基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的220kV數(shù)字變電站的建設(shè)研究

摘要：21世紀(jì)又被稱為信息化時(shí)代，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了不同程度的應(yīng)用。對電力系統(tǒng)的影響尤為深遠(yuǎn)。本文筆者結(jié)合工作實(shí)踐，選取了電力系統(tǒng)的重要組成部分---變電站作為研究對象，對基于iec61850標(biāo)準(zhǔn)的220kv數(shù)字變電站的建設(shè)進(jìn)行了探討。文章首先歸納了數(shù)字化變電站的主要特征，并分析了220 kv數(shù)字變電站分層分布式的特點(diǎn)，分別對站控層、間隔層和過程層進(jìn)行了闡述;在此基礎(chǔ)上，對220 kv數(shù)字化變電站建設(shè)中的主要技術(shù)問題進(jìn)行了探討與研究，最后提出建設(shè)220kv數(shù)字變電站應(yīng)注意的問題，這對當(dāng)前變電站數(shù)字化建設(shè)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著社會的向前發(fā)展，以及以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步，近年來電力技術(shù)得到了長足的發(fā)展。智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的出現(xiàn)及應(yīng)用，使得變電站的建設(shè)有了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。本文以基于iec61850標(biāo)準(zhǔn)的220kv數(shù)字變電站的建設(shè)為例，試圖對220kv數(shù)字化變電站的特征及體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述與分析，并探討220kv數(shù)字化變電站建設(shè)中的主要技術(shù)問題，以期為其他數(shù)字化變電站的建設(shè)或改造提供有益借鑒。

1、220kv數(shù)字化變電站的特征及體系結(jié)構(gòu)

1.1 特征分析

數(shù)字化變電站，顧名思義是相對于傳統(tǒng)概念上的變電站而言的，它是由傳統(tǒng)意義上的變電站的數(shù)字化或改造或建設(shè)而成。其建立的基礎(chǔ)是現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，220kv數(shù)字化變電站正是應(yīng)用iec61850進(jìn)行建模和通信為基礎(chǔ)。其技術(shù)特征概括起來，即：“一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、符合iec61850標(biāo)準(zhǔn)”這三個(gè)主要特征。

1.2 一般體系結(jié)構(gòu)

對于常規(guī)的220kv變電站，一般存在著3個(gè)電壓等級，即220kv、110kv和10kv。因此，依據(jù)iec61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造后，變電站的體系結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出分層分布式的特點(diǎn)。從邏輯結(jié)構(gòu)而言，變電站的設(shè)備分成站控層、間隔層和過程層3個(gè)層次。全站面向通用對象的變電站事件(goose)網(wǎng)絡(luò)和制造報(bào)文

(1)過程層：常規(guī)的220kv變電站出線間隔采用的是電壓互感器(vt)、電流互感器(ct)，不一樣的是數(shù)字變電站采用的是電子式電壓互感器(evt)和電子式電流互感器(ect)。并接至合并單元，從而實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的合并與同步，同時(shí)給間隔層保護(hù)測控計(jì)量設(shè)備提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

(2)間隔層：它是由保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波裝置等智能設(shè)備所構(gòu)成。基于iec61850標(biāo)準(zhǔn)的220kv數(shù)字變電站的間隔層采用goose傳遞信息。

(3)站控層：220kv數(shù)字變電站的站控層，其結(jié)構(gòu)方面主要包括了：全球定位系統(tǒng)(gps)、后臺監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)總線、保信網(wǎng)、防誤操作等系統(tǒng)構(gòu)成。需要指出的是，由于在在過程層和間隔層之間組建了goose網(wǎng)絡(luò)，從而有效地實(shí)現(xiàn)了goose跳(合)閘、各間隔開關(guān)量的采集及設(shè)備之間的互鎖。

2、220kv數(shù)字化變電站建設(shè)中的主要技術(shù)問題

2.1 電流電壓回路的接入方式

常規(guī)綜自站的電流電壓回路，一般采用點(diǎn)對點(diǎn)接入的方式，用控制電纜將互感器二次側(cè)的電流電壓接入保護(hù)、測控裝置，在保護(hù)、測控裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)交流采樣。220kv數(shù)字化變電站的光電互感器采用光纖輸出后，傳輸?shù)牟辉偈墙涣鞯碾娏?、交流的電壓了，而是采樣后的?shù)字編碼信息，對此而衍生的技術(shù)問題有待研究。

2.2 220kv線路兩側(cè)縱聯(lián)電流差動保護(hù)裝置的配合

220kv線路大多配置縱聯(lián)保護(hù)。其中，又以縱聯(lián)電流差動保護(hù)為主。目前，建設(shè)220kv數(shù)字化變電站時(shí)，一般只在新建220kv變電站采用數(shù)字化設(shè)備。220kv線路對端的變電站擴(kuò)建變電間隔時(shí)仍采用常規(guī)一次、二次設(shè)備，不采用數(shù)字化設(shè)備。否則，擴(kuò)建間隔設(shè)備將無法接入現(xiàn)有母線保護(hù)、故障錄波器等公共二次設(shè)備，也無法使用已有的母線電壓互感器。

