探析110kV数字化变电站的设计

本文概述：变电站在设计过程中采用的IEC61850标准的变电站自动化体系结构，电子式互感器的应用与配置，实行程序化操作的特点和要求，以及该变电站自动化系统的配置情况。 器组接线，远景3回，线路变压器组+内桥接线方式；主变本期1台，远景3台；10kV出线本期15回，单母线分段，远景30回，单母线四分段；10kV电容器本期1组，远景3组；10kV接地变本期2台，远景3台；消弧线圈本期1台，远景3台。　　　　　2基于IEC61850标准的数字化变电站自动化体系结构 1IEC61850标准的优点 采用IEC61850标准后，变电站通信网络与系统标准形成一个标准的开放式变电站自动化系统和通信体系。通过通信网络，只需要在客户端配置网络服务器网络IP地址，变电站内各种应用可以得到各个设备的数据；由手数据具有自描述特征，所有测点名可用通信方式获得，无需人工配置，不同制造厂的电气设备通过标准的定义会自动被控制系统识别，实现电气设备在变电站的“即插即用”，同时当变电站内增加或删除装置或应用时不需要进行通信配置。站内所有应用程序和智能设备采用相同的规约、数据格式、数据访问方式、命名规则和配置语言，采用标准的网络通信平台，使变电站内实现无缝通信，提高了系统的灵活性、扩展性和互操作性。由于互操作性强，在自动化系统集成时，应用程序不需再处理大量不同的通信规约、数据格式和数据访问形式，也无需进行重复的变电站配置和对点工作，工程维护大大简化，减少了系统集成工作量，减少了投资和维护成本，同时也增强了变电站的可靠性和安全性。　　　　　 变电站自动化体系结构 110kV圆石变电站采用IEC61850标准，将变电站自动化系统分为变电站层、间隔层和过程层三层。变电站层即为综合自动化后台部分；间隔层主要指二次设备层，即保护与测控装置、其他小系统装置等；过程层由电子式互感器和智能单元/合并器组成。110kV圆石变电站自动化系统结构如图1所示。 电子式互感器ECT/EPT通过光纤接入智能单元/合并器，由智能单元对采集的数据进行整理后，再通过光纤经100M以太网以点对点的方式发送给相应的符合IEC61850标准的数字式保护测控装置，并将处理后的结果送入站级总线。间隔的传统设备（电容器室的不平衡电压）通过硬接线接至智能单元，智能单元将收集的模拟信号转换为数字信号通过光纤接入保护测控装置。　　　　　 变电站内对一些不具备IEC61850通信功能的单元，如交直流系统、消弧线圈自动调谐系统等通过IEC61850网关进行规约转换，转换到IEC61850标准再接入综合自动化后台。　　　　　 3电子式互感器的应用 3。1电子式互感器概述 电子式互感器一般由电子式电流互感器（ECT）和电子式电压互感器（EPT）组成。根据传感原理，电子式互感器分为基于光学材料的光电式和基于非光学材料的电子式两类。光学电流传感器是利用Faraday磁光效应测量电流的，光学电压传感器是利用Pockels电光效应测量电压的。非光学材料的电子式互感器主要采用Rogowski线圈或小铁芯原理，电子式电压互感器多采用分压（电容或电阻）原理。　　　　　 光电式互感器和电子式互感器的种类很多，主要分为有源型和无源型两种，两者结构各异，但最终在低压部分通过光纤输出数字信号，提供给二次设备。由于无源的光电式互感器的光学传感器的制作工艺复杂，稳定性及一致性不易控制，还有双折射效应的影响，磁场干扰问题以及温度的影响等问题待更好地解决。而有源的电子式互感器结构简单且成本低廉，目前较为成熟并投入变电站运行的主要是有源电子式互感器。　　　　　 3。2电子式互感器与电磁式互感器的比较 从原理和结构上比较：电子式互感器有绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻；无磁饱和问题，频率响应范围宽，精度高，暂态特性好，抗电磁干扰能力强，数据可靠性高，无易燃易爆危险，无二次侧开路产生高压的危险等特点。　　　　　 从实际应用维护中比较：电磁式互感器的投运前需要工程人员做极性试验，伏安特性试验，升大电流验证变比试验，二次接线必须保证电流互感器二次不开路，电压互感器二次不短路，要有可靠的二次接地点；设备投运送电后要钳二次电流验证电流互感器二次侧没有开路，还要测六角图验证二次接线极性和相位的正确性；在运行操作中要保证电流互感器二次不开路，电压互感器二次不短路；电磁式互感器的应用要花费工程人员大量的精力。电子式互感器由于没有极性、没有二次侧开路短路等问题，在施工中保证接线的相位正确后，工程人员不需要再做其他工作，大大降低了劳动强度，同时提高了设备的安全性。　　　　　 3。2电子式互感器的应用配置 110kV圆石变电站过程层设备（电子式互感器和智能单元/合并器）采用国电南自南京新宁光电自动化有限公司的产品。