常规综自站数字化改造现状与建议

万立勇,付同福

(贵州电网公司六盘水供电局，贵州　六盘水　553000)



常规综自站数字化改造现状与建议

万立勇,付同福

(贵州电网公司六盘水供电局，贵州六盘水553000)

通过对110kV常规综自站现场调查以及数字化站出厂验收，以六盘水地区110kV盘关变的改造现状为例介绍，目前运行中110kV常规综合自动化站的数字化改造情况。重点对 110kV电压等级部分和变电站主控室综合自动化系统的改造情况进行了详细的介绍，同时针对盘关变改造过程中出现的问题提出了一些建议，旨在总结出综自站数改技术要点与难点，为贵州省综自站数字化改造提供一定借鉴与参考意义。

常规综自站;数字化改造;可靠性;电网安全运行

1　引言

常规综自站实现了变电站无人值守，在一定程度上提高了调度自动化水平和减少了供电部门人力成本。但是，大量的常规综自站投运年限长使得部分一二次设备严重老化，不能满足当前电力生产需求以及智能电网建设的需要。而数字化变电站作为智能电网系统重要组成部分，其优势显著，因此对年限久的常规综自站进行数字化改造势在必行。

2　常规综自站改造背景

常规综自站是常规综合自动化变电站的简称，它兴起于90年代，随着经济的快速发展，按照常规综自站建设要求，变电站占地面积大且站内数据采集为电缆，数据的稳定性和传输速率在很大程度上受到制约，使得常规综自站不能满足智能电网中数据传输的可靠性和快速性。

六盘水电网位于贵州西部，共有二次运行投运年限超过10年综自站12座(其中已改造3座)，设备严重老化，通信方式多数为lon网和CAN网，通信故障率高不好排查，数据传输慢，严重影响调度对站的监盘。在数字化变电站系统方面，许多学者已经做了很多有价值的研究，本文仅以六盘水的盘关变改造情况进行分析，并提出建议，希望对同类工程有所借鉴意义。

3　110kV盘关变的数字化改造情况

随着科学技术与数字化技术的发展,常规变电站的数字化改造已经由理论研究阶段走进了实践阶段。数字化改造是在常规综自站的基础上进行数字化网络的搭建,不仅兼容了一次系统,而且对于变电站通信网络的应用也更加方便。对于新建变电站或者投运年限较长，一、二次设备老化比较严重的变电站，采用数字化方式较为合理。而对于投运年限不长，二次设备仍可利用的变电站来说采用常规综合自动化方式比较合理。

3.1变电站规模和改造概况

110kV盘关降压站投运于1993年，并于2001年进行过综自站改造，目前二次设备已到退运年限；变电站规模为：2台50MVA主变、4条110kV进线、5条35kV馈线、10kV出线6回(其中3回备用)、2组站用变、4组110kV干式电流互感器、2组的110kV电容式电压互感器、2台35kV电容器、4台10kV电容器。110kV、35kV主接线均为单母分段带旁路接线，断路器既起分段又兼旁带作用，较为复杂。10kV主接线为单母分段接线。

本次改造主要是对全站保护、自动化、直流、计量等装置和系统进行数字化改造，按照IEC61850标准体系对线路、主变、分段、电容器、故障录波、网络报文分析仪、备自投装置、直流系统、各级电压互感器、二次公用设备和站内计量设备进行数字化改造，新建一套符合IEC61850标准的计算机监控系统。

3.2变电站改造方式与组网方案

3.2.1常规综自站数改方式

根据常规综自站数字化改造的程度，考虑其兼容性和过渡性，一般有三种改造方案：

(1)仅采用 IEC61850 标准的过渡型数字化变电站。

仅改造站控层和间隔层设备，在站控层网络应用IEC61850 标准，间隔层和过程层之间保持原样。这种方案的优点是数字化程度较高，信息和通信符合国际标准，二次设备具有很好的互操作性，改造过程简单。缺点是过程层仍是模拟信号传输，不能简化二次接线，数字化变电站的优势没有得到充分发挥。该方案适合数字化变电站建设和改造初期。

(2)采用 IEC61850 标准与电子式互感器的实用型数字化变电站，这种方案的优点是采用电子式互感器，间隔层和站控层全部数字化，过程层基本实现数字化。过程层的采样数据实现共享，简化二次回路。缺点是过程层的开关、刀闸需通过加装智能单元实现数字化，电子式互感器在国内还不完全成熟，成本较高，不适合全面更换。该方案是现阶段数字化变电站建设和改造中最常用的方案。

(3)采用 IEC61850 标准、电子式互感器和智能一次设备的完全型数字化变电站，这种方案的优点是变电站的站控层、间隔层和过程层全部实现数字化。过程层的采样、监视和控制全部实现数字化和网络化。缺点是真正意义上的智能一次设备还处于研究试验阶段，还不具备工程实践的条件。该方案是今后数字化变电站研究和努力的方向。

