110kV智能变电站自动化系统关键技术应用分析

胡贤浩 陈曦 周益 方蕾

摘要：智能变电站具有状态可视化、功能集成和信息数字化的主要技术特征。本文介绍了浙江省某110kV智能变电站中自动化系统的几项关键技术，主要包括动态组播技术的应用、SV+GOOSE+IEEE1588通用网络传输技术的应用、通信时钟同步技术的应用以及不同原理电子式变压器的应用。讨论了新技术在智能变电站应用中的新问题，这对智能变电站建设与应用有着重要的参考价值。

关键词：110kV智能变电站；自动化系统；时钟同步

引言

某110kV变电站是浙江省智能化和数字化变电站的试点项目。本项目的目的是在500kV某变电站和220kV某变电站IEC61850的自动化系统应用试点的基础上，以电子变压器的工程应用为重点，扩大变电站中数字化设备应用的范围。文章详细介绍了某110kV变电站应用中的一些关键技术，并对新技术在智能变电站应用中出现的一些相关问题进行了分析。

1.共网传输技术的应用

过程层网络应用的是“SV+GOOSE+IEEE1588”共用网络模式，本文分析了共用网络模式对保护的影响，其中重点研究了网络通信中同步技术的数字保护，在就地开关的箱子内安装了由智能终端组成的I/O测控。并控制、保护智能开关接线盒中的现场操作箱和在线检测元件。通过GOOSE通信，实现了主变压器保护跳闸、启动故障、线路、母差等分配和保护功能；研究了变电站自动化系统扩容改造过程中涉及到的网络配置方法，IEEE1588高精度冗余网络对时和辅助设备支持动态分组广播协议以及过程层交换机。时间模式解决了复杂的网络配置问题，实现了高精度的二次设备网络定时功能。

2.应用不同原理电子式变压器

110kV系统应用了两套不同的配置保护方案，并在组合单元和电子式变压器的远程模块中设计了独立的两套采样电路设备。为了研究罗氏线圈、纯光纤、传统变压器、110kV变电所线路和电桥的保护效果，采用罗氏电流互感器和电压互感器的原理，在主变压器套管电流互感器配置中采用全光纤电流互感装置。针对差动母线保护和纯光纤电子式电流互感器进行应用研究；110kV线路光学差动保护，一端应用常规模拟变压器，另一端应用电子式变压器，研究其对线路保护的影响以及梳状结构的影响。本文研究了传统电子式变压器、罗氏线圈和纯光纤对主变压器保护的影响。智能开关通过传统开关+智能终端+在线检测方法，以及变压器内预置环境检测和绕组光纤温度传感器的智能实践，实现了开关设备的局部数字化。

3. 设计通信同步时钟源

变电站使用电子变压器，当合并单元中时钟同步出现异常时，将直接造成保护阻塞。引起合并单元失步的最主要原因之一就是卫星时钟同步装置的被动输出和输出时间源的抖动现象。所以，为了防止卫星时钟的同步设备不正常地输出时钟源信号，而导致合并单元出现失步现象，将卫星时钟的同步设备设计为由“时钟源”与“时间”组成。

在动态仿真试验中，我们通过对网络通信记录的分析，发现在从不同步状态到同步状态的过渡过程中，差动保护动作退出主变压器保护。当没有设置同步采样标志的时候，MU输出采样值会跳转，并且存在差动保护动作。设置同步采样标志以后，MU输出采样值再次跳转，并且差动保护动作退出。为了避免保护动作失败，请在启用保护之前确保两端MUS的可靠同步，并延迟MU发送相关同步标志的时间。该变电站过程层网络定时方案采用IEEE1588V2协议。所述冗余卫星定時装置充当所述定时系统的时钟源，用以太网交换机充当从时钟，其他的智能设备充当从时钟，通过IED装置与主时钟同步，以确保IED装置之间的同步。作为一种透明时钟，以太网交换机消除了网络消息转发和交换链路对时间同步系统的影响，从而获得了较高的同步精度。

4.应用动态组播协议

组播注册协议是在通用注册协议属性的基础上发展起来的一种组播注册协议，主要用来维护交换机中的组播注册信息。所有支持GMRP的交换机都可以从其他交换机接收有关的组播注册信息，还能动态更新当地组播注册的有关信息。它们还可以向其他交换机发送本地组播注册的有关信息。这种信息交互机制保证了同一交换网络中支持GMRP的所有设备组播信息的统一。

因为变电站的录波分析系统和故障录波设备需要在过程层监控SV和GOOSE以及网络到达的时间信息，因此开关的设计应满足故障录波和录波分析系统的监控要求。在此项目中，GMRP协议开放，网络上的所有组播都将从此端口发送，而不接收启用GMRP的设备，这更适合不支持GMRP功能的网络分析器和记录器。如果全局GMRP设备处于打开状态，那么仅当设备发送“加入”消息并加入到采样值指定的组播组时，该设备才能接收相关采样值数据。

5.思考智能变电站的新技术应用

当下，智能变电站的一个主要特点是用光缆通信和数字一次设备取代传统变电站最常应用的二次电缆。光缆信息的传输具有无电磁干扰、带宽高等优点。它避免了因使用电缆而引起的交直流误触、输电过电压、电磁兼容和两点接地等问题，从而导致继电保护误动和拒动。电源通过控制电缆连接到辅助设备，这可能导致保护设备的动作不正确或者设备损坏。新技术在智能变电站中的应用，不仅解决了传统变电站的问题，而且还引起了新的技术问题。

6.结语

从GMRP技术、通信系统的时钟同步、三网融合等方面对某110kV智能变电站工程的应用进行了分析。在对新出现技术问题深入思考的基础上，提出了智能变电站的建设方案，对智能变电站进行了一次非常有价值的探索。新技术在智能变电站中的应用，给原来的运行、调试、设计和维护方式带来了很大的变化。传统的计算机分工、自动化和电力系统保护已经不能满足变电站智能运行和维护的跨学科需求。所以，必须打破电力公司传统的计算机专业管理模式和现有的保护、监控，迫切需要培养具有网络通信、监控和保护的复合型人才。

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（作者单位：国网浙江象山县供电有限公司）