浅谈智能化变电站二次系统实施方案

王秀梅,马彬彬,石 磊

(1.保定吉达电力建设集团有限责任公司,河北 保定 071000;2.河北省沧州市中兴实业集团有限公司,河北 沧州 061000;3.河北省保定市第十三中学,河北 保定 071000)

1 智能化变电站二次系统结构

智能化变电站通常采用三层两网结构,即站层、间隔层、过程层与 MM S网、GOOSE+IEEE1588共网,如图1所示:

1)站层 /间隔层。MMS网络处理变电站层和间隔层装置之间的通信,采用100Mb以太网单星形结构,基于MMS+TCP/IP+Etherne实现网络通信。各智能设备接入站层单套MMS网的交换机。

2)过程层网络处理间隔层装置和过程层设备之间的通信。SV+GOOSE+IEEE1588合一组网,采用100Mb单星形以太网,过程层的 SV采样值报文采用DL/T860.92网络方式传输,实现数据的自由配置和信息共享。35kV,10kV部分不设置过程层网络,采用常规接线。

3)保护直采直跳,点对点采样值采用 DL/T860.92协议。

图1 智能化变电站结构图

2 过程层解决方案

过程层数字化是智能化变电站实施的重点之一。过程层数字化包括:电流电压模拟量的智能化和传输、一次设备状态量的就地采集和GOOSE网络传输、保护跳合闸和监控系统遥控命令的网络传输和执行(含保护间的配合信号)。通过过程层数字化可以实现变电站控制保护系统的分层安装、I/O采集单元的分布安装[1]。

通过过程层信号的数字化,网络化传输将大大减少传统的信号电缆,降低了电缆的成本、管道面积,解决了信号电缆传输过程中受电磁干扰的问题,简化了设计,减少了现场施工、调试的工作量。用网络代替电缆,可以通过网络报文实现信号传输回路的自检,实现传输回路的状态检修,避免了传统电缆回路接触不可靠时无法自检的缺点,将大大降低变电站的维护工作量和维护成本。

3 间隔层解决方案

智能化变电站的间隔层主要实现保护和测控的功能,其设备装置与传统的相比,主要区别在于这些智能化二次设备配置了能够接收电流电压数字信号的光纤接口、能够通过 GOOSE网络交换开关信号的光纤以太网接口,其他功能变化不大。

GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)是通用面向对象的变电站事件。当系统发生任何状态变化或输出命令时,智能电子设备将借助变化报告,广播一个高速二进制对象。广播信息可以在不需要主控单元干预的情况下实现信息复用,确保在某断路器或隔离刀闸发生变位时,收集该变位的测控装置,直接将该变位信息传送到所有需要该变化量的测控装置,从而提高了数据传送效率。同时,GOOSE的优先级控制功能将需要传送的变位信息根据优先级设置直接进入相应的优先级队列中,而不进入通常的报文缓冲区中,通过支持优先级控制的以太网交换机,抢先到达目的地址。数据传送速度的迅速,从根本上改变了变电站监控系统的实时性能[3]。

考虑到 GOOSE网络中交换的信息量,为保证信息交换的实时性和装置 GOOSE插件处理能力的要求,GOOSE的网络结构按照电压等级配置,即不同的电压等级配置不同的 GOOSE网络[4]。采用单网配置,110kV过程层与间隔层之间设一 GOOSE网,35kV、10kV不设 GOOSE网。

4 站控层解决方案

智能化变电站系统的站控层由计算机网络连接的系统主机、工作站、远动主机等设备组成,提供变电站内运行的人机联系界面,实现管理控制间隔层设备等功能,形成全站监控、管理中心,并可与调度中心、集控中心通信。智能化变电站相比传统变电站,整个站控层网络采用DL/T860通信标准,其模型描述能力大大提高、装置互操作性大大增强。

站控层的主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面,并记录变电站内的所有相关信息。具体如下:

1)通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库。

2)按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心,接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。

3)监控系统和远动通信服务器采用一体化数据库配置方式,生成监控数据库的同时即可完成对远动通信服务器的数据库、功能及逻辑的配置,提高了智能化变电站的维护效率。

4)站控层、间隔层共用一套防误规则库,防误规则库可由后台监控生成并通过网络下载到测控装置,并可在后台监控上模拟、预演、校验测控装置的防误逻辑,有效的提高了系统的可靠性与维护效率。

5)设有智能程序化操作票系统,操作票的选择、执行和操作过程的校验由变电站操作系统自动完成,实现“一键操作”。一方面大大降低的操作中人为因素,提高了操作的可靠性,另一方面也大大缩短了操作时间和系统运方变换时间,提高了操作效率和系统的可靠性。同时,考虑到现有的运行操作习惯,并设有相关操作预演的模拟界面,可供进行模拟操作。

6)具有(或备有)站内当地监控,人机联系功能,如显示、操作、打印、报警,甚至图像,声音等多媒体功能。

7)具有对间隔层、过程层各设备的在线维护、在线组态,在线修改参数的功能。

8)具有变电站电压无功控制(VQC)、小电流接地选线、故障自动分析和操作培训等功能。

5 微机五防系统

微机防误装置是防止电气设备五种恶性误操作事故的专业产品,有效地减少了电力系统恶性误操作事故。随着电气设备操作方式的变化以及电力设备技术进步,也给电气误操作的实现方式提出新的要求。

在智能化变电站中,采用面向对象统一建模,信息统一采集,具备完善的间隔连锁功能,连锁逻辑可以灵活方便的离线组态,为将微机防误功能完全内嵌于变电站自动化系统提供了技术应用的基础并带来运行、维护上的诸多好处:

1)实时、高效、可靠的通信网络,为取消专用五防工作站提供了有力的技术支持,简化设备配置,节省设备投资。

2)智能控制装置的互操作性,能够实现就地操作的闭锁逻辑,取消了单元电气闭锁的繁杂接线,电气闭锁回路不经中间转换环节,大大减少了施工、运行和维护的工作量。

6 结论

由于采用智能化监控系统,GOOSE报文机制的应用,加强了测控装置的防误闭锁能力。间隔测控装置除了实现本间隔内的基本防误闭锁功能外,还可以通过 GOOSE报文直接获取其它间隔有关的闭锁信息,从而实现基于间隔层的全站五防闭锁。测控装置输出本间隔的闭锁信息,经过程层网络传输到开关场,由就地智能终端输出双位置接点串入受控设备的电气闭锁回路,实现完善的电气闭锁功能。整合后,取消独立的微机防误系统及相应的防误锁具,不仅初期减少投资,也大大提供了运行效率,减少维护工作量。

[1]张沛超,高翔.智能变电站 [J].电气技术,2010(8):10-15.

[2]张玉军,李如振,等.智能电网建设方案初探 [J].山东电力技术,2009(5):11-1.

[3]中国科学院.2006中国可持续发展战略报告-建设资源节约型和环境友好型社会[M].北京:科学出版社,2006:20-25.

[4]J.Curk,I.Kobal,G.Parkelj.Standard IEC61850opens possibility to develop new more efficient architectures of substation and protection system[C].CIGRE B5-107,Paris,27.08.-01.09.2006.

[5]刘娇.刘斯佳,等.智能变电站建设方案的研究 [J].华东电力,2010,38(7):74-77.

[6]余贻鑫.面向 21世纪的智能配电网 [J].南方电网技术研究,2006,2(6):14-16.