110kV智能变电站技术方案简析

刘斐

摘 要：智能变电站是指以一次设备参量数字化、标准化和规范化的信息平台为基础，实现全站信息化、自动化、互动化的变电站。按IEC 61850标准，智能变电站在逻辑上分为站控层、间隔层、过程层，它打破了常规变电站的各个子系统是信息孤岛的困境，实现了信息资源的共享。以某一智能站为例，简要分析了智能变电站实现的技术方案，及其智能化技术的应用。

关键词：IEC 61850 智能变电站 数字化

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（c）-0091-01

智能变电站是采用先进的传感、信息、通信、控制、人工智能等技术，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现全站的信息化、自动化、互动化。按照IEC 61850标准，智能变电站在逻辑上分成站控层、间隔层、过程层，其主要技术特征是设备智能化、信息标准化、控制智能化及完全互操作性。智能站实现的难点在于过程层，由于早期光电互感器及一次智能设备原因。目前随着电子式互感器技术的成熟及智能终端代理一次设备的完善，采用IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2采样传输，从而实现了过程层的数字化。下面以某一110 kV智能变电站为例，分析其智能化技术的实现与应用。

1 过程层的实现

智能变电站的过程层为直接与一次设备接口的功能层，其典型的过程层装置为合并单元与智能终端。目前国内110 kV及以下变电站的过程层多采用61850-9-1点对点采样值传输。

该站亦采用这种传输方式，但采用IEC 61850-9-1实现的过程总线，增加了网络通信设备的投资，而且在跨间隔传送采样值方面存在着缺陷。该站采用过程总线与站级总线合二为一的方案，实现了站内统一的单一总线信息共享，利用VLAN技术将过程层划分为一些功能子网，子网同时传输采样数据和GOOSE报文。其结构如图1所示。此方案可以有效控制站控层和过程层的数据流量，网络故障也可以在小范围内诊断，又很好地解决了跨间隔的采样值传输。在具体实施中，采用合并单元与智能终端二合一的过程终端。

110 kV、35 kV电压等级互感器在传统互感器的基础上通过加装电压、电流转换装置实现数字化；10 kV电压等级互感器全部采用电子式互感器。

为解决常规开关、变压器等一次设备的接入问题，在过程层应用智能终端来代理，就地安装在一次场地上，智能终端与一次设备之间采用硬接线连接。

2 间隔层的实现

间隔层的配置采用集中式保护测控一体化装置，按照不同电压等级母线段进行集中，考虑到集中式保护的检修方便和运行可靠性，所有集中式保护测控装置进行双重化配置。间隔层与过程终端之间的采样值传输采用IEC 61850-9-1通信协议，与过程终端单元的通信采用GOOSE通信协议。

具体间隔的继电保护实现如下：

（1）110 kV所有间隔都是测控和操作箱集成在一起的智能测控装置，支持IEC 61850。该装置具有实时的全站逻辑闭锁功能，支持GOOSE方式实现间隔层防误闭锁功能。

（2）110 kV数字化主变压器保护装置（包括主变压器差动、后备保护）高压侧电流采自110 kV进线和桥电流，电压取110 kV母线电压，低压侧电量是通过合并单元转换成光信号，通过光纤传输；高后备零序/间隙保护通过合并单元，采集主变压器零序/间隙电流。主变压器本体保护采用智能本体终端装置，支持IEC 61850。本体重瓦斯、有载重瓦斯通过电缆接至就地端子箱内变压器本体保护智能单元，采取“直采直跳”；本体智能单元通过GOOSE实现控制功能。

（3）110 kV桥备用电源自动投入保护是内桥方式，两条110 kV进线，跳合闸采用GOOSE传输方式。

（4）10 kV馈线/电容/站用变压器采用测控保护一体化装置，通过常规电缆接入装置，主变压器低压侧出线和分段是通过合并单元将模拟数据转换为光信号接入主变压器保护及备用电源自动投入装置，过负荷联切通过MMS实现。

（5）两条进线间隔的计量设备为数字式电能表，接收来自进线合并单元的数据，并按光电电度表规约实现远方抄表。

3 站控层的实现

站控层由变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、通讯监控系统、电量远传系统、安防监视系统及火灾报警系统等进行整合，后台监控系统还附有VQC电压质量控制功能和小电流接地选线功能，以达到网络共用、信息共享的目的。

站控层设备与间隔层设备之间采用IEC 61850协议进行通信。监控后台主要用于实现当地功能和变电站内的就地监视、控制功能。在IEC 61850中，监控后台与其他间隔层设备一样，是一个逻辑设备，包含多个逻辑节点。

站控层设备主要配置站控层主机1台； 远动装置2台，以提高系统可靠性，实现向调度或监控中心进行数据的远传；配置规约转换器1台、公用测控装置1台，用于接入其他非IEC 61850装置的遥信、遥测和遥控；配置微机五防机1台。站控层与间隔层保护测控等设备采用IEC 61850-8-1通信协议，单以太网配置模式。

4 其余设备的处理

对变电站内一些不具备IEC 61850通信功能的单元，如交直流系统、消弧线圈、消防和站用变压器等通过IEC 61850网关进行规约转换，转换到IEC 61850标准再接入监控后台。

5 结语

理想的智能变电站工程应该是：完全数字化和智能化的过程层，包括电子式互感器和一次智能设备，采用IEC 61950-9-2的过程层组网；间隔层除了采用IEC 61850-8-1的MMS与站控层之间实现客户/服务器的信息共享外，还在间隔层内部、间隔层与过程层之间实现GOOSE的快速状态传输，实现网络化的测控、保护功能；站控层则应用基于SCL的各种参数管理、设备管理和配置手段。

该站的实现方案还未达到纯粹智能变电站的程度，今后还需进一步加强智能变电站的研究与实践，不断地提升智能化水平。

参考文献

[1] 曹金鹿，吴光强，符杨.110kV数字化变电站在浙江电网的应用[J].上海电力学院学报，2009，25（2）：126-130.

[2] 易永辉，王雷涛，陶永健.智能变电站过程层应用技术研究[J].电力系统保护与控制，2010，38（21）：1-5.endprint