3.2.2常规综自站改造组网

站内通信光纤化为数字化变电站提供了高速的数据传输通道，且提高通信可靠性以及传输容量。另外嵌入式系统和高速工业现场总线应用使数据交换和传输更为高速。数字量传输负载大如果不进行有效地控制将加重数字化变电站传输负担，为此必须对变电站进行VLAN划分以减轻网络传输负担以及传输对象的针对性。

(1)基于站控层IEC61850模式：间隔层智能电子设备IED安装在间隔层设备上或集中组屏，可以有效解决综自站的智能设备的互联互通和信息互操作性问题。

(2)基于传统互感器及过程层信息交换模式：每一个间隔配置过程层设备合并单元(MU)和智能终端(GOOSE),将常规一次设备信息和操作数字化，与之关联的间隔层设备IED通过光纤与相应的MU、GOOSE相连。

(3)基于站控层及过程层全信息交换模式：电子式PT/CT应用使得过程层、间隔层到变电站层全部数字化。全站一次设备采用智能控制单元、电子PT/CT，二次侧的间隔层设备采用点对点通信方式与电子互感器合并单元(MU)连接，与智能控制单元全部采用以太网络进行连接，连接设备为光缆，取代了传统电缆。

3.2.3盘关变数改技术方案

盘关变由于一次设备使用年限并不长，把全部的电磁式互感器全部更换成电子式CT/PT不经济，所以盘关变可以改造成不完全数字化站，即采取站控层遵循IEC 61850标准+GOOSE过程层的模式。见图1所示。根据数字化变电站的三层结构，数字化变电站网络主要分站控层网络、过程层GOOSE 网络和过程层采样值网络[5]。站控层与间隔层网络采用冗余以太网构架，传输速率不低 于100Mbps。主要传输MMS和GOOSE两类信号。网络应采用双星型结构，双网双工方式运行，以提高网络冗余度，能实现网络无缝切换。110kV盘关变数字化站设备过程层组网通信方案如图2所示。

图1　不完全数字化变电站结构图

1-8nGOOSE+SMV中心交换机端口功能端口挂接装置TypePVIDG15-8n至1-8n级联口Trunk5G23-8n至1-8n级联口Trunk3G34-8n至1-8n级联口Trunk4G42-8n至1-8n级联口Trunk2G9故障录波器(A网光口)Trunk6G10网络分析仪(A网光口)Trunk7P1五防服务器Edge8P11五防智能闭锁单元(110kV)Edge8P12五防智能闭锁单元(35kV)Edge8P13五防智能闭锁单元(10kV)Edge8

2-8n GOOSE+SMV 110kV线路交换机、3-8n GOOSE+SMV 1号主变交换机、5-8n 母线、分段、小电源交换机、4-8n GOOSE+SMV 2号主变交换机；举例：110kV线路交换机。

表2

注：表中G口为千兆口，P口为百兆口。

此表为过程层A网VLAN结构表，过程层B网与此类似，仅在1、2号主变交换机中将相应设备更改为“二”。实际施工中，110kV线路、分段保护测控装置不接入B网，但保留其接口功能，便于A网出现问题时迅速切换至B网；本站110kV线路及分段为直采直跳，所以在过程层网络中屏蔽掉了同一间隔保护测控装置与智能终端、合并单元的联系；

3.3变电站改造关键技术

3.3.1过程层改造

过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说是智能化一次设备的智能化部分。新建数字化站多数采用电子式互感器，采用采集终端与合并单元(接受数字信号)用光纤将数字量传输入过程层交换机；盘关变为改造站，需要考虑实际运行情况，一般结合电网设备更换原则，一次设备使用年限最少20年，二次设备一般均不超过12年。

盘关变一次设备除了110kV红盘田线 CT/PT使用年限的为21年，其余间隔均不超过15年，故不考虑更换常规CT、PT(除特殊要求)，采用电缆连接到带数模转换的合并单元传输入过程层网络。由于改造站没有考虑到更换互感器的，110kV计量采用常规计量就地下放，考虑到110kV场地离主控制室比较远，采用光电转换器转换为光信号传输到主控制室，在用光电转换器转换为电信号供电能采集装置采集。

3.3.2间隔层改造

在常规综自站二次系统中,保护装置所需的模拟量信息和设备运行状态等信息需要通过电缆传送,动作逻辑需要在多个装置之间传递启动和闭锁信号,在各间隔层设备之间、间隔层和过程层设备之间需用大量的电缆连接，使传统方式下各个保护装置之间存在较多硬开入连线，导致二次回路接线比较复杂容易出错可靠性不高。

常规综自站间隔层的数字化改造采用支持变电站通信标准IEC61850中GOOSE输入和输出功能的保护和测控装置。间隔层装置之间通过双重化的以太网联系各间隔层设备通过网络共享模拟量和开关量信息，完成保护的动作逻辑和相关间隔之间的闭锁功能，其中模拟量和开关量的传输分别采用规约中的单播采样值服务和面向通用对象的变电站事件服务完成。