2.3 保護(hù)跳閘方式

對于220kv變電站經(jīng)常出現(xiàn)兩、三套保護(hù)裝置甚至更多套保護(hù)跳同一個(gè)斷路器的情況。常規(guī)綜自站只需將這多套保護(hù)至此斷路器的跳閘回路接到此斷路器的操作回路并聯(lián)起來，即可實(shí)現(xiàn)多套保護(hù)的分別跳閘，互不影響。對220kv數(shù)字化變電站來說，保護(hù)裝置均為光纖方式跳閘，無法直接并聯(lián)起來。220kv數(shù)字化變電站保護(hù)跳閘回路采用光纖傳遞數(shù)字化的跳閘命令。

2.4 一次設(shè)備運(yùn)行、單套保護(hù)檢修時(shí)如何實(shí)現(xiàn)隔離

由于220kv線路、母線、主變壓器等設(shè)備的重要性，均配置了雙重化的保護(hù)。220kv數(shù)字化變電站的保護(hù)跳閘輸出是通過光纖實(shí)現(xiàn)的，無法安裝硬壓板。因此，當(dāng)一套保護(hù)因故障、更改定值等原因退出運(yùn)行時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)退運(yùn)保護(hù)與運(yùn)行的保護(hù)及其回路有效的隔離，并保持明顯的斷開點(diǎn)。但如果不能與運(yùn)行設(shè)備和回路保持有效的隔離，就會在一套保護(hù)裝置退出運(yùn)行時(shí)被迫停運(yùn)一次設(shè)備，220kv設(shè)備配置雙重化保護(hù)就失去了意義。

2.5 故障錄波的方式

常規(guī)綜自站故障錄波器的接入量主要是交流電流、交流電壓、斷路器位置、保護(hù)跳閘等，只需將對應(yīng)的回路用控制電纜接入故障錄波器對應(yīng)的位置，即可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一采樣、統(tǒng)一記錄。對220kv數(shù)字化變電站來說，需用光纜將各互感器的合并器、智能終端、保護(hù)裝置等設(shè)備發(fā)出的數(shù)字量信息進(jìn)行記錄。由于采樣是由不同的設(shè)備分別完成的，如何對這些設(shè)備統(tǒng)一時(shí)鐘，以便于分析事故。

3、應(yīng)注意的事項(xiàng)

從筆者搜集的工程建設(shè)和運(yùn)行實(shí)踐的有關(guān)資料來看，發(fā)現(xiàn)220kv數(shù)字化變電站建設(shè)有以下幾個(gè)較為普遍的問題需要引起注意：

3.1 不同廠家設(shè)備數(shù)字采樣和保護(hù)配合問題

當(dāng)前220kv數(shù)字化變電站所應(yīng)用的設(shè)備由于國內(nèi)外的不同廠家，盡管iec61850對數(shù)據(jù)的處理和傳輸作了相關(guān)規(guī)定，但是對標(biāo)準(zhǔn)的理解上各大廠家存在著差異。從筆者進(jìn)行的動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)外的一些主流制造廠家在互感器設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)部處理等細(xì)節(jié)方面缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。這無疑會數(shù)字變電站的良好穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響，這就要求我們在數(shù)字變電站建設(shè)的實(shí)際工程中事前做到統(tǒng)一，避免建成的系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)不該有的麻煩。

3.2 goose信息校驗(yàn)

從實(shí)踐來看，保護(hù)、測控等二次設(shè)備通過goose形式獲取采樣數(shù)據(jù)和發(fā)送跳閘控制命令，因此，沿襲采用傳統(tǒng)的方法是無法進(jìn)行檢測的。對于采樣數(shù)據(jù)的正確性和完整性如何進(jìn)行校驗(yàn)?針對離線的情況下進(jìn)行裝置校驗(yàn)、檢驗(yàn)時(shí)內(nèi)容如何規(guī)定?需要配置哪一些工具等?這些問題應(yīng)當(dāng)作出明確的規(guī)定。

3.3 智能終端安全

在220kv數(shù)字變電站建設(shè)中斷路器智能終端是作為保護(hù)控制等二次設(shè)備延伸到一次設(shè)備現(xiàn)場的一個(gè)過渡方案。因此，充分考慮到室外各種惡劣氣候條件或其他外在環(huán)境影響下不誤動，必須有相應(yīng)的方案，以做到防潮、防高溫、防小動物、防電磁干擾等方面的相應(yīng)策略辦法。

3.4 線纜敷設(shè)及標(biāo)識

在基于iec61850標(biāo)準(zhǔn)的220kv數(shù)字變電站建設(shè)中，由于一次設(shè)備數(shù)字化的應(yīng)用，導(dǎo)致光纖的應(yīng)用增加，而各設(shè)備之間的電纜聯(lián)系大幅度地減少。因此這就意味著傳統(tǒng)電纜溝設(shè)計(jì)規(guī)模、敷設(shè)形式、標(biāo)識規(guī)范等方面與當(dāng)前數(shù)字變電站建設(shè)不相適應(yīng)，如何針對數(shù)字變電站光纖的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、敷設(shè)和標(biāo)識，在這一問題上還有待探索與進(jìn)一步完善。

4、結(jié)語

綜上所述，變電站數(shù)字化的建設(shè)是一個(gè)動態(tài)過程，這一過程將隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷變化。因此，必須不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。積極、持續(xù)地推進(jìn)變電站數(shù)字化、智能化建設(shè)，使電力為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們生活質(zhì)量的提高提供強(qiáng)有力的保障。

參考文獻(xiàn)

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