、安防設(shè)備、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信及事故照明回路。提供穩(wěn)定、可靠的交流電源,將上述設(shè)備額定功率總加即為負(fù)載總和,取1.2倍冗余系數(shù),再除以功率因數(shù)就得到單臺(tái)UPS電源容量。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),110kV變電站宜配置的單臺(tái)UPS電源容量不小于3kVA。UPS系統(tǒng)不自帶蓄電池組,直流電源由站用直流系統(tǒng)統(tǒng)一提供,安裝在直流系統(tǒng)饋電屏上,不獨(dú)立組屏。提供交流不停電電源給綜自后臺(tái)、安防系統(tǒng)及事故照明回路等。即事故照明不再另設(shè)獨(dú)立的逆變電源,優(yōu)化整合后,取消了1套獨(dú)立的UPS系統(tǒng),減少了初期投資及維護(hù)工作量。2.9電能表直接利用數(shù)字式變電站對(duì)于電子式互感器及數(shù)字式電能表的應(yīng)用,在IEC61850的技術(shù)平臺(tái)上促進(jìn)了二次系統(tǒng)與電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)化整合,主要體現(xiàn)在:(1)數(shù)字式電能表可以直接利用監(jiān)控系統(tǒng)所采集的電流、電壓量,提升計(jì)量精度,減少設(shè)備重復(fù)設(shè)置和信息重復(fù)采集,節(jié)省設(shè)備投資;(2)測(cè)量、計(jì)量使用同一個(gè)互感器的二次繞組,使得互感器不再由各專業(yè)分別管理,避免了大量的配合工作,提高生產(chǎn)效率;(3)利用數(shù)字化計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源,數(shù)字式電能表可以作為間隔層設(shè)備通過IEC61850協(xié)議接入監(jiān)控系統(tǒng),直接上傳至上一級(jí)變電站電能計(jì)量主站,簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),不需設(shè)置電能采集終端,以節(jié)約投資和保證電能數(shù)據(jù)的一致性。2.10基于光纖重復(fù)采樣的能力采用數(shù)字化變電站以后,基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)二次各專業(yè)間的信息共享,可以完全避免了信息重復(fù)采樣的現(xiàn)象;大量的光纖應(yīng)用使得整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)原分屬不同專業(yè)、不同裝置之間的I/O只以“信息流”為交互的手段?？梢?基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站真正需要以二次優(yōu)化整合的系統(tǒng)理念進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃,以邏輯回路的概念進(jìn)行設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的各項(xiàng)功能。3數(shù)字變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站新技術(shù)后,二次系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下整合:(1)整合二次系統(tǒng),取消保護(hù)專網(wǎng),直接從網(wǎng)絡(luò)上獲取保護(hù)信息;(2)整合微機(jī)五防系統(tǒng),取消獨(dú)立的微機(jī)五防系統(tǒng)和就地單元電氣硬接線,將五防功能內(nèi)嵌于自動(dòng)化系統(tǒng),間隔聯(lián)閉鎖由基于GOOSE網(wǎng)的間隔聯(lián)閉鎖進(jìn)行實(shí)現(xiàn);(3)整合保護(hù)裝置和測(cè)控裝置,減少屏柜數(shù)量;(4)整合全站打印機(jī)資源,取消各裝置獨(dú)立配置的打印機(jī),全站統(tǒng)一配置一臺(tái)打印機(jī);(6)整合通信48V直流電源,取消通信蓄電池兩組,利用110V直流電源經(jīng)DC-DC變換裝置,為通信設(shè)備供電;(7)整合通信監(jiān)