3.3.3站控层改造

站控层设备包括主机、操作员工作站、远动通信装置、保信子站、五防子系统、同步对时系统以及其他智能接口设备等。其网络采用网线连接网络采用双重化配置间隔层与站控层之间按照制造报文规范通过网络进行数据交互完成对变电站的监视和控制数字化变电站中站控层的网络构架如图3所示。

MMS站控层实现的主要功能如下：

(1)数据收集、处理、存储及发送功能：通过监控机管理和显示有关的运行信息，供运行人员对变电站的运行情况进行监视和控制，间隔层设备工作方式的选择，实现各种工况下的操作闭锁逻辑等。

(2)远动通信功能：以信息共享方式与监控系统进行数据交换，实现变电站远动功能，远动装置的配置必须满足调度、集控对电网运行监视控制的需求，传送各级调度的通信模块应独立配置、不互相影响数据的刷新，且应支持热插拔，不应该存在单点故障导致系统全部失效的隐患。

(3)故障报告功能：通过保信子站在正常和电网故障时，采集、处理各种所需信息，并充分利用这些信息，为继电保护运行、管理服务，为分析、处理电网故障提供支持。

(4)全站对时及五防性能：其中五防子系统主要包含五防工作站、电脑钥匙、充电通信控制器、编码锁具等；SV 组网模式下，应对时接线要求。

其他智能设备接入系统的接口要求：

(1) 站内其他智能设备主要包括直流电源系统、不间断电源系统、火灾报警装置、电能量采集终端及主要设备在线监测系统等，如需要接入监控后台，宜采用 DL/T 860 标准进行建模和接入。

(2) 对于不支持 DL/T 860 标准通信协议的智能设备接入后台，应配置协议转换器，与其他智能设备的接口应采用串口或以太网连接。

(3) 协议转换器主要是用于实现接入和接出功能。对不能提供双以太网口或不能采用 DL/T860 规约进行通信的其他智能装置，可通过协议转换器进行协议转换后接入。

(4) 每块协议转换器至少需提供双以太网口和 2 个串行通信口。其中以太网口通信速率为 100Mbit/s，串行通信口通信速率：300～64000bit/s 可调。

(5) 协议转换器完成与主站通信或站内其他串行设备通信。通信规约可以根据现场的实际需要进行配置，对外为 DL/T860 规约，并支持 GOOSE 互锁功能。

4　改造注意事项及建议

合理安排改造步骤 现阶段，贵阳电网还相对薄弱，220kV湾塘变是贵阳电网一座枢纽变电站，不可能通过大面积停电来进行数字化改造；同时，对于母线保护、录波装置等涉及到多个间隔，因此，需要合理安排改造步骤，尽量减少设备停运时间，以减少因停电对用户的影响。首先完成IEC61850工程配置设置以及整个二次系统和网络的静态调试，包括网络 交换机调试、后台监控系统的配置等；跨间隔保护先采取过渡措施，满足单间隔运行时的信号接入要求，调试阶段如涉及运行设备的遥测量或遥信量，均可通过模拟装置转接来实现；过程层改造是变电站数字化改造的基础，需要向间隔层保护测控提供一次设备的电量数据、设备状态信号。在过程层改造过程中，以单间隔改造试点入手，采取过渡措施，保证间隔改造后的正常运行；保证运行与调试网络间的物理隔离，避免调试时影响运行设备。

5　结论

数字化变电站技术升级改造工程是电力公司变电站升级改造建设中新的里程碑，同时也是变电站建设发展的重要方向。经大量工程实践改造效果表明，基于上述技术的变电站自动化系统数字化升级改造后，各个IED设备均能正常稳定运行，各类数据实时采集、远程传输、运算分析无误，继电保护和自动控制装置动作可靠正常。充分说明，基于上述技术的数字化变电站升级改造，能够满足电网系统调控运行的安全可靠、经济稳定运行的功能要求，相信在不久的将来，数字化变电站技术升级改造将会在我国变电站系统中蓬勃发展。

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Actuality and Suggestions for Construction of Digitization in Conventional Integrated Automation Substation

WAN Li-yong,FU Tong-fu

(Liupanshui Power Supply Bureau of Guizhou Electric Network Company,Liupanshui 553000,China)

By 110kV station site survey from conventional mechanized and digital stations factory acceptance to transform the status,Improvement of the status quo in Liupanshui area 110kV disk relations as an example,currently running digital transformation case 110kV conventional integrated automation stations.This paper focuses on the transformation of the situation 110kV voltage substation control room section and the integrated automation system are introduced in detail,while the disc off change for issues that arise from the transformation process made some suggestions,aims to summarize the consolidated technical change since the number of stations Important and difficult for Guizhou Province consolidated digital transformation from station to provide a reference and reference value.

conventional integral station;digital transform;teliability;safe operation of power network

1004-289X(2016)01-0005-04

TM63

B

2015-04-29

万立勇(1983-)，男，助理工程师，硕士研究生，主要从事于远动自动化检修工作。