该电子式电流电压互感器是利用电磁感应原理的Rogowski．线圈以及串行感应分压器实现的混合式交流电流电压互感器。　　　　　 变电站每回出线（包括电容器/分段）开关柜内配置三个电子式电流互感器，柜上配置一个XA702智能单元（智能单元具备采集器和合并器功能），每段母线的母设柜内配置三个电子式电压互感器，柜上配置一个XA702-PT合并器。主变的低压侧开关柜内配置三个电子式电流互感器，柜上配置一个XA702智能单元；高压侧GIS组合电器内配置三个电子式电流互感器，还配置一个OEMU701-T高后备合并器和OEMU701-T差动后备合并器（在二次室内组柜安装）。详见图l所示。　　　　　 4程序化操作的应用 程序化操作也称为顺控操作，即按照预先确定好的操作票一次性地完成多个步骤的控制操作，同时在操作过程中进行各种控制条件和闭锁逻辑的判断，以决定某个操作步骤是否能进行，并给出操作过程中必要的信息。程序化操作在变电站综合自动化领域提出的一个新的功能要求，主要目的是把五防功能彻底地融入到变电站综合自动化系统中，彻底杜绝误操作的可能，提高电力系统的安全可靠性，最大程度避免人身伤亡事故的发生。同时也有利于达到减员增效的目的。　　　　　 110kV圆石变电站要求110kV断路器、10kV断路器都实现顺控操作。变电站高压侧采用厦门ABB公司的GIS组合电器，l0kV采用厦门ABB公司的VD4断路器。由于本工程实行程序化顺控操作，要求所有需要操作的设备都应采用电动操作机构，包括接地闸刀的操作机构。10kV开关柜内的断路器手车增加电动机驱动装置，实现断路器手车在开关柜内试验隔离位置与工作位置间的电动移动。　　　　　 变电站内任何受控单元都有顺控操作和单控操作两种方式，本工程规定单步操作采用单控操作，有两步及以上操作采用顺控操作。以10kV线路为例，10kV线路的操作方式共有12种，具体如表l所示。　　　　　表1　　　　　10kV线路 操作方式　　　　　方式1 运行至热备用　　　　　方式2 热备用至运行　　　　　方式3 热备用至冷备用　　　　　方式4 冷备用至热备用　　　　　方式5 冷备用至检修　　　　　方式6 检修至冷备用　　　　　方式7 运行至冷备用　　　　　方式8 冷备用至运行　　　　　方式9 热备用至检修　　　　　方式10 检修至热备用　　　　　方式11 运行至检修　　　　　方式12 检修至运行 在上述操作方式中，方式1～6为单步操作，是采用单控操作；方式7～12需要两步及以上操作，采用顺控操作。　　　　　 与常规变电站相比，程序化变电站在远动信息表需要增加内容。在遥控信息量方面，做单控和顺控两个信息表。单控信息表即同常规变电站的遥控信息表，顺控信息表主要就是增加每个受控单元在上述操作方式中方式7～12遥控命令。在遥信信息表中，每个受控单元需要增加运行状态、热备用状态、冷备用状态、检修状态四个状态信号。　　　　　 5变电站自动化系统的配置 110kV圆石变电站自动化系统装置采用苏源方天电力技术公司研制的PSl3000系列数字化变电站自动化系统产品，该系列保护测控装置具备支持IEC61850-9的100Base-FX光纤以太网接口，直接支持IEC61850-9-1数字化标准输入，装置到综自后台通信采用IEC61850标准，综自后台能实现了110kV断路器、10kV断路器的顺控操作功能。　　　　　 变电站就地分散布置的保护测控装置有：每回出线、电容器开关柜上都配置一套保护测控装置，分段开关柜上配置一套分段保护测控装置，小电流接地选线由保护测控装置实现。　　　　　 在二次室内集中组柜有主变保护测控柜、公用测控柜、监控主机设备柜和操作柜。主变保护测控柜上主要配置主变差动保护装置，高、低后备保护装置，本体保护装置，操作箱以及主变测控装置。公用测控柜上主要配置两套测控装置。监控主机设备柜上主要配置两台前置机、电能量采集装置、GPS对时装置、交换机等。操作柜上配置操作机、路由器、打印机等。　　　　　 6结语　　　　　 （1）IEC61850变电站自动化通信标准体系采用具有开放式、全分布、可互操作性的工业控制以太网络通信，是面向未来的开放标准。它的推广应用实现变电站无缝通信，促进变电站自动化系统的功能扩展，增强系统的开放性和灵活性，还可以降低运行维护、更新换代、后期应用功能扩展和今后变电站改造成本。　　　　　 （2）变电站设备实行程序化控制，也就把五防功能彻底地融入到变电站综合自动化系统中，彻底杜绝误操作的可能，从根本上降低了由于人员因素造成的误操作，可最大程度避免人身伤亡事故的发生，大大提高电力系统的安全可靠性。　　　　　 （3）变电站应用电子式互感器，实行数字化变电站自动化系统，是自动化技术的一个发展方向，不仅简化二次测量和保护装置，而且提高整个系统的准确度和可靠性，并使得二次设备逐步融入一次设备之中。