220kV数字化变电站技术分析

2013-08-15彭君

中国新技术新产品 2013年7期

彭君

（佛山市辰誉电力设计咨询有限公司,广东佛山 528000）

1、工程概况

2.1 改造前站内状况

220kV某变电站建成投运近13年，一次接线分为 220kV、110kV、10kV3个电压等级。220kV与110kV都采用双母线带旁路接线方式，220kV出线共6回；110kV出线共7回；10kV采用单母线分段接线，共有5段母线，出线共41回，本站的220kV、110kV一次设备都为敞开式设备，10kV断路器全部为小车开关，改造前该站二次系统为常规自动化系统。

2.2 改造内容

该站数字化改造分两个阶段进行：第一个阶段是对10kV所有间隔进行基于IEC61850协议的综合自动化改造，10kV间隔层与站控层之间采用IEC61850协议进行通信，10kV间隔层装置及以下保留传统变电站综合自动化实现模式不变，10kV保护测控装置使用RCS9600C系列装置进行改造，10kV改造时没有使用数字式电压、电流互感器，接入保护测控装置的仍然是模拟量的电压、电流，一次设备的跳、合闸回路和信号仍采用二次电缆硬接线方式，已于2010年10月顺利投入运行。

第二个阶段则针对 220kV、110RV、3台主变所有间隔进行数字化改造：（1）电气二次部分、按照IEC61850标准体系对站内各保护、安稳、故障录波、二次公用设备以及站内计量设备进行改造，新建一套符合IEC61850～准的计算机监控系统，新设一套图像监视及安全警卫系统。保护装置、远动、保信、监控系统、录波、智能就地柜等均采用南瑞继保PCS系列产品；（2）电气一次部分：220kV的线路间隔、主变进线间隔、母联间隔、旁路间隔、母线PT间隔的所有电流、电压互感器均更换为电子式电流、电压互感器；110kV的线路间隔、主变进线间隔、母联间隔、旁路间隔、母线PT间隔的所有电流、电压互感器均更换为电子式电流、电压互感器。主变仍采用常规的变压器套管电流互感器和中性点互感器，输出的模拟信号通过合并器转换为数字信号再发往相关设备。本站改造数字式CT、PT、合并器使用南京新宁光电产品。

2、本站数字化技术简介

3.1 总体要求

本站按照IEC61850标准从整体上分为三层：站控层、间隔层和过程层，系统网络结构采用如下方案：间隔层各间隔组建各自网络，过程层与间隔层设备通过以太网通信，其通信标准采用IEC61850标准，间隔层与站控层设备采用以太网通信，其通信标准采用IEC61850标准，二次设备网络化程度高，间隔层设备之问的开入、闭锁、跳闸、录波等信号传递通过GOOSE网连接。

3.2 过程层

过程层是一次设备与二次设备的结合面，过程层的主要设备就是提供数字接口的电子式互感器以及合并器。

3.2.1 电子式互感器

本站110kV及以上互感器采用电子式互感器，其原理是利用低功率铁心线圈(LPCT)传感测量级电流，利用空芯线圈传感保护级电流，利用电容／电感分压器传感被测电压。互感器由低功率铁心线圈、空芯线圈、电容／电感分压器和数字变换器等部分组成，通过采集器转换成数字信号经光纤传输，互感器的输出为数字信号。

3.2.2 合并单元

本站采用的合并单元是联系电子式互感器和网络化二次设备之间的设备，用于对来自传感模块的各相电流电压信号进行时间相关性(同步)组合，并转发给二次设备。合并单元完成各相电流电压的采样同步控制。传感模块到合并单元之间为光纤联系，合并单元到各二次设备之间采用光纤点对点串行通信，传输规约采用IEC60044-8传送。与互感器相配套的合并单元同步处理电流电压采样的数字信号，输入输出路数根据不同的应用情况灵活配置。

3.2.3 智能终端

智能终端(PCS222)因 220kV／110kV 户外开关为原有常规设备，以智能终端来部分实现开关设备的智能化，智能终端安装在高压场地断路器和刀闸机构旁的智能就地柜内，智能终端与间隔层设备通过光缆按电压等级组成GOOSE网传递数字信息。二次设备通过智能终端发送分合闸命令给开关和刀闸，实现保护跳闸、重合闸或开关刀闸的遥控，同时开关、刀闸的分合位、SF6气体总闭锁等信号通过GOOSE网传送给间隔层和站控层设备。

3.2.4 配置要求

220kV的线路间隔、主变进线间隔、母联间隔、旁路间隔、母线PT间隔、110kV的主变进线间隔、旁路间隔、母线PT间隔的所有电流、电压互感器设备及其合并单元按冗余配置；110kV线路间隔、母联间隔的所有电流、电压互感器设备及其合并单元按单配置。

3.3 间隔层

间隔层主要是实现保护和监控功能，并实现相关的控制闭锁和间隔级信息的人机交互功能，间隔层设备可以通过间隔层总线实现设备间相互对话机制，间隔层设备可以集中组屏或就地下放。

3.4 站控层

站控层系统主要是包含两套系统，分别是：就地监控系统和远程系统。只要有任何一个系统正常工作的话，就可以完成对变电站的监控。并且就地监控和RTU都是有两个网络端口，通过网络的一些介质分别接入两个共同并行冗余的通信系统中。

3、本数字化变电站与传统的常规变电站相比的优点

（1）数字化变电站的所有智能设备均按IEC61850标准建立信息模型和通信接口，设备间可实现无缝连接。保证设备之间的互操作性。（2）数字化改造可以大量减少变电站内控制电缆的数量，从而节约电缆成本。（3）数字化改造采用了比电缆具有更好电磁兼容性能的光缆，使变电站内信号传输的可靠性显著提高。（4）使用数字信号大大增加传输的带宽和信息量，数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中不会产生附加误差，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度。同时，电子式互感器大量的节约了铁心、铜线等金属材料。另外，二次设备和一次设备之间使用绝缘的光纤连接，降低了一次设备对二次设备产生干扰的可能性，提高了二次设备运行的稳定性。